Ostafrikanischer Graben

Verlauf des Großen Grabenbruchsystems in Ostafrika – Ostafrikanischer und Zentralafrikanischer Graben sowie Südliches Rift

Der Ostafrikanische Graben (englisch East African Rift System [EARS]), auch Großer Afrikanischer Grabenbruch, ist ein geologischer Graben im Osten Afrikas. Er wurde von John Walter Gregory in den 1890er-Jahren Great Rift Valley genannt, diese Bezeichnung wird auch im Deutschen verwendet. Der kontinentale ostafrikanische Graben wird gemeinsam mit der ozeanischen Senke des Roten Meers und dem nördlich daran anschließenden Jordangraben oft als eine durchgehende Schwächezone der Erdkruste interpretiert. Die geologische Bezeichnung der Gesamtstruktur ist heute meist Syrian–African Rift system, alternativ wird auch die Gesamtstruktur Großer Afrikanischer Grabenbruch genannt.

Der Ostafrikanische Graben erstreckt sich über rund 3500 Kilometer durch Ostafrika, vom Afar-Dreieck im Norden bis etwa in das Mündungsgebiet des Sambesi im Süden, und ist meist nur 50 bis 150 Kilometer breit. Das gesamte Grabensystem besteht aus zwei getrennten Ästen. Der östliche Ast besteht südlich des Afar-Dreiecks aus zwei Hauptabschnitten, dem Äthiopischen Graben und dem Keniagraben (auch Gregory Rift genannt). Der westliche Ast beginnt nördlich am Albertsee, verläuft bis zum Tanganjikasee nach Süden, schwenkt hier nach Südosten, und am Malawisee im Süden zurück auf südliche Richtung. Im südlichsten Abschnitt wird die Grabenstruktur undeutlich und besteht aus einzelnen Segmenten und Verwerfungen. Dieses Südliche Rift erreicht in Mosambik die Küste des Indischen Ozeans.

Vor allem das Afardreieck und der östliche Ast zeigen ausgedehnten, bis heute aktiven Vulkanismus. Der westliche Ast ist jünger und tektonisch aktiver, weist aber weniger Vulkane auf. In dem tief eingebrochenen Graben liegen aufgereiht die großen ostafrikanischen Seen, mit Ausnahme des Viktoriasees.

Verlauf

In den Ästen des Grabens erstrecken sich Seenketten

Typische Landschaft im Kraterhochland von Tansania

Der Ostafrikanische Graben ist an der Erdoberfläche (geomorphologisch) erkennbar als eine generell in Nord-Süd-Richtung über Tausende Kilometer ausdauernde lineare Abfolge von einzelnen Grabenbrüchen. Diese Einzelgräben sind jeweils etwa 100 Kilometer lang, sie können als tief eingesenktes Tal erkennbar sein, oft mit Wasser angefüllt durch einen See, oder sie sind durch Eintrag von Sedimenten aufgrund von Erosion der angrenzenden Hochländer, bzw. durch Vulkanite des mit dem Rift zusammenhängenden Vulkanismus, aufgefüllt. Die Sedimentfüllungen der Gräben können Mächtigkeiten von über 3000 Metern erreichen. Die Gräben bilden zwei langgestreckte Einzelsysteme, die gewöhnlich als zwei Äste derselben Tiefenstruktur interpretiert werden. Der östliche Ast beginnt im Norden im Afar-Dreieck und endet im Süden in der Tansanischen Divergenzzone südlich des Natronsees, er ist etwa 2200 Kilometer lang. Der westliche Ast, im Deutschen auch als Zentralafrikanischer Graben bezeichnet, beginnt im Norden am Albertsee (Uganda, Demokratische Republik Kongo) und endet mit dem Malawisee, er erreicht 2100 Kilometer Länge. Beide Äste sind oberirdisch nicht miteinander verbunden. Durch weitere Brüche und Verwerfungen, die zumindest derzeit noch keinen vollständigen Grabenbruch erkennen lassen (teilweise als Halbgraben ausgebildet) sind beide Strukturen weiter nach Süden hin verlängert, meist wird angenommen, dass sie sich in Zukunft zu ähnlichen Gräben weiterentwicken werden.

Die tief eingesenkten Grabenstrukturen sind fast auf ganzer Länge in ausgedehnte Hochländer eingesenkt, die durchweg Höhen von über 1000 Meter aufweisen. Außerdem sind die unmittelbaren Ränder (Schultern) der Gräben auf erheblicher Länge parallel zum Graben noch einmal separat zu einem Gebirge angehoben. Weiterhin liegen hier, also benachbart zu den Gräben, gewaltige Schichtvulkane und Vulkangebiete.

Östlicher Ast

Afar-Dreieck

→ Hauptartikel: Afar-Dreieck

Das Afar-Dreieck wird es begrenzt von den randlichen Gebirgsketten des Somali-Hochlands, die etwa 3000 Meter Höhe erreichen. Das Plateau ist am Rand des Grabenbruchs am höchsten und senkt sich nach Südosten hin kontinuierlich ab. Östlich des Grabenbruchs liegt das Äthiopische Hochland (Hochland von Abessinien), mit Höhen von über 3600 Metern Höhe, überragt von Einzelgipfeln von über 4000 Meter Höhe. Der Westrand fällt zum Graben hin abrupt von etwa 3700 Meter Höhe am Plateaurand auf etwa 500 Meter Höhe im Graben ab. Das Afar-Dreieck selbst bildet eine dazwischen liegende tiefe Senke.

Der östliche Ast des Grabenbruchs beginnt hier im Afar-Dreieck. Die Region bildet einen Tripelpunkt (Triple Junction) dreier Gräben, von denen zwei, im Roten Meer und im Golf von Aden (festländisch im Golf von Tadjoura endend), in Meeresarmen liegen und ozeanische Kruste bilden, während der dritte Ast, der Afrikanische Grabenbruch, in kontinentaler Kruste liegt. Die feinere Grabenstruktur innerhalb des Afar-Dreiecks ist kompliziert. Von Norden tritt ein Ast der ozeanischen Grabenstruktur des Roten Meeres parallel zu dessen Westküste (ein mittelozeanischer Rücken ist hier nicht ausgeprägt) am Golf von Zula in das afrikanische Festland ein. Der Hauptgraben des Roten Meeres verläuft mitten im Meer, parallel dazu weiter östlich. Beide sind durch einen abgesplitterten kontinentalen Krustenblock, der eine Mikroplatte bildet, den sogenannten Danakil-Block (als niedriges Gebirge ausgebildet), voneinander getrennt. Die an den Golf von Zula anschließende Grabensenke, die 220 Kilometer lange Danakil-Senke (oder Danakil-Depression) liegt dann bis zu 125 Meter tiefer als der Meeresspiegel. Hier verhindern heute Riegel aus jungen Vulkaniten, dass das Meer eindringen kann, etwa 2 Kilometer mächtige Decken aus Evaporiten zeigen aber frühere Meerestransgressionen an. Der mitten in der Senke liegende Schildvulkan Erta Ale ist bis heute aktiv. Von Osten her setzt sich das ozeanische Rift im Golf von Aden im Golf von Tadjoura in die festländische Kruste fort. Beide Grabensysteme bilden eine komplexe Struktur aus meist nordwest-südost-orientierten parallelen Gräben, in deren Mitte der eigentliche Tripelpunkt zu vermuten ist, erkennbare Plattengrenzen sind hier aber (noch) nicht auszumachen. Die Fortsetzung des Äthiopischen Grabens innerhalb des Afar-Dreiecks ist davon durch eine Störungszone abgesetzt. Die Einzelgräben innerhalb des Afar-Dreiecks sind teilweise bis heute tektonisch aktiv, erkennbar etwa durch regelmäßige Erdbeben. Andere zeigen ausgeprägten Vulkanismus. Neben der Grabenbildung im Zentrum des Afar-Dreiecks erstreckt sich eine, geomorphologisch und seismisch feststellbare, weitere Grabenstrutur parallel zum Ostrand des Äthiopischen Hochlands, die im Süden in den Äthiopischen Graben überleitet. Die Geologie ist insgesamt komplex, neben Dehnungsbewegugen, die den Graben verbreitern, sind Transformstörungen und Rotationsbewegungen von Krustenblöcken beteiligt. Die heutige Dehnung im Afar-Dreieck erfolgt zu erheblichen Anteilen nicht an den tektonischen Verwerfungen, sondern durch schmale vulkanisch aktive Spalten, in denen grabenparallel basaltische Kruste neu gebildet wird. Besonders vulkanisch und tektonisch aktiv ist zurzeit die Region Dabbahu, mit zahlreichen Erdbeben, die morphologisch erkennbare Spalten hinterlassen, und Vulkanausbrüchen. Im Tendaho-Graben, einer der nordnordwest-südsüdost-orientierten Teilstrukturen nahe des Tripelpunkts, konnten grabenparallel Streifen basaltischen Gesteins unterschiedlichen Alters nachgewiesen werden, die nach außen hin Streifen unterschiedlicher Magnetisierung des Gesteins zeigen, eigentlich typisch für mittelozeanische Rücken. Außerdem zeigt sich, dass sich die vulkanisch und tektonisch aktive Grabenstruktur immer weiter auf eine Zentralzone hin verengt, je jünger sie ist. Möglicherweise ist hier, als einziger Region der Erde, exakt der Übergang zwischen kontinentaler und ozeanischer Grabenbildung festzustellen.

Äthiopischer Graben

An der Südspitze des Afar-Dreiecks wird der Grabenbruch fortgesetzt vom Äthiopischen Graben (auch Abessinischer Graben, englisch main Ethiopian rift). Dieser erstreckt sich etwa 330 Kilometer nach Süden, bei einer Breite von etwa 50 Kilometer. Hier ist der Talboden schon 750 bis über 1000 Meter hoch, begrenzt von abrupt zum Graben abfallenden Randgebirgen von 2500 bis 3000 Meter Höhe im Osten und 1800 bis 3500 Meter Höhe im Westen. Der Einschnitt ist zu großen Teilen durch vulkanische Gesteine angefüllt, also viel tiefer angelegt. Der Graben ist asymmetrisch, mit der Grabenachse entlang des Ostrands. Der Äthiopische Graben endet im Süden etwa am Awasasee. Der Äthiopische Graben beginnt im Norden in Nordost-Südwest-Orientierung, die südlicheren Abschnitte schwenken mehr und mehr auf Nord-Süd-Richtung ein. Es sind dementsprechend keine durchgehenden Randverwerfungen ausgebildet, sondern der Grabenrand besteht aus einer Abfolge von Abschnitten, zwischen denen die Störungen bis zu etwa einem Kilometer gegeneinander versetzt sind. Im Inneren der Grabenstruktur entsprechen diese jüngeren, tektonisch aktiven Verwerfungen, die nicht parallel zur Grabenachse ausgerichtet sind, sondern etwas gegen den Uhrzeigersinn gedreht, die Region wird als Wonji (oder Wonje) Fault Belt bezeichnet. Daran bildet sich in der Grabenmitte eine Abfolge bis in jüngste Zeit aktive vulkanische Zentren aus, darunter der Dofan, Fantale, Kone, Gedemsa, Boset-Bericha, Alutu und Corbetti. Der Vulkanismus ist bimodal, mit sauren Vulkaniten, die Calderen und Schichtvulkane hervorgebracht haben, und basischen, die überwiegend aus Spalten und Schlackenkegeln dazwischen entstammen. Nach Modellen geht die Grabenbildung hier jeweils zum Teil auf tektonische Aktivität entlang der Verwerfungen und magmatische Aktivität mit Verbreiterung vulkanischer Regionen durch Neubildung aus. Es ist aber wahrscheinlich, dass die heutige Dehnung überwiegend entlang der vulkanischen Zonen in der Grabenmitte stattfindet, nicht an den Randverwerfungen. Im südlichsten Abschnitt gabelt sich der Graben in zwei Äste, zwischen denen ein Horst, der Amaro-Horst, eingeschachtelt ist. Südlich davon wird die Grabenstruktur undeutlich. Der Vulkanismus im Südabschnitt ist älter als im Norden und hält bis in rezente Zeit an, aber weniger aktiv als im Norden. Ob die Grabenbildung im Äthiopischen Graben im Süden begann und sich nach Norden fortsetzte, oder im Norden startete, ist dabei bis heute umstritten. Einige Geologen nehmen sogar an, ein initiales Rift im Norden und im Süden seien hier zuletzt zusammengewachsen.

Turkana-Tiefland

Weiter südlich wird die Grabenstruktur undeutlich, die angrenzenden Höhen erreichen kaum 400 Meter Höhe, die Region wird als Omo-Turkana-Tiefland bezeichnet. Das Rift Valley ist morphologisch nicht erkennbar, bei geologischen Kartierungen sind aber nach Norden bis Nordosten streichende Verwerfungen und Halbgräben erkennbar, die die Struktur unterirdisch fortsetzen. Die Sedimentfüllung der Halbgräben erreicht bis zu 7 Kilometer Mächtigkeit.

Kenia-Graben

Südlich anschließend verläuft der Keniagraben, englisch Kenya rift oder, nach seinem (europäischen) Erstbeschreiber, dem schottischen Geologen John Walter Gregory, Gregory rift genannt. Wenn ohne weitere Zusätze vom „Rift Valley“ gesprochen wird, ist meist dieser Abschnitt gemeint. Es beginnt im Norden mit zwei parallelen Gräben (in etwa 1050 Meter Meereshöhe), die die Kamasia Hills (auch Kamasia range, Tugen hills, bis zu 2500 Meter hoch) als horstartigen Block einschließen. Der östliche Ast endet im Süden abrupt. Der westliche Ast setzt über den Turkana-See und Bogoriasee den Graben nach Süden fort. Er wird vom Fluss Kerio durchflossen und deshalb auch Keriograben genannt. Geologisch handelt es sich um zwei Halbgräben mit steiler westlicher Schulter. Etwa auf Höhe des Bogoriasees weicht die Grabenachse von der bisherigen Nord-Süd-Erstreckung deutlich nach Osten hin ab. Diese Struktur wird interpretiert als ein weiterer Tripelpunkt. Der westliche Arm setzt den Grabenbruch über den Ngorongoro-Krater nach Südwesten hin fort, der östliche Arm setzt sich über eine Kette von Verwerfungen im Ozeanboden des Indischen Ozeans fort.

Der Keniagraben endet im Süden, etwa vom Natronsee an südlich, in der Nordtansanischen Divergenzzone, im Grenzbereich zwischen Kenia und Tansania. Diese besteht aus einem Fächer von Verwerfungen, unter denen drei Hauptstrukturen erkennbar sind. Die westliche führt in Richtung Eyasisee, die mittlere auf den Manyara-See zu, die östliche verliert sich in einer langgestreckten Ebene südlich des Kilimandscharo, des höchsten Vulkanbergs am Afrikanischen Grabenbruch. Tektonische Untersuchungen finden keinen Hinweis auf eine durchgehende Bruchzone, die von hier weiter nach Süden verlaufen würde, es sind aber einige oberflächliche Verwerfungen erkennbar.

Westlicher Ast

Während der östliche Ast in seinen südlichen Abschnitten dem schon im Archaikum angelegten Mosambik-Gürtel, als präformierter Schwächezone, folgt, hat sich der westliche Ast im Kibara-Gürtel gebildet, einer ebenso alten Zone, die zuletzt bei der pan-Afrikanischen Orogenese (Gebirgsbildung) aktiv war. Im Südteil schwenkt er um auf den ebenfalls archaischen, vor zwei Milliarden Jahren angelegten Ubendi-Gürtel (Ubendian belt). Auch der westliche Ast folgt also einer präformierten Schwächezone. Beide umgehen den dazwischen liegenden, stabilen Tansania-Kraton. Der nördliche Beginn des westlichen Asts an der Aswa-Scherzone ist ebenso in einer paläoproterozoischen Schwächezone der Erdkruste vorgebildet. Der Beginn der Grabenbildung im westlichen Ast lag vor etwa 12 Millionen Jahren. Allerdings zeigen neuere Erkenntnisse, dass der Rukwa-Graben (zwischen Tanganjikasee und Malawisee) im südöstlichen Teil weitaus älter ist und schon vor 24 Millionen Jahren aktiv war. Der westliche Ast ist überwiegend charakterisiert durch eine Abfolge von Halbgräben, die durch steil stehende Verwerfungen begrenzt sind. Die einzelnen Teilgräben und Becken des westlichen Asts sind jeweils etwa 100 bis 150 Kilometer lang und nur 50 bis 60 Kilometer breit, teilweise noch erkennbar gegeneinander versetzt und nicht durchgehend. In den Becken liegt jeweils ein See. Die Randhöhen auf der Westseite bilden als Zentralafrikanische Schwelle die kontinentale Wasserscheide.

Albert-Graben

Nördlichster Teil ist das Albert-Rift mit dem Albertsee. Dieser liegt auf 618 Meter Höhe, die grabenparalleln Gebirge erreichen im Westen mehr als 2200 Meter und im Osten etwa 1300 Meter Höhe. in dem kurzen Nordabschnitt nördlich des Sees verläuft ein Laufabschnitt des Weißen Nils. Der Boden des Grabens ist etwa 5000 Meter tief eingebrochen, dieses Becken aber zum größten Teil durch mächtige Abfolgen tertiärer Sedimente aufgefüllt. Dabei hat sich die gegenwärtige Topografie, mit Anschluss des Beckens an das Flusssystem des Weißen Nils, erst im mittleren Pleistozän ausgebildet. Ursprünglich bildeten Albertsee und Edwardsee ein gemeinsames Seebecken („Palaeolake Obweruka“), das erst im Pleistozän durch erneute tektonische Aktivität, mit weiterer Hebung der Grabenschultern, aufgesplittet wurde. Der Seespiegel des Albersees senkte sich durch den, erst jetzt stattfindenden, Anschluss an das System des Weißen Nils markant ab. Zwischen Albersee und Edwardsee befindet sich mit dem Toro-Ankole-Vulkanfeld das nördlichste der vier Vulkanfelder im westlichen Ast. Der Vulkanismus setzte hier vor etwa 188.000 Jahren ein, überwiegend mit explosivem Vulkanismus mit Bildung von Maaren und Schlackenkegeln. Wie typisch für den Vulkanismus im östlichen Ast wurden ultrabasische, kieselsäurearme Vulkanite, bis hin zu Karbonatiten, gebildet.

Südlich des Albertsees, durch einen Hochlandabschnitt getrennt bildet der Graben des Edwardsees die Fortsetzung nach Süden. Hier liegt der Boden des Tals im Grabenbruch auf 200 Meter Höhe, die Grabenschultern erreichen als Randgebirge 2300 Meter Höhe im Osten und 1600 Meter Höhe im Westen. Zwischen den Seen bildet die Hochscholle (Horststruktur) des Ruwenzori-Gebirges die östliche Grabenschulter, dies ist nicht nur der höchste Abschnitt so gebildeter Gebirgsketten entlang des Ostafrikanischen Grabens, sondern sogar weltweit.

Kiwu-Rift

Südlich des Edwardsees steigt der Graben in einer Serie von Quervberwerfungen staffelartig an und senkt sich anschließend wieder ab zum Becken des Kiwusee. Der See liegt auf 1420 Meter Höhe. Südlich des Kiwusees fällt der Graben wieder in einer Serie von Querstörungen rapide ab zum Tanganjikasee auf 773 Meter Meereshöhe. Der See ist mit 700 Kilometern Länge, bis zu 70 Kilometern Breite und einer Wassertiefe von bis zu 1470 Metern der größte See im Ostafrikanischen Grabenbruch. Hinzu kommen Sedimentfüllungen von 4000 bis 5000 Metern Mächtigkeit im Becken, so dass sich die gesamte Sprunghöhe der Verwerfung auf etwa 10.000 Meter addiert. Auch der Boden des Sees ist durch Längs- und Querverwerfungen in Teilbecken gegliedert, die wegen der Wasserfüllung nicht direkt sichtbar sind.

Tanganjika-Graben

Im Tanganjika-Graben ändert sich die Richtung des Grabenbruchs. Während der Nordteil in Nord-Süd-Erstreckung verläuft, schwenkt er hier um auf Nordwest-Südost. Grund dafür ist vermutlich eine ältere Verwerfung mit Grabenbildung, die durch den neu entstehenden Ostafrikanischen Graben von Norden erreicht und an diesen angeschlossen wurde. In diesem älteren Abschnitt sind die Grabenschultern weitgehend erodiert, so dass keine markanten Randgebirge den Graben begleiten. Das anschließende, fast ebene Hochland ist aber auch etwa 1000 Meter hoch. Der Gesamtgraben besteht aus einer Schar paralleler Verwerfungen von jeweils bis zu 300 Kilometer Länge.

Rukwa-Becken

Die Verwerfungen des Tanganjika-Grabens gehen im Südosten in die des Rukwa-Beckens mit dem Rukwasee über. Das Hauptbecken ist hier etwa 200 Kilometer lang und 60 Kilometer breit, die Wasserspiegelhöhe des Sees liegt auf 800 Meter. Südöstlich des Rukwasees zweigt im rechten Winkel zur Grabenachse nach Nordosten hin die schalenförmig ausgebildete Usangu-Ebene ab, geologisch ein Halbgraben ohne erhöhte Grabenschultern. In Übersichtsdarstellungen des Ostafrikanischen Grabens wird gern der östliche Ast südlich der Nordtansanischen Divergenzzone über den Usangu-Halbgraben verlängert und so eine durchgehende Grabenstruktur durch Tansania hindurch konstruiert. Hier ist aber in der Detailbetrachtung weder ein Graben noch auch nur eine durchgehende Serie von Verwerfungen ausgebildet.

Malawi-Graben

Südlich des Usangu-Halbgrabens schwenkt der westliche Ast des Ostafrikanischen Grabenbruchsystems wieder auf Nord-Süd-Richtung um. Der anschließende Abschnitt bildet den Malawigraben mit dem Malawisee, der Graben etwa 650 Kilometer lang und etwa 60 Kilometer breit. Der See selbst, mit einer Länge von 500 Kilometer mit maximaler Wassertiefe von etwa 700 Meter, bedeckt den größten Teil davon. In diesem, gegenüber dem nordwestlich anschließendem Abschnitt geologisch jüngeren Grabenabschnitt sind wieder markante Randhöhen auf den Grabenschultern ausgebildet, bis zu 2000 Meter hoch. Die Gesamtstruktur ist eine Schar von vier parallelen Halbgräben, die durch nordwestlich streichende Verwerfungen begrenzt sind. Die Hauptachse des Grabens verspringt daher zwischen der West- und der Ostseite.

Urema-Graben

Südlich des Malawi-Grabens bildet der Uremagraben mit dem Urema-See den südlichen Abschnitt des westlichen Astes, und damit des gesamten ostafrikanischen Grabenbruchsystems. Dieser verzeigt sich ganz im Süden nochmals, ein Ast schließt über eine Verwerfungszone (ohne Grabenbildung) an das Becken des Indischen Ozeans, etwa in Höhe der Mündung des Sambesi, an. Weitere Verwerfungen setzen sich bis Südafrika fort, diese gehören aber nicht mehr zum Ostafrikanischen Grabensystem.

Entstehung

Das Alter der Grabenbildungen (Rifts) wird vor allem durch zwei Methoden bestimmt: Biostratigraphie der ältesten im Graben abgelagerten Sedimente und radiometrische Datierung von Vulkaniten vulkanischer Episoden, die mit der Riftbildung zusammenhängen. Zwischen den direkt datierbaren Regionen liegende, nur durch seismische Messungen nachgewiesene Brüche, die an der Oberfläche durch jüngere Sedimente verhüllt sind, werden anhand der anstehenden Abschnitte datiert.

Obwohl es in der Region in der Vergangenheit, bis zurück zu Perm und Trias (sogenannte Karoo-Phase) oder Kreide (Bestandteile des Central Africa Rift System, CARS) schon Grabenbildungen unterschiedlichen Umfangs gegeben hat, gehen die heute aktiven Riftstrukturen vor allem auf das mittlere Miozän zurück. Einige der jüngeren Phasen haben allerdings ältere, vorgebildete Bruchstrukturen reaktiviert. Ältere Riftstrukturen in Kenia liegen westlich des heutigen Rifts. Im groben Überblick sind die Grabenbildungen im Norden die ältesten und werden nach Süden hin immer jünger. Aber auch der Nordabschnitt ist bis heute weiter aktiv.

Die Bildung von Strukturen, die direkt auf das heutige Grabenbruchsystem zurückgeführt werden können, setzen im Rupelium vor etwa 28 Millionen Jahren ein. Im Norden Äthiopiens, anschließend an das Afar-Dreieck, bildeten sich sehr ausgedehnte Flutbasalt-Decken, deren südliche Ausläufer fast die kenianische Grenze erreichen. Weiter südlich bildeten sich, an ältere Bildungen anknüpfend, vor allem nordwest-südost-streichende Verwerfungen, von denen eine, das Rukwa-Becken, später Teil des westlichen Asts des Grabensystems wurde. Im Aquitanium, vor etwa 20 Millionen Jahren, hatten sich die Brüche im Norden weiter bis in den Süden Äthiopiens ausgedehnt, verbunden mit intensivem Vulkanismus. Weiter südlich nahmen sie aber einen anderen Verlauf und liegen im Indischen Ozean vor der Ostküste Afrikas, diese sind bis heute aktiv.

Erst in diesen Zeiten begannen sich erste ausgedehntere Grabensystemen in Nord-Süd-Erstreckung, der Orientierung des späteren Grabens, auszubilden, zunächst nur im Norden, etwa bis in den Norden Kenias. Der Mount Elgon, als ältester der auf den Grabenbruch bezogenen großen Vulkane, begann in dieser Zeit aktiv zu werden. Die ältesten Aktivitäten im späteren westlichen Ast begannen vor etwa 15 Millionen Jahren im Bereich des Semlikitals, also an dessen Nordspitze. Im östlichen Ast bildeten sich im Lochikar-Becken (Turkana, Kenia) erste Grabenstrukturen weiter südlich. In der Region setzte vor etwa 13 Millionen intensiver Vulkanismus ein, die hier entstandenen Phonolithdecken zeigen aber noch keine oberirdische Grabenbildung an. Vor etwa 8 Millionen Jahren begannen intensive Grabenbildungen im späteren westlichen Ast, ohne zunächst eine durchgehende Bruchstruktur zu bilden. Mit den tektonischen Aktivitäten ist der Vulkanismus der, bis heute sehr aktiven, Virunga-Vulkane verbunden. Vulkanismus des Mount Rungwe, im nördlichen Tansania, zeigte beginnende Aktivität weiter südlich an, auch wenn sich zunächst keine Gräben im Süden bildeten.

Die Haupt-Grabenbildung, wie heute erkennbar, setzte erst vor etwa 5 Millionen Jahren im Unteren Pliozän (Zancleum) ein. Im zentralen Äthiopien bildeten sich, im Verlauf der früheren Aktivitäten, die heutigen Grabenstrukturen südwestlich des Afar-Dreiecks aus. Im Bereich Omo und Turkana, im Grenzgebiet Äthiopien und Kenia begannen tiefe Gräben einzubrechen, die sich erstmals weiter südlich, im Bereich des späteren Gregory-Grabens (oder Keniagrabens) fortsetzten. Im westlichen Ast bildeten die früher einsetzenden Bruchzonen nun eine durchgehende Grabenstruktur aus, die an den, viel früher vorgebildeten, Rukwa-Graben anschlossen und von diesem nach Südosten umgelenkt wurden. Dieser drang, wieder auf Süd umschwenkend, über den Bereich des heutigen Malawisees und der Livingstone-Berge hinaus nach Süden vor. Der Vulkankomplex des Mount Rungwe markiert in etwa den Bereich, in dem von hier aus auch Bruchlinien nach Nordosten, im Richtung auf den östlichen Ast des Grabenbruchs, vordrangen. Hier bildete sich aber bis heute kein durchgehender Graben aus. Der westliche Ast begann erst vor etwa 3 Millionen Jahren, sich weiter nach Süden hin, bis ins heutige Mosambik, zu verlängern. Dieser Südabschnitt ist aber bis heute noch in einem frühen Stadium der Grabenbildung. Wie typisch beim Einbruch eines Grabens hoben sich die direkt angrenzenden Grabenschultern, es kam, zunächst vor allem entlang des westlichen Asts, zur Gebirgsbildung. Das dabei durch Hebung an der Grabenschulter gebildete Ruwenzori-Gebirge ist das höchste auf diesem Wege entstandene Gebirge weltweit. Auch in anderen Abschnitten des Grabens ist bis heute aktive Gebirgsbildung durch Hebung der Grabenschultern festzustellen.

Vor etwa 3 Millionen Jahren (Piacenzium) begann auch der östliche Ast des Grabenbruchs, von Nordkenia aus nach Süden vorzudringen, begleitet von intensivem Vulkanismus in diesem Bereich. Der Gregory- (oder Kenia-)Graben brach nun erst als vollständige Grabenstruktur ein.

Beide Äste des Grabenbruchs, der östliche wie der westliche, sind bis heute auf ganzer Länge aktiv. Dies zeigen sowohl seismische Messungen wie der aktive Vulkanismus an. Die Auswertung von geodätischer, gravimetrischer und seismologischer Daten ergab, dass die durchschnittliche Längenwachstumsrate der Risse südlich des heutigen Ostafrikanischen Grabens 2,5 bis 5 cm pro Jahr beträgt, die Geschwindigkeit der Verbreiterung der Risse beträgt zwischen 2 und 40 Millimetern pro Jahr. In einer Reviewarbeit, die zahlreiche Originalarbeiten berücksichtigt, wurde die Rate der Verbreiterung des Grabensystems auf etwa 0,5 Zentimeter pro Jahr, mit Bewegung senkrecht zur Grabenachse, abgeschätzt.

Gründe

Der ostafrikanische Grabenbruch ist ein kontinentaler Grabenbruch und gemeinsam mit dem (seit dem Miozän inaktiven) europäischen känozoischen Grabensystem (European Cenozoic Rift System: ECRIS) mit dem Oberrheingraben das Musterbeispiel dafür. Die Fachausdrücke „Grabenbruch“ und „Rift“ wurden anhand dieses Beispiels geprägt. Kontinentale Grabenbrüche gehen immer auf Dehnungsbewegungen in der Erdkruste zurück. Dabei kommt es nur in der oberen Kruste zu Brüchen. In der tieferen Kruste und im Mantel (ab einer Temperatur von ca. 300 °C) sind Gesteine zähplastisch kriechend (duktil) und verformen sich plastisch ohne Brüche. Für kontinentale Grabenbrüche werden traditionell zwei Entstehungsmodelle diskutiert: Aktive Grabenbrüche entstehen demnach über einer Aufwölbung der Erdkruste, verursacht durch eine Temperaturanomalie durch einen heißen Fleck, meist unübersetzt nach dem Englischen als Hotspot bezeichnet. Die Asthenosphäre beult sich darüber nach oben aus, die Kruste wird angehoben und dabei verdünnt. Schließlich bricht sie im Scheitel der Aufwölbung zu einem Grabenbruch ein. Weitere Aufwölbung der Asthenosphäre kann dazu führen, dass die Platte durchreißt und in zwei neue Platten aufgespalten wird. Passive Grabenbrüche entstehen hingegen primär über seitliche Zugkräfte auf die Krustenplatten, etwa über Koppelung mit einer (weit entfernten) Subduktionszone. Durch diese Bewegung ist die gedehnte Zone in den duktilen tieferen Zonen, bis hin zur Asthenosphäre, zunächst nicht breiter als der oberirdisch sichtbare Graben in der Kruste. Eine Aufwölbung kann stattfinden, ist dann aber auf die unmittelbaren Grabenschultern beschränkt. Beim passiven Rift entsteht also der Graben zuerst, die Aufwölbung der Asthenosphäre folgt später passiv nach. Welches Modell den Ostafrikanischen Grabenbruch besser beschreibt, war lange Zeit umstritten. Heute wird ein aktives Rift als Erklärung bevorzugt.

Nach neueren Untersuchungen ist die großräumige Plattenbewegung unter dem Grabenbruch parallel zur Grabenachse, nicht senkrecht dazu. Es kann also nicht zu einer Dehnung durch seitliche Zugkräfte kommen. Nach tektonischen und geophysikalischen Messungen liegt parallel zum Graben unter diesem eine fingerförmige Aufwölbung der Asthenosphäre. Die Afrikanische Platte ist unter dem Grabenbruch im Norden durchgerissen und in zwei Platten aufgespalten, die Somalische Platte im Osten und die Nubische Platte im Westen. Ursache der Grabenbildung ist die Hebung der Kruste mit Bildung der Hochländer Ostafrikas, verursacht durch einen Hotspot, der auf die Bildung von Mantel-Plumes an dieser Stelle zurückgeht. So hat sich das Abessinische Hochland vor etwa 30 bis 25 Millionen Jahren gehoben. Erster Vulkanismus begann schon vor 45 Millionen Jahren. Aber erst vor etwa 11 Millionen Jahren begann der Einbruch des Äthiopischen Grabens (main Ethiopian rift), der das Afar-Dreieck mit den initialen und nicht miteinander verbundenen Grabenbildungen weiter südlich zu einer durchgehenden Bruchlinie verbunden hat.

Wie typisch für Grabenbrüche weltweit, folgt die Grabenbildung an der Erdoberfläche meist alten Schwächezonen, die durch die Hebung und anschließende Grabenbildung reaktiviert wurden. Dadurch wird der morphologische Graben von seiner Bildungszone in der Asthenosphäre mehr oder weniger weit abgelenkt. In Ostafrika bestand die Afrikanische Platte, als Bruchstück des alten Südkontinents Gondwana aus verschiedenen uralten, teilweise schon im Archaikum vor über 2000 Millionen Jahren gebildeten kontinentalen Krustenblöcken oder Kratonen, an denen sich noch die ursprüngliche Bildung kontinentaler Kruste ablesen lässt. Diese wurden im Proterozoikum, bei der Bildung von Gondwana, durch Kollisionen an aktiven Kontinentalrändern unter Gebirgsbildung miteinander vereinigt (Pan-Afrikanische Orogenese). Diese Gebirge wurden schon im Proterozoikum wieder restlos abgetragen, ihre alten Wurzelbereiche sind aber noch vorhanden und bilden Schwächezonen, in denen die Kruste weniger stabil ist als in den Kernen der Kratone selbst. Der im Keniagraben nach Süden voranschreitende Ostafrikanische Grabenbruch traf im Süden einen der alten Kratone, den 2,8 bis 2,5 Milliarden Jahre alten Tansania-Kraton. Hier kam die Nord-Süd-Ausdehnung des Grabens zum Stillstand, der Graben spaltete sich in zwei oder drei Hauptäste abweichender Streichrichtung auf, die die nordtansanische Divergenzzone bilden. Parallel dazu bildete sich weit entfernt im Westen, auf der alten Grenze zwischen dem Tansania- und dem Kongo-Kraton (Congo Craton, auch NE-Zaire-Craton) ein paralleler Grabenbruch, der heutige westliche Ast. Der westliche Ast endet im Norden abrupt an einer bereits im Präkambrium entstandenen und später mehrfach reaktivierten Transformstörung, der sogenannten Aswa-Scherungszone. Diese verläuft von Nordwesten nach Südosten, konnte also vom entstehenden Ostafrikanischen Grabenbruch selbst nicht reaktiviert werden, wirkte sich aber auf dessen Bildung stark aus. Die Scherungszone verläuft nach Osten hin, unter dem heutigen Viktoriasee hindurch, weiter. Die Vulkanketten im Norden Tansanias scheinen darauf aufgereiht zu sein. Im Süden der Divergenzzone, südlich davon, wird die Grabenstruktur im östlichen Ast undeutlich. Wenig ausgeprägte Grabenbildungen wie der Mpondegraben, die Herdzonen von zahlreichen Erdbeben und die Präsenz von Thermalquellen können aber darauf hindeuten, dass sich der östliche Ast auch derzeit weiter nach Süden verlängert und in der Zukunft hier an den westlichen Ast anschließen könnte.

Zukunft

Die künftige Entwicklung des Grabens ist unter Forschern umstritten. Eine Möglichkeit wäre, dass sich das Rift Valley weiterentwickelt. In den nächsten zehn Millionen Jahren könnte der Ozean in das Grabensystem eindringen, entlang des Rifts würde sich neuer Ozeanboden bilden. Das östliche Afrika würde eine eigene, weiter vom restlichen Kontinent abdriftende Landmasse bilden. Der Nil würde im Oberlauf sein Flussbett ändern und möglicherweise einige seiner Quellen verlieren oder in den neu entstehenden Arm des Indischen Ozeans münden. Die andere Möglichkeit sieht ein vollständiges Zurruhekommen des Grabenbruchs vor, der Graben würde somit ein Aulakogen werden.

Paläoanthropologische Funde

Olduvai-Schlucht in Tansania

Das Rift Valley ist eine Region, in der zahlreiche paläoanthropologische Funde gemacht wurden, insbesondere gilt dies für die Olduvai-Schlucht. Die rasche Erosion der Hochländer füllte das Tal mit Sedimenten, die gute Erhaltungsbedingungen für Fossilien von verschiedenen Gattungen der Hominini boten. Erneuter Bodenverlust nach Regenfällen legt heute diese Fossilien frei, so dass beispielsweise zunächst die Teams von Louis Leakey und später Richard Leakey und Meave Leakey viele Entdeckungen in dieser Region machen konnten.

Ein weiterer bekannter Hominidenfundort ist die Middle-Awash-Region im so genannten Afar-Dreieck. Aus diesem Gebiet stammt unter anderem „Lucy“, das bekannteste erhaltene Skelett eines Australopithecus afarensis, ferner das zwischen 1994 und 1997 geborgene Fossil „Ardi“ eines Ardipithecus ramidus.

Jüngeren Datums sind die Ausgrabungen des Hominiden-Korridor-Projekts unter Leitung von Timothy Bromage und Friedemann Schrenk in Malawi.

Literatur

• Daniel Goliasch: Ein Kontinent zerbricht – Das Afrikanische Grabensystem. In: Nadja Podbregar, Dieter Lohmann: Im Fokus: Geowissen. Wie funktioniert unser Planet? Springer Verlag, Berlin / Heidelberg 2013, e-ISBN 978-3-642-34791-7, S. 79–89.

Weblinks

Commons: Maps of Great Rift Valley – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Geologie des Ostafrikanischen Grabens