De Zambezi en de Rook die Dondert: hoe rivieren van loop veranderen

20-04-2022

De Zambezi is een van de grootste rivieren van Afrika, maar dat was niet altijd zo. Ze was vroeger een klein riviertje aan de kust van de Indische Oceaan in Mozambique. Als een oprukkend front heeft de Zambezi andere rivieren 'gekaapt', zodat er een enorm stroomgebied is ontstaan tot bijna aan de Atlantische Oceaan. Het natuurwonder van de Victoriawatervallen zijn het levende bewijs van deze rivierexpansie. Ik steek een paar persoonlijke noten in dit verhaal, want in een ander leven werkte ik in de petroleumsector en specialiseerde me in het vakgebied van de palaeodrainage, vooral die van Afrika. Ik legde een paar onbrekende schakels in de evolutie van grote rivieren bloot ... maar ik twijfel om ze te publiceren omdat ik al een paar keer tegen onethisch gedrag in de publicatiewereld opbokste.

Auteur: Kathelijne Bonne.

Victoria Falls (K. Bonne)
Victoria Falls (K. Bonne)

De Zambezi Rivier is 2660 km lang en ontspringt in de Bié-bergen in Angola, op nog geen 200 km van de Atlantische Oceaan. De bovenloop, de Boven-Zambezi kronkelt rustig door de hoogvlaktes van Angola en Zambia. Dan stort ze in een kilometer-breed watergordijn naar beneden in de Victoriawatervallen, genoemd naar de beroemde koningin door ontdekkingsreiziger David Livingstone. Maar de Afrikaanse naam vind ik mooier, Mosi-oa-Tunya, de Rook die Dondert. Ooit stond ik zelf op de grote brug die tussen Zambia en Zimbabwe spant, nat gespetterd en gebiologeerd door donderende water. Als een gewone regenboog nog niet genoeg is, verschijnt in de nevel bij volle maan een spookachtige maanboog. Voorbij de watervallen raast de Midden-Zambezi door de Batoka-kloof, een wildwaterparadijs. Naar het oosten loopt de rivier door de slenken van het Oost-Afrikaanse riftsysteem. Ook hier waren stroomversnellingen, maar die zijn getemd door twee geweldige hydro-elektrische dammen (Lake Kariba en Lake Cahora Bassa zijn de bijhorende stuwmeren). Stroomafwaarts, in Mozambique, mondt de benedenloop uit in een delta in de Indische Oceaan. 

De moderne Zambezi ontstond omdat de Beneden-Zambezi de midden- en bovenlopen kaapte. Dat gebeurde over een tijdspanne van miljoenen jaren en werd veroorzaakt door het stapsgewijze opbreken van het supercontinent Gondwana (zie een animatie van Gondwana hier). Dat ging gepaard met vulkanisme en veranderingen in het reliëf, waardoor ook de riviernetwerken zich moesten aanpassen, zoals we zullen zien.

Zambezi Basin (Eric Gaba/Wikipedia; edits: K. Bonne)
Zambezi Basin (Eric Gaba/Wikipedia; edits: K. Bonne)
Victoria Falls (Diego Delso/Wikipedia).
Victoria Falls (Diego Delso/Wikipedia).

Zoals in een lichaam

Rivieren zijn als aders in een lichaam, ze herverdelen voedingsstoffen, organismen, en massa's water met opgeloste mineralen, sediment en bodemdeeltjes. En het is de natuurlijke gang van zaken dat rivieren hun loop veranderen, een andere rivier aftappen of een deel van hun stroomgebied kwijtraken. Dat heeft gevolgen voor de distributie en vermenging van fauna en flora - en van genetisch materiaal - door de tijd heen.

Hoe kaapt de ene rivier de andere?

Rivieren veranderen van loop omdat de ene rivier de andere aftapt, of kaapt. Hoe gaat dat in z'n werk? Ten eerste moet dit proces geactiveerd worden, door een geologische gebeurtenis, zoals opheffing van het landoppervlak. Hierdoor begint de rivier zich in haar bedding in te snijden en veroorzaakt ze verticale erosie. Deze rivier ligt nu lager ten opzichte van het landschap, daardoor heeft ze meer energie om nog meer erosie te veroorzaken: De hellingen van de valleien kalven af en de waterscheidingskammen schrijden terug. Het stroombekken van deze rivier wordt langzaamaan groter. Op een bepaald moment 'vreet' deze terugschrijdende erosie in de bedding van de naburige rivier en tapt het water af. De kaping is gebeurd. 

Rivierexpansie

Dit veelvoorkomende fenomeen heeft een grappige naam: kaping of stroomonthoofding (stream capture of stream piracy in het Engels). Alle grote stroomgebieden zijn ontstaan door kaping, net zoals grote landen hun grondgebied op een of andere manier door verovering en zeker ook door onthoofding verkregen hebben. Ik grijp deze kans om een nieuwe, simpelere naam in te voeren voor het fenomeen waarbij stroombekkens groter worden door stroomonthoofding of andere processen: rivierexpansie. 

Palaeodrainage

Het vak van de paleodrainage (reconstructie van rivieren), komt neer op het oplossen van een grote puzzel met vele ontbrekende stukjes. Om te weten hoe een rivier stroomde, worden  anomalieën in het riviernetwerk en het reliëf geïdentificeerd. De geologie en het paleo-reliëf moeten ook gekend zijn. En dat allemaal binnen het kader van onrustige continenten op drift. Zonder die achtergrond is er geen beginnen aan.

Toen ik bij het Britse exploratiebedrijf Getech in Leeds werkte, ploos ik de geschiedenis uit van vele grote rivieren, zoals de Amazone, Indus, Ganges, Niger en Volta (en zelfs de rivieren van pre-glaciaal Groenland!), die ooit allemaal in een totaal andere richting stroomden. Over de Niger, met haar enorme bocht, legde ik op Getech de evolutie tot in het Krijt bloot, gepubliceerd bij de Geological Society of London.

Diamanten en petroleum

Waarom houdt de exploratie-industrie zich bezig met palaeodrainage? Rivieren zetten sediment af in zee, en de soort en hoeveelheid sediment bepalen mede de kans om er koolwaterstoffen in aan te treffen. De-risken van het petroleum-prospect noemen ze dat. Ook diamanten worden door rivieren herverdeeld, door bepaalde eigenschappen concentreren ze zich in specifieke fluviale omgevingen. Geen wonder dus dat diamantreuzen zoals De Beers welwillende geldschieters in paleodrainage-onderzoek zijn.

Toen ik Getech verliet zat ik met nog een paar vragen en wou ik het zuidoosten van Afrika onder de loep nemen. Ik was er al geweest en wil er nog eens heen. Ik ontdekte een paar ontbrekende schakels in de reeds gepubliceerde maar fragmentarische geschiedenis van de Zambezi. Maar zoals elke onderzoeker waak ik als een moederkloek over kleine ontdekkinkjes en geef ze niet graag prijs. 

Monopolie en kaping

Er zijn namelijk veel kapers op de kust, leiders van onderzoeksgroepen die een monopolie denken te hebben over een bepaald gebied, een rivier, of een vulkaan. Deze 'deskundigen' zijn vaak werkzaam als anonieme reviewers (recensenten) bij professionele vakbladen. Handig schuilgaand achter anonimiteit liggen deze sujetten op de loer om manuscripten van anderen richting vuilbak te keilen (lees: er alles aan doen dat het niet gepubliceerd raakt, en de informatie daarna gebruiken voor eigen onderzoek). Er liggen een paar namen op het puntje van mijn tong. Helaas komt onethisch gedrag in onderzoek maar al te vaak voor. Niet alleen piraten en rivieren zijn berucht om hun kapingen, wetenschapskeien hebben er ook kaas van gegeten. Terug naar de Zambezi!

De evolutie van de Zambezi

Abrupte bochten, stroomversnellingen en watervallen in rivieren zijn meestal sporen van een kaping of een verandering van loop. Dat geldt ook voor de Zambezi. We leggen de evolutie uit in drie etappes, te beginnen bij 180 miljoen jaar geleden (het Vroeg Juratijdperk). Toen begon het supercontinent Gondwana in stukken te breken en vormde zich de kust van Oost-Afrika, waar de Zambezi in uitmondt. Daarvóór waren er uiteraard ook rivieren, maar die waren helemaal anders en dat verhaal zou ons in dit artikel te ver leiden.

De kleine Beneden-Zambezi

180 miljoen jaar geleden begon het landoppervlak in Gondwana ter hoogte van zuidoost Afrika enorm op te bollen. In het opbollende gebied vormde zich een hoogplateau van 2000 meter boven zeeniveau en het had een diameter van ongeveer 2000 km. Dit werd veroorzaakt door het oprijzen van een 'mantelpluim' diep uit de aarde (in dit geval de Karoo Plume), die een gigantische hoeveelheid magma deed uitvloeien over bijna heel zuidelijk Afrika, op een schaal die geen hedendaagse tegenhanger kent. Men noemt het resulterende vulkanisch gebied een Large Igneous Province (LIP). Karoo basalt is vandaag te zien in de Drakensberg en in de Victoria Falls. Door het opgebolde reliëf begonnen vele rivieren van zuidelijk Afrika naar het westen te stromen, weg van de bolling.

Kleine Zambezi Rivier tijdens het Jura.
Kleine Zambezi Rivier tijdens het Jura.

Middenin de vulkanische hooglanden, ontstonden grote scheuren of riftvalleien (vergelijk het met een cake in de oven, terwijl die bakt bolt het oppervlak soms op, om daarna in te zakken en te scheuren). Langsheen zo'n scheur brak Antarctica van Oost-Afrika weg. De zee stroomde binnen in het ravijn tussen beide continenten: de Indische Oceaan was geboren. En zo zagen ook de kusten van Oost-Afrika het levenslicht. De kust was heel steil (liep op naar het binnenland van 2000 meter hoog) en korte maar wilde rivieren raasden naar beneden. Een van die korte rivieren was de jonge Zambezi. Toevallig lag die op een plaats waar het gesteente erg was gefractureerd. Daarom kon ze zich gemakkelijk insnijden en sneed ze een pad uit richting binnenland (rivierexpansie!). Zo ontstond de Beneden-Zambezi. Maar die bleef, al bij al, een redelijk bescheiden rivier.

De mega-Limpopo rivier

mega-Limpopo-rivier tijdens het Krijt.
mega-Limpopo-rivier tijdens het Krijt.

135 miljoen jaar geleden (Vroeg-Krijt) viel ook de westkust van zuidelijk Afrika ten prooi aan een mantelpluim: de Tristan Plume. Het continent ging weer opbollen, lava stroomde over de regio, en Zuid-Amerika scheurde weg van Afrika. Zo ontstond de Atlantische Oceaan. Het supercontinent Gondwana was niet meer. En door het oprijzen van het landoppervlak liep er nu een helling van Angola en Namibië naar het oosten, het land was als het ware in de omgekeerde richting gaan hellen. De riviernetwerken moesten meedraaien en er ontstonden grote oostwaarts stromende riviernetwerken waaronder de Boven-Zambezi en de Okavango. Deze rivieren sloten zich aan op de Limpopo-rivier in het zuidoosten, die daardoor een tijdlang de grootste rivier van zuidelijk Afrika was (de 'mega-Limpopo'). Maar dat bleef niet duren. 

Er vormde zich een soort kom in het binnenland van zuidelijk Afrika: het Kalahari-Congo-bekken. De Boven-Zambezi mondde uit in het midden van die kom, waar draslanden, meren en zandvlakten waren (naargelang het klimaat). Deze configuratie van rivieren hield lang aan. Maar de Boven-Zambezi was nog lang niet aangesloten op de kleine Beneden-Zambezi die in het oosten naar zee stroomde.

De kaping en rivierexpansie

Afrika werd weer opgeschud toen de Grote Slenk van Oost-Afrika als een rits van riftvalleien van Ethiopië tot in Mozambique en Botswana trok gedurende de laatste 30 miljoen jaar. In de Zambezi-regio ontstonden de Gwembe, Caborra Bassa en Mana Pools bekkens (de plaatsen waar nu de grote stuwmeren liggen). In die riftvalleien nestelde zich een grote riviertak, de Midden-Zambezi, die afwaterde naar het oosten, en zich aansloot op de Beneden-Zambezi. En zo was de Beneden-Zambezi ineens een stuk groter. Dit was de eerste stap in de rivierexpansie van de moderne Zambezi.

De Zambezi kaapt de riviernetwerken van het binnenland.
De Zambezi kaapt de riviernetwerken van het binnenland.

Omdat de Zambezi in de valleien lager lag dan de omliggende gebieden, sneden haar zijrivieren zich diep in aan de randen. En zo tapte ze, door terugschrijdende erosie, een voor een andere grote waterlopen af en werd haar stroomgebied steeds groter. Bij haar 'veroveringen' horen de Shire rivier (de afwatering van het Malawi-meer) en de Luangwa rivier. En uiteindelijk kaapte ze ook de Boven-Zambezi die tot dan toe gewoon rustig naar het midden van het Kalaharibekken stroomde. Door deze verbinding ontstonden de Victoriawatervallen. Die zijn eigenlijk het actieve 'front' van de terugschrijdende erosie, die zich tot vandaag voortzet.

De Victoriawatervallen in de toekomst

Hoe de rivieren nu lopen is een momentopname. Alles blijft in beweging, bijna niet merkbaar op menselijke schaal. 

De Victoriawatervallen schrijden langzaam maar zeker terug, en migreren stroomopwaarts. In de toekomst zijn verschillende scenario's mogelijk. De Zambezi kan de regio van de Okavango Delta aftappen, als de watervallen ver genoeg terugschrijden. Dan zal de Delta ophouden te bestaan. Maar zo hoeft het niet te gaan. De Victoria Falls kunnen ook opdrogen, dan stopt de erosie. Dat kan door klimaatverandering, maar ook door het ontstaan van riftvalleien in de Okavango regio. Misschien vormt zich daar dan een groot meer, zoals de Malawi en Tanganyika meren. 

Maar ik loop teveel op de zaken vooruit. Wat er ook zal gebeuren, en in welke richting de rivieren ook zullen stromen, de natuur zal er even prachtig zijn als ze nu al is. 

---------

Enkele bronnen:

Bonne & Caracciolo, Prediction of volumetric data and reservoir properties of the Mozambique Margins, from sediment source to sink reconstruction using an empirical model and analogues , International Meeting of Sedimentology, Toulouse, France. Oct 10, 2017. 

Bonne K., 2014 Reconstruction of the evolution of the Niger River and implications for sediment supply to the Equatorial Atlantic margin of Africa during the Cretaceous and the Cenozoic. Geological Society of London Special Publications 386.

Burke, K., & Gunnell, Y. (2008). The African Erosion Surface: A continental-scale synthesis of geomorphology, tectonics and environmental change ove rthe past 180 million years. Boulder, Colorado, USA: The Geological Society of America. Memoir 201, p. 66.

Burke, K., Macgregor, D., & Cameron, N. R. (2003). Africa' s petroleum systems: four tectonic "Aces" in the past 600 million years. In T. J. Arthur, D. Macgregor, & N. R. Cameron (Eds.), Petroleum geology of Africa; New themes and developing technologies, Geological Society, London, Special Publications 207, 21-60.

Cox, K. G. (1989). The role of mantle plumes in the development of continental drainage patterns. Nature, 342, 873 - 877.

De Wit, M. C. J. (1999). Post-Gondwana drainage and the development of diamond placers in western South Africa. Economic Geology, 94, 721-740.

Goudie, A. S. (2005). The drainage of Africa since the Cretaceous. Geomorphology, 67(3-4), 437-456.

Moore, A., & Blenkinsop, T. (2002). The role of mantle plumes in the development of continental-scale drainage patterns: The southern African example revisited. South African Journal of Geology, 105 (4), 353-360.  

Afbeeldingen, kaarten en foto's: @Kathelijne Bonne, tenzij anders vermeld. 

Enkele trefwoorden: zambezi rivier, zambezi rivier geologie, victoria falls, rivierevolutie, evolutie van de zambezi, paleodrainage, rook die dondert, gondwana, grote slenk, okavango delta, rivieren van afrika, onethisch gedrag in publicatie, anonieme reviewers