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Lake Shala: Water chemistry, mineralogy and geochemistry of sediments in an Ethiopian Rift lake

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Zusammenfassung

Der Shala-See füllt eine Depression in pleistozänen vulkanischen Gesteinen des äthiopischen Grabensystems aus. Er ist der tiefste See in dem geschlossenen Becken der Galla-Seen. Die Natrium-Bikarbonat(-Chlorid)-Wässer des Shala-Sees besitzen bei einer Salinität von 16 g/l bemerkenswert niedrige Gehalte an Erdaikali- und Sulfationen. Unterschiedliche Ionenkonzentrationen im Oberflächen- und Tiefenwasser und eine Thermokline in einer Wassertiefe von 50–70 m zeigen eine Stratifizierung des Wasserkörpers an.

Hei\e Soda-Quellen, die an den Ufern des Shala-Sees und des Langano-Sees austreten, werden von einem tiefen Untergrund-Speicher hergeleitet, der mit hei\em, salzhaltigem Wasser gefüllt ist und zum Teil von meteorischem Wasser gespeist wird. Die Ionenzusammensetzung in den Wässern der hei\en Quellen ist einheitlich und stimmt trotz verschiedener Gesamt-Salzgehalte mit der chemischen Zusammensetzung in den Galla-Seen überein. Anomale Konzentrationen von Schwermetallen sind in den Wässern des Shala-Sees und in den hei\en Quellen nicht vorhanden.

Die Sedimente des Shala-Sees gehören zu einer extrem feinkörnigen Gruppe von Ablagerungen. Sie sind schlecht sortiert, und die laterale Verteilung der Korngrö\en folgt nicht dem normalen Schema für aquatische Sedimentationsräume. Ein Gürtel in 50–100 m Wassertiefe enthält die feinstkörnigen Sedimente, während die gröberkörnigen Ablagerungen sowohl in der flachen Randzone des Seebodens als auch im tiefen zentralen Teil zu finden sind. Der Anteil an glasigen Komponenten in den Sedimenten ist sehr hoch. Das am häufigsten vorkommende Tonmineral ist ein schwach kristallisierter Smektit. Die Komponenten der Sandfraktionen bestehen aus Quarz, Feldspat, Glaspartikeln und gelegentlich Calcit. Nickel, Cobalt und Blei sind in den Sedimenten des Shala-Sees verarmt, verglichen mit den Durchschnittswerten in tonigen Gesteinen. Die Gehalte an Eisen, Mangan und Zink sind relativ hoch. Silber, Cadmium und einige Elemente der Seltenen Erden sind mit einem Faktor > 5 angereichert.

Abstract

Lake Shala, the deepest lake in the internal Galla lakes basin of the Ethiopian Rift, fills a depression in Pleistocene volcanic rocks. Its sodium-bicarbonate (-chloride) water (salinity 16 g/l) is remarkably low in earth alkalines and sulphate. Stratification is indicated by different ion concentrations in the surface and bottom waters and by a thermocline in a water depth of 50–70 m.

Hot soda springs emerging on the shores of Lakes Shala and Langano are believed to be derived from a hot saline underground reservoir recharged by meteoric waters. The ion composition of the hot spring waters is uniform and matches that in the Galla Lakes except for total salinities. Anomalous heavy metal concentrations are lacking in lake and hot spring waters.

Sediments of Lake Shala belong to an extremely fine-grained group of deposits. They are poorly sorted and the lateral distribution of the grain sizes does not follow the normal scheme for aquatic depositional environments. A belt, 50–100 m below lake level containing the finest-grained sediments, separates the shallow periphery of the lake bottom from the deep center, both characterized by coarser-grained deposits. The sediments consist of a large portion of glassy components. A poorly cristallized smectite is most abundant in the clay mineral group. The components of the sand fraction are quartz, feldspar, glass particles and occasionally calcite. Nickel, cobalt and lead are depleted in the Lake Shala sediments compared with the averages of shales. Iron, manganese and zinc are relatively high. Silver, cadmium and some of the rare earth elements are enriched by factors of > 5.

Résumé

Le Lac Shala remplit une dépression dans les roches volcaniques pleistocènes du système de graben éthiopien. C'est le lac le plus profond dans le bassin fermé des lacs Galla. Les eaux à bicarbonate (et chlorure) sodique du Lac Shala (salinité de 16 g/l) ont une teneur particulièrement faible en alcalino-terreux et en sulphates. Des concentrations ioniques différentes dans les eaux de surface et du fond du lac et une thermocline à une profondeur de 50–70 m indiquent une stratification dans la masse d'eau.

Des sources sodées chaudes le long des rives du Lac Shala et du Lac Langano proviennent d'un réservoir profond, rempli d'eau chaude saline, partiellement alimenté par des eaux météroriques. La composition ionique des eaux de source chaudes est uniforme et correspond à la composition chimique des lacs Galla malgré des différences dans la salinité totale. Il n'existé pas de concentrations anormales de métaux lourds dans les eaux du Lac Shala et dans les sources chaudes.

Les sédiments du Lac Shala appartiennent à une groupe de dépÔts à grain extrÊmement fin. Ils sont peu classés, et la distribution latérale des grosseurs de grains ne suit pas le schéma normal des régions sédimentataires aquatiques. Une ceinture à la profondeur de 50–100 m contient les sédiments les plus fins, tandis que les sédiments plus grossiers se trouvént aussi bien dans les parties plates bordant le lac que dans la région centrale profonde. La fraction de composants vitreux dans les sédiments est très élevée. Le minéral argileux le plus fréquent est un smectite faiblement cristallisée. Les composants de la fraction sableuse consistent en quartz, feldspath, particules vitreuses et occasionnellement calcite. Nickel, cobalt et plomb sont appauvris dans les sédiments du Lac Shala, comparé avec les valeurs moyennes dans les roches argileuses. Les teneurs en fer, manganèse et zinc sont relativement élevées. L'argent, le cadmium et quelques éléments des terres rares sont enrichis d'un facteur > 5.

кРАткОЕ сОДЕРжАНИЕ

ОжЕРО Shala жАпОлНьЕт ДЕп РЕссИУ В плЕИстОцЕНО Вых ВУлкАНИЧЕскИх пОРОД Ах ЁФИОпскОИ сИстЕМы гР АБЕНОВ. ЁтО сАМОЕ глУБ ОкОЕ ОжЕРО В жАМкНУтОМ БАссЕИНЕ ОжЕР GБllБ. ВОД А ОжЕРА iShala, сОДЕРжАЩАь БИкАРБОНАтА НАтРИь И хлОРИДА 16 г/л., ОтлИЧАЕт сь пОРАжИтЕльНО НИжк ИМ сОДЕРжАНИЕМ ЩЕлОЧНО жЕМЕльНых кОМпОНЕНтОВ И сУльФА тНых ИОНОВ. РАжлИЧИЕ кОНцЕНтРАцИИ ИОНОВ пОВЕРхНОстНых И глУБ ИННых ВОД, кАк И пЕРЕпА Д тЕМпЕРАтУР НА глУБИН Е 50 ДО 70 сМ УкАжыВАЕт НА слОИс тОсть ВОДНОгО пРОФИл ь.

гОРьЧИЕ БОгАтыЕ сОДО И ИстОЧНИкИ, пРОБИВАУ ЩИЕсь НА БЕРЕгАх ОжЕРА Shala И Langano ВыстУпАУт Иж глУБО кОгО пОДжЕМНОгО ВОДО ЕМА, жАпОлНЕННОгО гОРьЧЕ И сОлЕНОИ ВОДОИ И ЧАстИ ЧНО пОпОлНьУЩЕгОсь МЕтЕРЕОлОгИЧЕскИМИ ОсАД кАМИ. сОстАВ ИОНОВ ВОДы ЁтИ х гОРьЧИх ИстОЧНИкОВ ОДИНАкОВ И сОВпАДАЕт, НЕсМОтРь НА РАжлИЧИЕ ОБЩЕИ сОлОНОстИ, с хИМ ИЧЕскИМ сОстАВОМ ОжЕР GБllБ. АНОМАлИИ кОНцЕНтРАц ИИ ИОНОВ тьжЕлых МЕтА ллОВ В ВОДАх ОжЕРА Shala И гОРьЧИх ИстОЧНИкОВ Н Е ОтМЕЧЕНО.

ОтлОжЕНИь ОжЕРА Shala ОтН Осьт к сАМыМ МЕльЧАИш ИМ. ОНИ плОхО ОтсОРтИРОВАНы И БОкОВОЕ РАспРЕДЕлЕ НИЕ ВЕлИЧИН жЕРЕН НЕ сООтВЕтстВУЕт ОБыЧН ОИ схЕМЕ ВОДНых БАссЕИН ОВ ОсАДкОНАкОплЕНИь. НА глУБИНЕ 50-100 М ИМЕЕтсь пОьс Иж сАМых МЕльЧАИшИх ж ЕРЕН, В тО ВРЕМь, кАк гРУБОжЕРНИстыЕ ОтлО жЕНИь НАхОДьт, кАк В МЕлкОВОДНых кРА ЕВых жОНАх ДНА ОжЕРА, т Ак И В глУБОкОИ цЕНтРАльНО И ЧАстИ ЕгО. УЧАстИЕ стЕ клОВИДНых кОМпОНЕНт ОВ В ЁтИх ОсАДкАх ОЧЕНь ВЕлИкО. НАИБОлЕЕ ЧАст О ВстРЕЧАУЩИМсь глИН ИстыМ МИНЕРАлОМ ОкАжыВАЕт сь слАБО кРИстАллИжУУЩ ИИсь сМЕктИт. пЕсЧАНА ь ФРАкцИь пРЕДстАВлЕНА кВАРцЕ М, пОлЕВыМ шпАтОМ, ЧАстИ ЧкАМИ стЕклА И, пОРОИ к АльцИтОМ. пО сРАВНЕНИУ сО сРЕДНИМИ глИНИсты МИ пОРОДАМИ ОсАДОЧНы Е пОРОДы ОжЕРА Shala БЕДНы кОБАльтОМ, НИкЕлЕМ И с ВИНцЕМ. жАтО кОНцЕНтР АцИь жЕлЕжА, МАРгАНцА, И цИН кА ОтНОсИтЕльНО ВысОкА. сЕРЕБРО, кАДМИИ И НЕкО тОРыЕ пРЕДстАВИтЕлИ РЕДкИ х жЕМЕль НАхОДьтсь В кО лИЧЕстВАх БОлЕЕ 10−5.

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References

  • Bäcker, H. &Schoell, M.: New deeps with brines and metalliferous sediments in the Red Sea. - Nature Phys. Sci.240 (103), 153–158, London 1972.

    Google Scholar 

  • Baumann, A., Richter, H. &Schoell, M.: Suakin Deep: Brines and hydrothermal sediments in the deepest part of the Red Sea. - Geol. Rdsch.62 (3), 684–697, Stuttgart 1973.

    Google Scholar 

  • Bischoff, J. L.: A ferroan nontronite from the Red Sea geothermal system. - Clays and clay minerals20, 217–223, Oxford 1972.

    Google Scholar 

  • Brewer, P. G., Densmore, C. D., Munns, R. &Stanley, R. J.: Hydrography of the Red Sea brines. - In: Hot brines and recent heavy metal deposits in the Red Sea,E. T. Degens &D. A. Ross (eds.) 138–147, New York (Springer-Verlag) 1969.

    Google Scholar 

  • Brewer, P. G. &Spencer, D. W.: A note on the chemical composition of the Red Sea deep brines. - In: Hot brines and recent heavy metal deposits in the Red Sea,E. T. Degens &D. A. Ross (eds.) 174–175, New York (Springer-Verlag) 1969.

    Google Scholar 

  • Brooks, R. R., Kaplan, I. R. &Peterson, M. N. A.: Trace element composition of Red Sea geothermal brine and interstitial water. - In: Hot brines and recent heavy metal deposits in the Red Sea,E. T. Degens &D. A. Ross (eds.), 180–203, New York (Springer-Verlag) 1969.

    Google Scholar 

  • Craig, H.: Geochemistry and origin of the Red Sea brines. - In: Hot brines and recent heavy metal deposits in the Red Sea,E. T. Degens &D. A. Ross (eds.), 208–242, New York (Springer-Verlag) 1962.

    Google Scholar 

  • Degens, E. T., von Herzen, R. P. &Wong, H. K.: Lake Tanganyika: Water chemistry, sediments, geological structure. - Naturwissenschaften58, 229–241, Heidelberg 1971.

    Google Scholar 

  • Degens, E. T., von Herzen, R. P., Wong, H. K., Deuser, W. G. &Jannasch, H. W.: Lake Kivu: Structure, chemistry and biology of an East African rift lake. - Geol. Rdsch.62 (1), 245–277, Stuttgart 1973.

    Google Scholar 

  • Degens, E. T. &Ross, D. A. (editors): Hot brines and recent heavy metal deposits in the Red Sea. - 600 pp., New York (Springer-Verlag) 1969.

    Google Scholar 

  • Dietrich, G.: Allgemeine Meereskunde. Eine Einführung in die Ozeanographie. - 492 pp., Berlin (Gebrü der Bornträger) 1965.

    Google Scholar 

  • Eugster, H. P.: Chemistry and origin of the brines of Lake Magadi, Kenya. - Mineral. Soc. Amer. Spec. Paper3, 215–235, Menasha 1970.

    Google Scholar 

  • Folk, R. L. &Ward, W. C.: Brazos river bar: A study in the significance of grain-size parameters. - J. Sediment. Petrol.27, 3–26, 1957.

    Google Scholar 

  • Förstner, U.: Petrographische und geochemische Untersuchungen an afghanischen Endseen. - N. Jb. Miner., Abh.,118, Stuttgart 1973.

  • Grippenberg, S.: A study of the sediments of the North Baltic and adjoining seas. - Fennia60, 1–231, 1939.

    Google Scholar 

  • Grove, A. T. &Gondie, A. S.: Late Quaternary lake levels in the Rift Valley of Southern Ethiopia and elsewhere in tropical Africa. - Nature234, 403–405, London 1971.

    Google Scholar 

  • Livingston, D. A.: Chemical composition of rivers and lakes. - U.S. Geol. Surv. Prof. Paper440-G, 64 pp., Washington, D. C. 1963.

  • Mohr, P. A.: The geology of Ethiopia. - 268 pp., University College of Addis Ababa Press, Asmara 1961.

    Google Scholar 

  • Müller, G.: Die Sedimentbildung im Bodensee. - Naturwissenschaften53, 237–247, Heidelberg 1966.

    Google Scholar 

  • Müller, G. &Förstner, U.: Recent iron ore formation in Lake Malawi, Africa. - Mineral. Deposita8, 278–290, Berlin 1973.

    Google Scholar 

  • Müller, G., Irion, G. &Förstner, U.: Formation and diagenesis of inorganic Ca-Mg carbonates in the lacustrine environment. - Naturwissenschaften59, 158–164, Heidelberg 1972.

    Google Scholar 

  • Ross, D. A., Whitmarsh, R. B. et al.: Red Sea drillings. - Science179, 377–380, London 1972.

    Google Scholar 

  • Talling, J. F.: Origin of stratification in an African rift lake. - Limnol. Oceanogr.8, 68–78, Baltimore 1963.

    Google Scholar 

  • Turekian, K. K. &Wedepohl, K. H.: Distribution of the elements in some major units of the earth's crust. - Bull. Geol. Soc. America72, 175–192, Washington 1961.

    Google Scholar 

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Baumann, A., Förstner, U. & Rohde, R. Lake Shala: Water chemistry, mineralogy and geochemistry of sediments in an Ethiopian Rift lake. Geol Rundsch 64, 593–609 (1975). https://doi.org/10.1007/BF01820685

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  • DOI: https://doi.org/10.1007/BF01820685

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