Die Karoo-Ferrar-Magmaprovinzen sind zwei große, weitgehend geographisch getrennte kontinentale magmatische Großprovinzen, die jedoch zeitlich und geodynamisch in engem Zusammenhang stehen. Es wird vermutet, dass die Ursache mit großvolumigen Mantelkonvektionen und/oder dem Aufsteigen eines Mantelplumes während der seinerzeit herrschenden instabilen plattentektonischen Verhältnisse und Grabenbruchbildungen zusammenhängt. Die Karoo-Magmaprovinz entstand im Süden Proto-Afrikas, während sich die Ferrar-Magmaprovinz hauptsächlich im Westen Proto-Ostantarktikas entwickelte.
Die ausgetretenen Magmen bedeckten in einem Zeitraum von 204 bis 175 mya (Millionen Jahren) eine Fläche von ca. 3 Millionen Quadratkilometer. Das aufgestiegene Magmavolumen betrug geschätzt ca. 2,5 Millionen Kubikkilometer.
Als Folge der großen Magmafreisetzungen traten nachhaltige Schädigungen der Ökologie auf, die mit zum großen Massenaussterben an der Trias-Jura-Grenze führten.
Magmaquellen mini|links|Prinzipdarstellung der Entwicklung von Magmatischen Großprovinzen aus Mantelplumes mini|Prinzipdarstellung plutonischer, subvulkanischer und vulkanischer Strukturen. A: Magmakammer, B und D: Dykes, C: Lakkolith, E: Lagergänge, F: Schichtvulkan
Die hier behandelten magmatischen Provinzen breiteten sich auf kontinentalen Landmassen aus. Über die Ursache der Magmafreisetzung existieren verschiedene Hypothesen. Sie basieren alle auf den aufsteigenden Strömen heißen Magmas aus dem Erdmantel. Als Magmaquelle könnte eine aufsteigende Mantelkonvektionszelle oder Aufwölbung des sublithosphärischen Mantels in Frage kommen. Gemäß einer anderen Hypothese transportierte ein großvolumiger Mantelplume heißes Material Richtung Erdkruste. Aus diesen Hauptmagmaquellen entwickelten sich wahrscheinlich mehrere großräumig verteilte Submagmakammern, aus denen räumlich getrennte Schmelzen aufstiegen, die in die Erdkruste intrudierten und diese durchschlugen. Dabei entstanden im Wesentlichen Flutbasaltareale (siehe auch → Trapp), Lagergänge, Dykes und Vulkanite. Großvolumiges aufsteigendes heißes Magma aus dem Erdmantel kann auch zur Aufwölbung, Dehnung und letztlich zur Trennung der Lithosphärenplatten führen (siehe auch → Plattentektonik).
Während des Magmaaufstiegs kann es auf Grund geochemischer und geophysikalischer Prozesse zu Veränderungen der ursprünglichen Gesteinsschmelze kommen. Die in der Erdkruste verbliebenen und auf der Erdoberfläche abgelagerten Gesteine unterscheiden sich daher regional zum Teil deutlich.
mini|Antarktika mit dem Weddell-Meer und anderen antarktischen Randmeeren
Als anfänglicher Beginn der beiden magmatischen Provinzen wird eine Region um das Proto-Weddell-Meer angesehen, die dort die so genannte Weddell triple junction bildete. Diese Zone lag zwischen den damaligen südostafrikanischen, südwestamerikanischen und südöstlichen ostantarktischen Kontinentalmassen. Begründet wird diese Annahme durch die geochemischen Ähnlichkeiten von niedrig titanhaltigen Tholeiiten im zentralen Bereich der Karoo-Magmaprovinz und von ebenfalls niedrig titanhaltigen Ferrar-Magmen.
Der Magmaaufstieg steht im engen Zusammenhang mit der späteren Trennung Ostgondwanas von Westgondwana entlang einer Ozeanspreizung, die zur Öffnung des Proto-Indischen Ozeans führte. Der Zeitraum für Ozeanbodenspreizungen zwischen Proto-Ostafrika und Proto-Antarktika wird um 165 mya angegeben.
Karoo-Magmaprovinz Geografische Ausdehnung
Die Karoo-Magmaprovinz entwickelte sich überwiegend im Karoo-Hauptbecken, das etwa dem heutigen Südafrika mit der Enklave Lesotho sowie Eswatini entspricht. Nördlich und östlich schließen separate Becken an, die bis nach Simbabwe, Mosambik und Sambia und Botswana reichen, wie z. B. das Lebombo-Becken. In diesen fanden ebenfalls magmatische Prozesse statt, die der Karoo-Magmaprovinz zugeordnet werden. Sie unterscheiden sich lithostratigrafisch und petrographisch von denen im Karoo-Hauptbecken.
Insgesamt wurde eine Fläche von ca. 3 × 106 km2 bedeckt. Das aufgestiegene Magmavolumen betrug geschätzt ca. 2,5 × 106 km3.
Magmatische Abfolgen mini|150px|Karte vom Kruger-Nationalpark mini|links|hochkant|Lage des Bezirks Lubombo von Eswatini
Die Ausbreitung der Magmen begann um 204 mya im äußersten Südosten des heutigen Afrikas mit geringfügigen nephelinitischen, karbonatitischen Lagergängen in Simbabwe und im Kruger-Nationalpark des äußersten Nordostens Südafrikas, Kimberlit-Schloten (Pipes) im nordöstlichen Eswatini und KwaZulu-Natal, Alkalibasalten und Basaniten im Norden der Region Lubombo von Eswatini sowie im westlichen Sambia. Zwischen 184 und 175 mya folgte die magmatische Hauptphase, in der überwiegend tholeiitische-Basalte freigesetzt wurden. Diese kommen verbreitet in südlichen und südöstlichen afrikanischen Bereichen vor. Sie wurden regional überdeckt durch rhyolithische Vulkanite.
In der Karoo-Magmaprovinz sind die an die Oberfläche gestiegenen und dort abgelagerten, meist basaltischen Lavaschichten dominierend. Diese werden aufgrund ihrer weit reichenden Ausbreitung auch als Flutbasalte bezeichnet. Sie entwickelten sich aus einer Vielzahl einzelner relativ dünnmächtiger Lagen, die jedoch über einen Zeitraum von ca. 10 Millionen Jahren zu einer Gesamtmächtigkeit von ca. 1,5 km anwuchs.
Innerhalb des gesamten Karoo-Hauptbeckens intrudierte eine Vielzahl von doleritischen Lagergängen die basaltischen Lagen, während sich an den Rändern vier umfangreiche doleritische Dykeschwärme entwickelten. Die gehen von einem virtuellen Ausgangsbereich, der Karoo-Triple Junction, aus und verlaufen von dort radial in verschiedene Richtungen. Dieser Bereich kann etwa dem Mwenezi-Distrikt im südlichen Simbabwe nahe an der Grenze zu Botswana zugeordnet werden. Der Okavango-Dykeschwarm ist der größte mit einer Länge von ca. 1.500 km. Er erstreckt sich in nordwestlicher Richtung von Simbabwe bis nach Botswana.
Die Komposition der Basalte ist relativ einheitlich mit nur geringfügigen chemischen Variationen. Sie werden aufgeteilt nach ihren Titan- und Zirkon-Konzentrationen. Niedrig titanhaltige Basalte kommen hauptsächlich südlich des 26. Breitengrades vor (etwa um Johannesburg), die übrigen nördlich davon.
Lithostratigraphie
Die Karoo-Magmaprovinz bildet die oberste lithostratigraphische Einheit der Karoo-Supergruppe. Sie umfasst die Drakensberg-Gruppe und die Lebombo-Gruppe. Diese überdecken die älteren sedimentären Ablagerungen, wie die Stormberg-Gruppe, die sich in einem terrestrischen, von Flüssen und Binnengewässer beeinflusstem Sedimentbecken ablagerten.
Drakensberg-Gruppe mini|links|Dolerit-Lagergänge in Schieferablagerungen der Beaufort-Gruppe bei Cracdock mini|Amathole-Berge in Ostkap mit sichtbaren doleritischen Lagergängen
Die Drakensberg-Gruppe besteht überwiegend aus basaltischen Magmen, die durch lange, rissartige Spalten weiträumig aufstiegen. Die magmatischen Gesteine der Drakenberg-Gruppe basieren auf mehreren mächtigen Sedimentsequenzen, die seit dem späten Karbon (Pennsylvanium) in einer kontinentalen Depression, dem Karoo-Hauptbecken, abgelagert wurden. An der Oberfläche bildeten sie eine Vielzahl von fast horizontalen Lavaströmen zwischen 10 und 50 Meter Mächtigkeit, die in einen Zeitraum von etwa 10 Millionen Jahren insgesamt auf eine Dicke bis zu 1,5 km kumulierten. Verschiedentlich extrudierten Magmen unter hohem Druck zwischen horizontale Gesteinsschichten der weit unterliegenden sedimentären Ecca- und Beaufort-Gruppen, wo sie mehrere Doleritdykes oder -lagergänge bildeten. Die Dicke dieser Lagergänge variiert von wenigen Zentimetern bis zu Hunderten von Metern. (siehe auch → Drakensberg-Gruppe (Drakensberg Group)).
Besonders markante geologische Einheiten der Drakensberg-Gruppe sind die Drakensberge und die Viktoriafälle, in denen basaltische Gesteinsformationen zu Tage treten.
Drakensberge
Die Drakensberge erstrecken sich von Ostkap über Lesotho, KwaZulu-Natal, Freistaat, Mpumalanga weiter bis zur Stadt Tzaneen in Limpopo über eine Länge von ca. 1.000 km. Zum Indischen Ozean fallen sie in einer Großen Randstufe (Drakensberg Escarpment) steil ab. Die oberste Formation wird durch niedrig titanhaltige Basalte gebildet. Diese kommen nur an der nordöstlichen und östlichen Grenze von Lesotho und von Ostkap vor. Dort ist die gesamte Lithostratigraphie des Karoo-Hauptbeckens aufgeschlossen. Die höchsten Gipfel erreichen Höhen über 3.450 Meter, von denen der Thabana Ntlenyana mit 3.482 Metern der höchste ist. In die tholeiitischen Basalte intrudierten diverse Dykes und Lagergänge. Heraus erodierte Lagergänge bilden mancherorts die Basis von Wasserfällen, wie z. B. der 119 Meter hohen Howick Falls und des 192 Meter hohen Maletsunyane-Wasserfalls.
Viktoriafälle
mini|links|Die vermutete maximale Ausdehnung des Paleo-Makgadikgadisees im frühen Pleistozän und der Verlauf der Flüsse im frühen bis mittleren Känozoikum. Die Viktoriafälle sind die größten Wasserfälle Afrikas und erstrecken sich im Tal des Sambesi zwischen den Grenzstädten Victoria Falls in Simbabwe und Livingstone in Sambia. Die Victoriafälle werden durch die noch anhaltende rückschreitende Erosion des Plateaus der basaltischen Batoka-Formation durch den Sambesi im südlichen Teil der Südprovinz Sambia und dem angrenzenden Gebiet in Simbabwe gebildet. Die Batoka-Formation weist ein rechtwinkliges Kluftsystem auf, das sich gitterartig überschneidet. In diesem formten sich infolge der Sambesi-Erosion bis zu 108 Meter tiefe Schluchten. Die ursprünglich mit Sedimenten verfüllten Klüfte sind mittlerweile wieder erodiert.
mini|rechts|Die Mambove Verwerfung mit dem Durchbruch des Sambesi und des Chobe (Cuando)
Ursprünglich mündete der Sambesi in den Limpopo. Vor mehr als 5 mya hob sich das Gebiet zwischen Simbabwe und Botswana, wodurch der Proto-Sambesi blockiert und der abflusslose Makgadikgadisee aufgestaut wurde. Vor etwa 20.000 Jahren begann sich dieser durch die Klüfte der Batoka-Formation zu entwässern und die heutigen Wasserfälle und Schluchten zu bilden. Der ursprüngliche Sambesi schuf sich ein neues Bett und mündete schließlich in den Indischen Ozean. Relikte des Makgadikgadisee sind die heutigen Makgadikgadi-Salzpfannen und das Okavangodelta, das ursprünglich Teil des Makgadikgadisee war.
mini|links|Batako-Basalte bei Siyakobvu/Simbabwe mini|hochkant|Kissenlaven in der Batoka-Formation bei Siyakobvu/Simbabwe
Die Batoka-Formation besteht aus Basalten und kommt in Botswana, Simbabwe und Sambia im Mittellauf des Sambesi sowie im Mana-Pools-Nationalpark und im Cahora-Bassa-Becken vor. Diese bilden separate Becken außerhalb des Karoo-Hauptbeckens. Die Basalte der Batoka-Formation werden mit dem Auftreten der Basalte der Drakensberg-Gruppe im Karoo-Hauptbecken in Verbindung gebracht. Die Batoka-Formation ist dort die oberste Formation in der Upper Karoo Group der Karoo-Supergruppe. Die tholeiitischen Basalte treten in einer Sequenz von mehreren relativ dünnmächtigen, nahezu horizontalen Lagen zu Tage. Sedimenthorizonte zwischen den Magmaeruptionen sind nicht vorhanden. Die Basalte weisen relativ hohe Titan- und niedrige Kaliumgehalte auf. Dadurch unterscheiden sie sich von niedrig titanhaltigen Basalten der weiter südlich liegenden Drakensberg-Gruppe. Bei den Laven handelt es sich um dunkle, blasenhaltige und porphyritische oder massive Basalte mit gelegentlichen Kissenlaven. Vereinzelt kommen Dazite und Rhyolithe vor. Mit einem Alter von 180 bis 179 mya fallen sie in die Spätphase des Karoo-Magmatismus.
Lebombo-Gruppe Die Lebombo-Gruppe entwickelte sich im Lebombo-Becken, das sich nordöstlich an das Karoo-Hauptbecken anschließt und von dort in nördlicher Richtung verläuft. Es stellt ein Grabenbruchsystem dar, das sich infolge beginnender Trennung Proto-Westafrikas (Kalahari- bzw. Kaapvaal-Kraton) von Proto-Ostantarktika (Königin-Marie-Land) ausbildete.