Assessment of Landscape Processes, Forms and Features in the Lake Manyara Region, East African Rift Valley

Abstract

The rift valleys of the East African Rift Systems form two branches (Eastern and Western rift). Within the Eastern rift, there is a southward propagation in the onset of volcanism, and hence rifting that has led to the formation of a narrow graben commonly referred to as the Gregory rift (in Tanzania). The endorheic basin at its southern end where the present saline Lake Manyara was formed. The lakes largest tributary is the Makuyuni River that is providing fresh water from northwest volcanic highlands. Along the Makuyuni River, where first and second tributaries cut deep into the sediments, the landscape is dominated by erosion features. These sediments reveal exposed and outcropping artefacts and fossils, which have been found starting in the 1930s in archaeological and paleontological expeditions. In the close vicinity of Makuyuni town, two hominin bearing sites were discovered in 2008. As few is known about the landscape itself, this study has set its focus on the surrounding landscapes of Makuyuni and its geomorphic implications. Key drivers of landscape development in Northern Tanzania are the tectonics and tectonically induced processes. The thus disrupt drainage networks and analyses thereof can reveal the effects on the morphology of stream longitudinal profiles. These transformations in turn, have an impact on driving river incision, in general on linear erosion phenomena. The triggered rill and gully erosion features will eventually lead to soil loss. Gully erosion is a major threat concerning landscape degradation in semiarid ecosystems, as they remove fertile topsoil and as such prevent agricultural use. The study showed, that most of the gully systems are there for decades and in stable conditions. There are, however, areas of exposed risk for erosion. A detailed examination of soil loss areas, innovative automatic surface runoff detector (SRD) devices have been installed. They measure runoff height and duration. This data contribute to a better understanding of the water cycle as well as to soil functions in semiarid environments. The specific research questions have been considered in five different publications that describe the applied methodologies and results in detail. In order to understand the different geomorphic processes, different methods and scales have been used. Field surveying was an important factor and surface runoff, soil characteristics and erosion phenomena have been sampled and measured. Specifically, this study examined rill and gully erosion features and underwent a detailed mapping around Makuyuni in order to describe and understand the occurring landscape systems. Laboratory procedures involved soil parameter analysing and digital data analysis involved digital elevation model analysis, remote sensing imagery, sophisticated statistical models and in the end a detailed geomorphic map compiling of the greater area. Many studies have focused on partial aspects of geomorphic processes. The frame-work of this doctoral thesis seeks to answer a holistic approach, in order to understand, interpret and discuss related geomorphic processes, their spatial extents and locations. This work contributes to the knowledge of present geomorphic processes and features and the landscape evolution within the Lake Manyara area in Northern Tanzania. The above mentioned methods and analyses may be applicable to similar areas in the African rift.

Der große Ostafrikanische Grabenbruch teilt sich im südlichen Äthiopien in zwei Hauptsysteme, den östlichen und den westlichen Graben. Im östlichen Graben nehmen die vulkanischen Aktivitäten und daher auch die aktive Grabenbildung nach Süden zu, was zu der heutigen Bildung einer engen Grabenschlucht geführt hat, das sogenannte Gregory Rift in Tansania. An dessen südlichem Ende hat sich ein endorheisches Becken gebildet, wo sich heute der flache Salzsee Manyara befindet. Sein größter Zubringer ist der Fluss Makuyuni, welcher Frischwasser aus den vulkanischen Hochlanden nordwestlich des Beckens mit sich führt. Entlang diesen Flusses haben sich weitere Verzweigungen tief in die Sedimente gegraben; die Landschaft wird von Erosionsformen dominiert. In diesen Sedimenten zeigen sich nun freigelegte Artefakte und Fossilien, welche seit den 1930er Jahren bei archäologischen wie paläontologischen Expeditionen entdeckt wurden. In der Nähe der Siedlung Makuyuni wurden 2008 zwei Knochenreste von frühen Hominiden gefunden. Wenig Forschung gibt es über die Landschaft selber, die vorliegende Arbeit beschäftigt sich daher mit der Umgebung Makuyunis und seinen geomorphologischen Eigenschaften. Wesentlich für die Formung der Landschaft Nordtansanias sind die tektonischen und tektonisch-getriebenen Prozesse. Die dadurch gestörten Abflussnetzwerke und deren Analysen können die Auswirkungen auf die Morphologie der Abflusslängsprofile aufzeigen. Diese Veränderungen wiederum wirken sich auf die Einschneidungsdynamiken der Flüsse und Bäche aus, generell also auf lineare Abflussprozesse. Die so entstehenden Rillen- und Gullyerosionsformen führen zu Bodenverlusten. Die Gullyerosion ist eine der größten Naturgefahren in semiariden Ökosystemen, da sie große Teile des Oberbodens abtragen und so die Landschaft einer agrarischen Nutzung entziehen. Die Arbeit konnte aufzeigen, dass viele der Gullysysteme seit mehreren Jahrzehnten bestehen und stabil sind. Es gibt jedoch Bereiche, die von potentiellen Abtragungsrisiken betroffen sind. Um diese Bodenabtragungen genauer zu untersuchen, wurde mit innovativen Oberflächenabflussdetektoren gearbeitet. Diese messen den Oberflächenabfluss in seiner Höhe und Dauer. Diese Daten tragen zu einem besseren Verständnis des Wasserkreislaufes sowie allgemein zu Bodenfunktionen semiarider Ökosysteme bei. Die jeweiligen Forschungsfragen wurden in fünf Artikeln abgehandelt, diese beschreiben die angewandten Methoden und Resultate im Detail. Um die verschiedenen geomorphologischen Prozesse zu untersuchen, wurde mit verschiedenen Methoden und verschiedenen Skalen gearbeitet. Die Feldarbeit nahm einen wichtigen Teil ein und es wurden u.a. Oberflächenabfluss, Bodenwerte und Erosionsformen beprobt und vermessen. Im Speziellen wurden auf die Rillen- und Gullyerosion eingegangen sowie auf eine detaillierte Kartierung der Umgebung Makuyunis um die verschiedenen Landschaftssysteme zu beschreiben und zu verstehen. Im Labor wurden die Bodenproben analysiert und mit den digitalen Geländemodellen, den Fernerkundungsdaten und statistischen Methoden wurden einzelne Studien durchgeführt und am Ende eine geomorphologische Karte des Gebiets erarbeitet. Viele Studien untersuchten Teilbereiche geomorphologischer Prozesse. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde daher ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt, um die geomorphologischen Prozesse, ihre räumliche Ausdehnung und Verortung zu verstehen, zu interpretieren und die wissenschaftlichen Erkenntnisse als Ganzes zu diskutieren. Diese Arbeit trägt daher zu neuem Wissen aktueller geomorphologischer Prozesse und Formen sowie der Landschaftsentwicklung als solche in der Umgebung des Manyarasees in Nordtansania bei. Die dabei verwandten Methoden und Analysen sind in ähnlichen Ökosystemen entlang des Ostafrikanischen Grabens anwendbar.