ウィットウォーターズランド

ウィットウォーターズランド盆地は、ウィットウォーターズランドに地表に現れる、大部分が地下の地質構造です。世界最大の既知の金埋蔵量を誇り、 40,000トン（1.3 × 10⁹オンス^）以上の金を産出しており、これは地表に存在する金の総量の約22%に相当します。^{[ 3 ]}この盆地は、かつてのトランスバール州とオレンジ自由州にまたがっており、約30億年前から約2億6千万年かけて堆積した、主に堆積岩からなる厚さ5,000～7,000mの始生代の層で構成されています。 [ 9 ^{]「ウィット}ウォーターズランド超層群」として知られる一連の岩石は、石英岩、縞状鉄鉱石、泥岩、氷堆積物、礫岩、 および一部の海洋溶岩堆積物から成ります。盆地の大部分はより新しい岩石の下に深く埋もれているが、ハウテン州、フリーステート州、および周辺のいくつかの州に露頭がある。ハウテン州の露頭はウィットウォーターズランド尾根を形成しており、盆地とその岩石はこの尾根にちなんで名付けられている。この尾根の南側、ヨハネスブルグの西5kmにあるラングラーグテ農場で、1886年に金が初めて発見された。^{[ 3 ] [ 2 ]}この金は礫岩の中に埋もれていたため、当初は地殻変動によって傾斜した古い川床の沖積金だと考えられていた。^{[ 3 ] [ 2 ]}しかし、傾斜方向に追跡すると、礫岩は川の狭い幅に合わせて形成されただけでなく、深部にも続いていることが判明し、この礫岩帯が堆積層の一部であることが認識された。^{[ 2 ]}礫岩はすぐに東西方向に追跡され、合計50 km (31マイル)の連続した距離が特定され、「セントラル ランド金鉱地帯」として知られるようになった。      

その後、ウィットウォーターズランド海嶺を構成する岩石が下方および南方に傾斜し、大部分が地下にある「ウィットウォーターズランド盆地」を形成していることが明らかになった。この盆地は、北東のエヴァンダーから南西のテウニッセンまで長軸が300 km (190マイル)、南東のステインスラスから北西のコリニーまで幅150 km (93マイル)の楕円形の領域を覆っており、 ^{[ 2 ]}キンロスには小さな副盆地がある。金はこの盆地の北縁と西縁に沿ってのみ産出するが、連続した帯状ではない。金を含む岩石は、北と西からの始生代の河川が扇状デルタを形成し、多くの網状水路を形成した後、南の「ウィットウォーターズランド海」に流れ込んだ 6 つの場所に限られており、そこにはウィットウォーターズランド超層群の古い岩石を形成する初期の堆積物が堆積していた。これらの金を含む扇状デルタの中には、現在地表から4 km (2.5マイル)の深さにあるものもあります。 ^{[ 3 ] [ 2 ]} ヨハネスブルグ周辺の古い鉱山の多くは現在ほぼ枯渇していますが、ウィットウォーターズランド盆地は依然として南アフリカの金の大部分と世界の総生産量の大部分を産出しています。銀、ウラン、イリジウムは金の精錬の副産物として回収されます。^{[ 12 ]}      

ウィットウォーターズランド盆地は始生代に形成されたため、地球上で最も古い地質構造の一つです。約30億年前 から始まり、2億6千万年かけて2段階に分けて形成されました。 最初の段階は6千 万年続き、ウィットウォーターズランド海と呼ばれる浅い海に堆積物が堆積しました。その結果できた 厚さ2500～4500メートルの堆積層は、ウィットウォーターズランド岩石の「西ランド層群」と呼ばれています。2番目の段階は 最初の段階に続いて2億年続き、ウィットウォーターズランド海の後退によって陸上に堆積物が堆積しました。これにより、ほぼ平坦な広大な沿岸平野が生まれ、北から流れてくる川が広範囲に網状河川デルタを形成し、その一部には豊富な金鉱床が堆積しました。その結果できた 厚さ2500メートルの岩石層は、「中央ランド層群」と呼ばれています。 「西ランド層群」と「中央ランド層群」の岩石は合わせて「ウィットウォーターズランド超層群」を形成し、その水平方向の広がり全体がウィットウォーターズランド盆地と呼ばれている。^{[ 3 ] [ 9 ] [ 2 ]}

始生代の初期には大陸は存在しなかったが、島弧は形成された。 ^{[ 14 ]}これらの島弧のいくつかが合体して、約39億年前に地球上で最初に形成されたマイクロ大陸の1つであるカープヴァール・クラトンが形成された。 ^{[ 9 ]}現在の南アフリカに対するその大きさや位置は、左の図に示されている。約30億年前、下層のアセノスフェアの局所的な冷却により、このマイクロ大陸の南東部が海面下に沈降した。^{[ 9 ]}新たに形成された「ウィットウォーターズランド海」の海底は、滑らかに侵食された花崗岩で構成されていた。約29億7000万年前、北から川によって運ばれてきた砂質の堆積物が花崗岩の上に堆積し始めた。この砂質の層は最終的に圧縮されて、ウィットウォーターズランド超層群の最下層であるオレンジグローブ石英岩を形成した。この珪岩層はヨハネスブルグで花崗岩の基盤の上に横たわっており、東西に56kmにわたる尾根を形成している。この尾根の上を北に向かって流れるいくつかの川が滝を形成しており、それがウィットウォーターズランドという名前の由来となっている。ウィットウォーターズランドとは、アフリカーンス語で「白い水の尾根」を意味する。    

約20億年前、光合成を行うシアノバクテリアが出現し十分に発達するまでは、地球の大気中に遊離酸素は存在しなかった。^{[ 13 ]}これらの微生物によって生成された酸素は、とりわけ水に溶解したFe2 ^{+イオンと急速に反応し、不溶性の赤い}酸化鉄（ヘマタイト）を沈殿させた。さまざまな理由から、細かい粒子の泥の堆積は、酸化鉄の沈殿が多かれ少なかれ周期的に起こる影響を受けた。その結果、赤とベージュの泥の層が交互に現れ、固結すると縞状鉄鉱石となった。^{[ 13 ]} 

海が深くなるにつれて、より細かい粒状の泥質の堆積物が蓄積した。地理的条件の変化により、泥、砂、砂利、縞状鉄鉱石など、さまざまな堆積物が蓄積した。29億5000万年前のティライト堆積物は、 地球上で最初の氷河期を示している。^{[ 9 ] [ 15 ]} 6000万年以内に 、花崗岩の基盤上に最大4500m の堆積物が蓄積し、ウィットウォーターズランド超層群の総厚の60%以上を占める「ウェストランド層群」の岩石となった。^{[ 3 ] [ 9 ] [ 15 ]}

カープヴァール・クラトンの北部が隆起し、造山運動（山の形成）が起こったことで、「西ランド層群」堆積物の堆積末期にはウィットウォーターズランド海が後退した。現在ヨハネスブルグが位置するクラトンの地域は広大な河川平野となり、縮小した海の北岸と西岸全体に沿って弧を描くように広がり、東のエヴァンダーからヨハネスブルグ、カールトンビルを経て、南西のクラークスドルプとウェルコムまで達した。河川は網状三角州を形成し、多くの水路が絡み合い、流れが緩やかで、山から運ばれてきた重質物、すなわち大きな小石や、金、黄鉄鉱、ウラン鉱などの重鉱物が堆積した。金は遊離元素の形で存在していた。これらの鉱物に富んだ水域では、シアノバクテリアが比較的豊富に生育した。^{[ 3 ] [ 9 ] [ 15 ]}金鉱床に伴って発見されるケロゲン、すなわち瀝青は、ほぼ間違いなくこれらの始生代の光合成微生物の残骸である。^{[ 9 ]}

その後2 億年にわたり、氾濫原は繰り返し浸水し、時には浸食され、堆積物が再堆積されたことは明らかです。その結果、厚さ2500メートルの岩層が形成され、「セントラルランド層群」と呼ばれています。この層は「ウェストランド層群」とともに「ウィットウォーターズランド超層群」を形成しています。現在、経済的に非常に重要な 金を含む礫岩（地元ではバンケットと呼ばれる）の大部分は、より新しいセントラルランド層群に含まれています。

 「セントラルランドグループ」の堆積物は、27億1500万年前に噴出したベンタースドルプ溶岩を形成する大量の溶岩流出によって突然終焉を迎えた。 ^{[ 9 ]}これらの溶岩流出の原因は推測の域を出ない。それは、カープヴァールクラトンとジンバブエクラトンの衝突に関係している可能性があり、最終的にはそれらが結合して単一の大陸ユニットを形成することになる。

ウィットウォーターズランド盆地の地質とヨハネスブルグ地域での露出に大きな影響を与えた最後の出来事は、 20億 2000万年前にヨハネスブルグの南西110km地点で発生した巨大な隕石の衝突でした 。^{[ 3 ] [ 9 ]}この衝突は現在のフレデフォート村の近くにあり、この巨大な出来事の地質学的痕跡であるフレデフォートドームの名前の由来となっています。この衝突の痕跡は地球上で最も古いものの1つであるだけでなく、現在の地球の地質に痕跡を残した最大の隕石衝突の1つでもあります。^{[ 3 ] [ 9 ]}直径10～15kmの隕石が直径 300kmのクレーターを作り 、その円内のすべての岩層を歪ませました。ヨハネスブルグはこの衝突クレーターの外縁のすぐ内側にあります。衝突のすぐ近くでは、すべての地下層が隆起して反転したため、ウィットウォーターズランドの岩石が 衝突中心から 25 km 離れた弧状に露出しています。これらの露頭には金鉱床はありません。しかし、隕石の衝突により、クレーター内のウィットウォーターズランド盆地が低くなりました。これにより、その後の侵食から保護されましたが、おそらくより重要なことに、ヨハネスブルグ近くのクレーター縁付近の地表に現れました。^{[ 9 ]}実際、フレデフォート ドームのすぐ近くのウィットウォーターズランドの露頭 (つまり、これらの岩石が地表に露出している場所) を除いて、他の露頭はほぼすべて、 衝突クレーターの中心から西、北西、北、北東に約 80 ～ 120 km の弧状の範囲に存在します。^{[ 10 ]} したがって、20億年前のフレデフォート小惑星の衝突がなければ 、人類は南アフリカの地表下の豊富な金鉱床を発見できなかったか、あるいは 比較的最近の地質学的過去、すなわち過去1億5000万年、特に過去2000万年の間に、南アフリカ高原の地表から数キロメートルの厚さの堆積層が絶え間なく除去される過程で、金鉱床は侵食されてしまった可能性がある。 ^{[ 9 ]}  

地球上の金やその他の重金属の大部分は、地球の核に閉じ込められています。タングステン同位体研究の証拠によると、地殻の金のほとんどは、約39億年前（つまり、カープヴァール・クラトンが形成された頃）の隕石衝突によって生じたマントルの金に由来しています。金を含む隕石の衝突は、地球の核が分離してから数百万年後に起こりました。^{[ 16 ]} ウィットウォーターズランド盆地地域の金は、北と西の金に富むグリーンストーン帯から洗い流されて、始生代の河川デルタに堆積しました。レニウム-オスミウム同位体研究によると、これらの鉱床の金は、グリーンストーン帯に存在するコマチアイトとして知られる、30億年前の珍しいマントル由来の貫入岩に由来しています。^{[ 17 ]}