El supergrupo Karoo es la unidad estratigráfica más extendida en África al sur del desierto de Kalahari . El supergrupo consiste en una secuencia de unidades, en su mayoría de origen no marino, depositadas entre el Carbonífero Tardío y el Jurásico Temprano , un período de unos 120 millones de años. [3]
En el sur de África, las rocas del Supergrupo Karoo cubren casi dos tercios de la superficie terrestre actual, incluyendo todo Lesoto , casi la totalidad del Estado Libre y grandes partes de las provincias de Cabo Oriental , Cabo del Norte , Mpumalanga y KwaZulu-Natal de Sudáfrica . También se encuentran afloramientos del supergrupo Karoo en Namibia , Eswatini , Zambia , Zimbabue y Malaui , así como en otros continentes que formaban parte de Gondwana . Las cuencas en las que se depositó se formaron durante la formación y ruptura de Pangea . [4] [5] El área tipo del Supergrupo Karoo es el Gran Karoo en Sudáfrica , donde están expuestos los afloramientos más extensos de la secuencia. [3] [6] Sus estratos, que consisten principalmente en lutitas y areniscas , [7] registran una secuencia casi continua de deposición marina glacial a terrestre desde el Carbonífero tardío hasta el Jurásico temprano . Estos sedimentos se acumularon en una cuenca de antepaís de retroarco llamada la cuenca "principal del Karoo ". [4] Esta cuenca se formó por la subducción y orogénesis a lo largo de la frontera sur de lo que eventualmente se convirtió en el sur de África, en el sur de Gondwana. [4] Sus sedimentos alcanzan un espesor acumulado máximo de 12 km, con las lavas basálticas suprayacentes (el Grupo Drakensberg ) de al menos 1,4 km de espesor. [8]
Los fósiles incluyen plantas (tanto macrofósiles como polen ), insectos y peces raros, tetrápodos comunes y diversos (principalmente reptiles terápsidos , anfibios temnospóndilos y, en los estratos superiores, dinosaurios ) e icnofósiles . Su bioestratigrafía se ha utilizado como estándar internacional para la correlación global de los estratos no marinos del Pérmico al Jurásico . [9]
Hace unos 510 millones de años se desarrolló un valle de rift a través del sur de Gondwana, justo al sur de África austral, pero que se extendía hacia el oeste hasta Sudamérica , y hacia el este hasta la Antártida oriental y posiblemente incluso hasta Australia . [5] [10] [11] [13] Una capa de sedimento de 8 km de espesor, conocida como el Supergrupo del Cabo , se acumuló en el suelo de este valle de rift. [5] El cierre del valle de rift, que comenzó hace 330 millones de años, resultó del desarrollo de una zona de subducción a lo largo del margen sur de Gondwana, y la consiguiente deriva de la meseta de las Malvinas de regreso hacia África, durante los períodos Carbonífero y Pérmico temprano . Después del cierre del valle de rift y la compresión del Supergrupo del Cabo en una serie de pliegues paralelos, que corren principalmente de este a oeste, la subducción continua de la placa paleopacífica debajo de la meseta de las Malvinas y la colisión resultante de esta última con el sur de África, levantaron una cadena montañosa de inmensas proporciones al sur del antiguo valle de rift. El Supergrupo del Cabo plegado formó las estribaciones septentrionales de esta cadena montañosa.
El peso de las montañas del supergrupo Falkland-Cape hizo que la corteza continental del sur de África se hundiera, formando un sistema de antepaís en retroarco , que se inundó para formar el mar de Karoo. La sedimentación, que comenzó con depósitos glaciares desde el norte, pero luego desde las montañas Falkland hacia el sur, en esta depresión formó el supergrupo Karoo . [5] [13] [14]
Hace unos 330 millones de años, Gondwana se desplazó sobre el Polo Sur , [15] con el resultado de que una capa de hielo de varios kilómetros de espesor cubrió gran parte de África y otras partes de Gondwana. [5] [15] Los depósitos glaciares de esta capa de hielo fueron los primeros sedimentos que se depositaron al norte de las montañas Cape Fold (y parcialmente sobre estas montañas incipientes). La cuenca en la que se asentaron estos sedimentos fue más profunda inmediatamente al norte de las cordilleras de Cape Fold . Por lo tanto, la capa de hielo flotó en un lago interior, llamado mar interior Karoo , en el que los icebergs que se habían desprendido de los glaciares y la capa de hielo al norte depositaron grandes cantidades de lodo y rocas de diversos tamaños y orígenes. Estos depósitos se conocen como tillita . [11] Más al norte, la capa de hielo se fundió también dejando depósitos de diamictita cada vez que se derritió parcialmente, pero, además, erosionó el lecho rocoso, dejando estrías (marcas de arañazos) que se pueden ver cerca de Barkly West en el Cabo Norte, y en los terrenos de la Universidad de KwaZulu-Natal . [5] [11] Esta capa de tillita, cuyos rastros se pueden encontrar en una amplia zona del sur de África, la India y Sudamérica, proporcionó evidencia temprana crucial en apoyo de la teoría de la deriva continental . En Sudáfrica, la capa se conoce como el Grupo Dwyka . Es el más antiguo y el más bajo del Supergrupo Karoo de depósitos sedimentarios. [3] [4]
A medida que Gondwana se alejaba del Polo Sur, los glaciares se derritieron, dejando un vasto mar interior que se extendía por Sudáfrica y las regiones vecinas de Gondwana. Podría haber tenido una abertura hacia el océano (similar al mar Negro ), pero los efectos de las mareas fueron pequeños. Los ríos que drenaban las montañas al norte del mar Karoo formaron grandes deltas pantanosos en los que florecieron plantas pertenecientes a la flora Glossopteris . Esta densa vegetación se acumuló en forma de turba, que finalmente se convirtió en carbón. Los depósitos de carbón se limitan a las costas del norte del mar Karoo del Pérmico temprano , y hoy se extraen en Highveld y KwaZulu-Natal. [5] [6] [11]
Estos depósitos sedimentarios se denominan Grupo Ecca del Supergrupo Karoo. Consisten principalmente en lutitas y areniscas , [16] y se extienden por todo el antiguo mar Karoo, pero los depósitos del sur no contienen carbón, a pesar de que los ríos de las montañas Cape Fold formaron pequeños deltas. Aunque la vegetación en el sur no era tan densa como en las costas del norte del mar interior, se encuentran varios reptiles primitivos como Mesosaurus en estos depósitos de Ecca. Se trata de un reptil fósil que se encuentra solo en el sur de África y Brasil y que proporciona evidencia paleontológica importante de la existencia del supercontinente Gondwana. [5] [11]
Las costas del norte contienen principalmente plantas fósiles, polen y esporas. También se han encontrado fósiles de un cefalópodo y algunos equinoideos en el norte. [11]
Durante el período Ecca, la meseta de las Malvinas colisionó y luego se fusionó con el sur de África, formando una vasta cadena de montañas al sur del Cinturón Plegado del Cabo. Esta nueva cadena montañosa era comparable en tamaño al Himalaya . [5] Las laderas del norte de estas montañas generalmente se hundían abruptamente en el mar Karoo, que estaba en su punto más profundo en este punto. Por lo tanto, los terremotos que acompañaron la formación de las Montañas del Cabo iniciaron frecuentes deslizamientos submarinos de lodo y rocas, formando acumulaciones en forma de abanico de turbiditas , que se pueden ver en la esquina suroeste del Karoo hoy (ver fotografía más abajo a la derecha). [5] [15] [17] Las turbiditas han sido reconocidas durante algún tiempo como rocas productoras de petróleo, porque las avalanchas submarinas que causan estos depósitos a menudo transportan materia orgánica desde cerca de la costa, especialmente cerca de los estuarios y deltas de los ríos, hacia las profundidades anóxicas de los canales adyacentes. Aquí queda enterrada en la turbidita y se convierte en hidrocarburos , particularmente petróleo y gas. Las turbiditas de la formación Ecca de las regiones Karoo de Tanqua y Laingsburg han sido objeto de escrutinio por parte de la industria petrolera y los geólogos, que han descubierto que contienen depósitos ricos y fácilmente accesibles de petróleo y gas. Así, la cuenca nororiental de Ecca es rica en carbón, mientras que su extremo sudoeste se está volviendo famoso por sus reservas de petróleo. [17]
Con la formación de las cordilleras Falkland Plateau y Cape Fold, los ríos del sur comenzaron a dominar la sedimentación en el mar Karoo, que comenzó a encenagarse. (Las tierras altas al norte del mar Karoo, para ese momento, habían sido niveladas por la erosión y habían comenzado a quedar enterradas bajo sedimentos más nuevos). Varios ríos similares al Mississippi fluían sobre la cuenca Karoo encenagada desde el sur, creando nuevos hábitats ricos para una variedad de flora y fauna. Los depósitos terrestres (a diferencia de los lacunares o marinos) creados por estos ríos dieron lugar al Grupo Beaufort . Está compuesto por una secuencia monótona de esquistos y lutitas , con algunas areniscas lenticulares intercaladas . [11] El Grupo Beaufort es rico en restos de reptiles y, en menor medida, de anfibios. Hay una gran cantidad de fósiles de reptiles herbívoros y carnívoros. [11] Las rocas Beaufort son famosas internacionalmente por su rico registro de sinápsidos terápsidos (reptiles similares a los mamíferos), que marcan una etapa intermedia en la evolución de los mamíferos a partir de los reptiles. [5] [11] Los herbívoros más abundantes fueron los anomodontes , cuyas formas más primitivas también se conocen en las rocas Beaufort. Los dinocéfalos (cabeza terrible) se llaman así debido a sus cráneos de huesos extraordinariamente gruesos, que probablemente usaban para dar cabezazos durante las peleas territoriales. Con su longitud corporal de 3 metros, fueron los primeros animales grandes que vivieron en la tierra. [5]
Durante la formación de los depósitos de Beaufort de 6 km de espesor, la masiva extinción masiva del final del Pérmico , hace 251 millones de años, extinguió aproximadamente el 96% de todas las especies vivas en ese momento. [5] El evento global se puede ver claramente en las rocas de Beaufort. Unos pocos miembros del género Lystrosaurus fueron los únicos reptiles parecidos a mamíferos que sobrevivieron a este evento. Los sedimentos de Beaufort que se depositaron después de este evento tienden a ser más gruesos que los que los precedieron, probablemente debido a una muerte masiva de la vegetación, que había protegido la superficie contra la erosión. Estos estratos dominados por areniscas del Triásico temprano se conocen como la formación Katberg (dentro del Grupo Beaufort), que se acumuló hasta un espesor de 1 km. Con el tiempo, los depósitos de Beaufort volvieron a tener un grano más fino, lo que probablemente indica una recuperación de la vegetación en el Karoo y con ella la aparición de una amplia gama de nuevas especies, incluidos los dinosaurios y los verdaderos mamíferos durante el Triásico tardío y el Jurásico temprano. [5]
A medida que Gondwana se desplazaba hacia el norte, las condiciones en la parte que se convertiría en el sur de África se volvieron cada vez más cálidas y áridas. Las areniscas fueron las rocas predominantes que se formaron. Sin embargo, en algunas áreas había suficiente agua para formar pantanos con la consiguiente formación de carbón, pero la calidad es mala. [5] [11] El paisaje probablemente se parecía al desierto de Kalahari de hoy, con ríos como el actual río Orange o el Nilo que lo atraviesan, sustentando áreas localizadas de flora y fauna del Triásico. El Grupo Stormberg contiene los fósiles de dinosaurios más antiguos de Sudáfrica. También contiene los restos fósiles del Megazostrodon , del tamaño de una musaraña , el mamífero más antiguo de África. [5] En algunos de los estratos se encuentra una notable variedad de fósiles de insectos y plantas. [11]
Los estratos superiores del grupo Stormberg probablemente se formaron en condiciones de verdadero desierto de arena, similares al desierto de Namib en Namibia. Probablemente era tan grande como el desierto del Sahara actual, extendiéndose desde las montañas Cape Fold muchos miles de kilómetros hacia el norte sobre grandes partes de Gondwana. [5] Solo un pequeño remanente de esta formación masiva se puede encontrar hoy en día en Lesotho y sus alrededores . Esta formación se conocía anteriormente como "arenisca de cueva", ya que las cuevas poco profundas erosionadas por el viento a menudo se desarrollaban en acantilados formados por estas rocas. Estas cuevas fueron utilizadas más tarde por el pueblo San , que frecuentemente decoraba las paredes con sus pinturas . [11] Hoy en día, las areniscas de cueva se denominan Formación Clarens .
Los embriones de dinosaurio más antiguos que se han descubierto se encontraron en la Formación Clarens en 1978. [18] Los huevos eran del Período Triásico (hace entre 220 y 195 millones de años) y contenían esqueletos fetales fosilizados de Massospondylus , un dinosaurio prosaurópodo . Desde entonces se han encontrado más ejemplos de estos huevos en el Parque Nacional Golden Gate Highlands , situado en las rocas de la Formación Clarens. Otros fósiles encontrados en el parque incluyen los de cinodoncia avanzada (animales con dientes caninos), tecodontia pequeña (animales con dientes firmemente fijados en la mandíbula), dinosaurios parecidos a pájaros y cocodrilos. [19] [20]
Hace unos 182 millones de años, la parte meridional africana de Gondwana pasó sobre el punto caliente Bouvet [21] [22], lo que provocó la ruptura de la corteza bajo el supergrupo Karoo, liberando enormes volúmenes de lava basáltica sobre el desierto de Clarens, cubriendo casi todo el sur de África y otras partes de Gondwana. La pila de lava que se acumuló en el transcurso de varias erupciones tenía más de 1600 m de espesor, especialmente en el este (en el actual Lesotho). Este derrame masivo de lava puso fin abruptamente a la sedimentación de Karoo. [5] [11]
El nombre Grupo Drakensberg se deriva del hecho de que esta capa forma los 1400 m superiores de la Gran Escarpa [11] en la frontera internacional entre Lesotho y KwaZulu-Natal, a menudo denominada Drakensberg (aunque técnicamente "Drakensberg" se refiere a toda la porción oriental de 1000 km de largo de la Gran Escarpa, de la cual solo un tercio está cubierto por las lavas de Drakensberg).
El magma brotó a través de largas fisuras similares a grietas, con conos de salpicadura ocasionales, pero los volcanes típicos fueron raros. Cada flujo de lava superficial tenía entre 10 y 20 metros de espesor. Estos flujos se acumularon en rápida sucesión durante 2 millones de años, para formar una única capa de lava continua de 1 a 1,6 km de espesor. Sin embargo, no todo el magma llegó a la superficie, sino que se extruyó bajo alta presión entre los estratos horizontales de las rocas Ecca y Beaufort. Cuando este magma se solidificó, formó múltiples sills de dolerita a varias profundidades en los sedimentos del sur y suroeste de Karoo. Estos sills varían en espesor desde unos pocos centímetros hasta cientos de metros.
Esta efusión de lava coincidió con el levantamiento de la parte sudafricana de Gondwana y la formación de valles de rift a lo largo de lo que se convertirían en las fronteras marítimas del subcontinente. A medida que estos valles de rift se ensancharon, se inundaron para formar los océanos proto-Índico y Atlántico Sur, a medida que Gondwana se fragmentaba en los continentes separados actuales de Sudamérica , África , Antártida , Australia , India , Madagascar y Arabia . [5] [15]
En estrecha asociación con esta ruptura, se produjo un segundo episodio de erupción de basalto a lo largo de la frontera con Mozambique para formar las montañas Lebombo . En ese momento, se expulsó violentamente una capa de lava de más de 4800 m de espesor. Mientras que las lavas de Drakensberg forman capas casi horizontales, las lavas de Lebombo se inclinan hacia el este, por lo que es difícil medir hasta dónde se extendió la lava lateralmente. [5] [6] [11]
El levantamiento de África meridional anunció una fase de erosión masiva, eliminando una capa de varios kilómetros de espesor de la superficie africana . Casi todas las lavas de Drakensberg fueron erosionadas, dejando un remanente en Lesotho, varias pequeñas manchas en Springbok Flats en el norte del país y en las montañas Lebombo a lo largo de la frontera con Mozambique. Una vez que la capa de lava dura se erosionó, los sedimentos más blandos de Karoo sobre el resto de la cuenca se erosionaron aún más rápido. Sin embargo, los umbrales de dolerita resistieron la erosión, protegiendo las lutitas más blandas de Beaufort y Ecca debajo de ellos. Esto creó numerosas y extendidas colinas de cima plana, conocidas como Karoo Koppies ("koppie" es el término afrikáans para colina), que son icónicas del Karoo y, por extensión, del paisaje sudafricano. Los diques , o fisuras verticales que llevaron la lava a la superficie, se destacan hoy como crestas lineales que se extienden a través de grandes extensiones del Karoo.
La erosión continua del sur de África durante los últimos 180 millones de años ha hecho que las rocas más jóvenes que el Grupo Drakensberg sean casi inexistentes en la mayor parte del interior. Parte del material erosionado del interior quedó atrapado entre las montañas Cape Fold al sur durante el período Cretácico para formar la Formación Enon y depósitos similares cerca de la costa de KwaZulu-Natal , al norte de Richards Bay . Aparte de eso, solo hay parches muy pequeños de depósitos muy recientes, principalmente arenosos, en Sudáfrica.
En Zambia, Zimbabwe y Mozambique el Supergrupo Karoo se divide en (del más antiguo al más joven):