Le supergroupe du Karoo est l'unité stratigraphique la plus importante de l'Afrique au sud du Kalahari. Il est constitué d'une succession de dépôts, pour la plupart « non-marins », s'étant produits du Carbonifère supérieur au Jurassique inférieur, durant une période d'environ d'années.
Les roches du supergroupe du Karoo sous-tendent presque les deux-tiers de la surface de l'Afrique australe : le Lesotho, presque tout l'État-Libre et de larges parties des provinces sud-africaines du Cap-Oriental, du Cap-du-Nord, du Mpumalanga et du KwaZulu-Natal. Le supergroupe du Karoo affleure aussi en Namibie, Swaziland, Zimbabwe, Zambie et Malawi ainsi que sur les autres continents qui firent partie du Gondwana.. La localité-type est le Grand Karoo en Afrique du Sud, où sont visibles les affleurements les plus étendus de la séquence.. Ses couches sédimentaires sont principalement composées de shales et de grès., elles témoignent d'une séquence presque continue de dépôts glaciaires marins et terrestres du Pennsylvanien jusqu'au Jurassique inférieur. Les sédiments se sont accumulés dans un bassin appelé « bassin principal du Karoo ». Ce dernier a été formé par la subduction et l'orogenèse qui se sont produites le long de la bordure sud de ce qui est actuellement l'Afrique du Sud, au sud du Gondwana. Les sédiments atteignent une épaisseur maximale cumulée de , la couche supérieure de laves basaltiques (le groupe du Drakensberg) faisant d'épaisseur.
Les fossiles comprennent des plantes (à la fois des macro-fossiles et du pollen), quelques rares insectes et poissons, divers tétrapodes communs (principalement des reptiles théraspides), des amphibiens temnospondyles et, dans les couches supérieures, des dinosaures et des traces fossiles d'activité biologique. Leur biostratigraphie a été utilisée comme norme internationale pour les strates « non-marines » du Permien au Jurassique..
Origine géologique
vignette|upright=2|Une frise chronologique de l'histoire géologique de la Terre, avec une mise en avant des évènements de l'Afrique australe.Le bloc vert marqué K, indique quand le supergroupe du Karoo s'est déposé, en relation avec le supergroupe du Cap, C, qui le précède immédiatement. Le W indique la sédimentation du supergroupe du Witwatersrand, beaucoup plus ancienne. Le graphique indique également la période à laquelle se sont formés les formations ferrifères rubanées, indicateurs de la crise de l'oxygène. La croûte terreste a été totalement ou partiellement fondue durant l'éon Hadéen ; les roches les plus anciennes de la planète ont donc moins de . L'un des premiers micro-continents à se former fut le craton du Kaapvaal, lequel forme le soubassement de la partie nord-est de l'Afrique du Sud. L'assemblage et la fracture du Gondwana sont, au regard de l'histoire géologique de la Terre et de l'Afrique du Sud, des évènements relativement récents.
vignette|Le Gondwana méridional durant le Cambrien-Ordovicien. Les continents actuels, formés par la fracture du supercontinent, sont figurés en brun. Une faille se développe il y a environ , séparant l'Afrique austral du plateau des Falklands. L'inondation de la faille crée la mer d'Agulhas. Les sédiments qui s'accumulent dans cette mer peu profonde se consolident et forment le supergroupe du Cap puis se plissent pour former l'actuelle ceinture plissée du Cap... Cette partie du Gondwana était située de l'autre côté du pôle sud par rapport à la position actuelle de l'Afrique du Sud..
vignette|Carte schématique des affleurements du supergroupe du Karoo en Afrique australe. L'emplacement et la structure simplifiée de la ceinture plissée du Cap sont également représentés.
vignette|Coupe géologique SO-NE de l'Afrique du Sud, avec la péninsule du Cap (et la montagne de la Table) à gauche et le nord-est du KwaZulu-Natal à droite. Le diagramme n'est pas à l'échelle. Les codes couleur sont les mêmes que ceux des autres illustrations.
Origines des dépôts sédimentaires
Il y a environ , une faille se développe dans le sud du Gondwana, au sud de l'Afrique australe ; elle s'étend à l'ouest en Amérique du Sud actuelle et, à l'est, jusqu'en Antarctique et, probablement, en Australie. Une couche de d'épaisseur, nommée « supergroupe du Cap », s'accumule au fond de la faille. La fermeture de la vallée créée par la faille, qui commence il y a , résulte d'une subduction qui se produit à la bordure sud du Gondwana, et de la dérive subséquente du plateau des Falklands vers l'Afrique durant le carbonifère et le début du Permien. Après la fermeture de la vallée, et la compression du supergroupe du Cap qui donne une série de plissements parallèles orientés globalement est-ouest, la subduction continue de la plaque paléo-Pacifique sous le plateau des Falklands et la collision entre ce plateau et le sud de l'Afrique qui en résulte, fait surgir une immense chaîne de montagnes au sud de l'ancienne vallée. Le plissement du supergroupe du Cap forme le piémont nord de cette chaîne.
Le poids des montagnes du supergroupe des Falklands et du Cap cause l'affaissement de la croûte terrestre, créant un bassin arrière-arc qui, inondé, devient la mer du Karoo. La sédimentation de cette dernière, qui commence avec les dépôts glaciaires venus du nord et se poursuit avec ceux venus des montagnes des Falklands au sud, forme le supergroupe du Karoo..
Le groupe de Dwyka
vignette|gauche|Une coupe nord-sud au travers de la mer d'Agulhas. Les parties en brun sont les plaques continentales, la couche de couleur noire, sur la gauche, figure la plaque paléo-Pacifique, le rouge indique le manteau supérieur et le bleu les zones inondées ou les océans. La figure du haut dépeint la situation il y a , avec les sédiments remplissant la mer d'Agulhas. La figure du milieu montre le plateau des Falklands dérivant vers le nord et fermant la mer d'Agulhas en plissant les sédiments. L'illustration du bas montre comment la subduction de la plaque paléo-Pacifique sous le plateau des Falklands, au début du Permien, fait surgir une importante chaîne de montagnes. Ces dernières se sont érodées, formant le « groupe de Beaufort ».
Il y a environ , le Gondwana dérive jusqu'au pôle Sud. avec comme conséquence qu'un bouclier de glace de plusieurs kilomètres d'épaisseur couvre ce qui sera l'Afrique et d'autres parties du Gondwana. Les dépôts glaciaires de ce bouclier sont les premiers à se déposer au nord de la ceinture plissée du Cap et, partiellement, sur les montagnes elles-mêmes. Le bassin est plus profond dans la partie immédiatement au nord de la ceinture plissée du Cap. À cet endroit, la nappe de glace flotte sur un lac intérieur, la mer intérieure du Karoo, dans laquelle les icebergs, détachés des glaciers et du bouclier de glace au nord, déposent de grandes quantités de boues et de rochers de diverses tailles et origines. Ce type de dépôt est appelé tillite. Plus au nord, le bouclier de glace surplombe la terre ferme ; il laisse des diamictites lors de sa fonte partielle, et des stries en balayant le substrat rocheux. Ces stries sont visibles près de Barkly West, dans la province du Cap du Nord en Afrique du Sud et sur le sol là où se trouve l'université du KwaZulu-Natal. La couche de tillite, qu'on trouve sur une vaste zone comprenant l'Afrique du Sud, l'Inde et l'Amérique du Sud, est une preuve majeure à l'appui de la théorie de la dérive des continents. En Afrique du Sud cette couche est nommée « groupe de Dwyka » ; c'est le plus ancien et le plus profond des dépôts sédimentaires du supergroupe du Karoo.
Le groupe d'Ecca
La dérive continentale se poursuivant, le Gondwana s'éloigne du pôle Sud et les glaciers fondent, laissant une vaste mer intérieure qui couvre ce qui est de nos jours l'Afrique du Sud et les régions avoisinantes. Il est possible qu'elle ait une ouverture vers l'océan, à l'instar de la mer Noire, mais les effets des marées y sont faibles. Les rivières qui drainent les montagnes du Nord forment de larges deltas marécageux où les plantes du genre Glossopteris prolifèrent. Cette abondante végétation se transforme ultérieurement en tourbe puis en charbon. Les mines de charbon d'Afrique du Sud se trouvent là où étaient les rives nord de la mer du Karoo au début du Permien. Ce sont aujourd'hui les régions du Highveld et du KwaZulu-Natal.
Ces dépôts sédimentaires forment le « groupe d'Ecca ». Ils sont majoritairement composés de shales et s'étendent sur toute la surface de l'ancienne mer du Karoo ; les dépôts méridionaux ne contiennent pas de charbon, alors même que les rivières de la ceinture plissée du Cap avaient formé de petits deltas car, à l'époque, la végétation au sud est moins dense que sur les rives septentrionales de la mer intérieure. On trouve, dans ces dépôts du sud, des fossiles de reptiles, notamment de Mesosaurus. Ce reptile fossile, qu'on ne trouve qu'en Afrique australe et au Brésil, est une preuve paléontologique de l'existence du supercontinent du Gondwana.
Les dépôts correspondant à la côte nord contiennent principalement des plantes fossiles, des pollens et des spores ainsi que des fossiles de céphalopodes et quelques échinoïdes.
vignette|Les turbidites se déposent dans les eaux profondes au pied des escarpements des boucliers continentaux et des structures similaires des lacs profonds ; c'est ce qui s'est produit dans le sud-ouest de la mer du Karoo il y a . Ces roches sédimentaires sont issues d'avalanches sous-marines de boue et de sable qui ont dévalé la pente raide des escarpements. Lors de l'accumulation, on trouve au plus bas le sable et les matériaux les plus grossiers, puis la boue et enfin les particules fines. La matière organique qui se trouve prise dans la turbidite, dans un milieu privé d'oxygène, se transforme en pétrole et en gaz.
vignette|Montagne du groupe d'Ecca dans le parc national de Tankwa Karoo avec plusieurs cônes de déjection de turbidites, indiquant que la zone sud-ouest de la mer du Karoo était très profonde, avec des rivages abrupts. Les avalanches sous-marines étaient probablement déclenchées par les fréquents séismes accompagnant la formation de la ceinture plissée du Cap. Les dépôts de turbidites d'Ecca ne doivent pas être confondus avec les sills de dolérite du groupe du Drakensberg et du Lebombo qu'on trouve plus loin dans les terres. Les turbidites sont reconnaissables car la partie la plus basse de chaque couche tend à être composée de grès qui cède progressivement la place à la siltite, d'autant plus fine qu'on se rapproche du sommet de la couche.
Durant la période d'Ecca, le plateau des Falklands accoste et fusionne avec l'Afrique australe, formant une vaste chaîne de montagne au sud de la ceinture plissée du Cap ; cette nouvelle chaîne est comparable en taille à l'Himalaya. Le versant nord de ces montagnes plonge dans la mer du Karoo qui est profonde à cet endroit. Les séismes accompagnant la formation de la ceinture plissée du Cap déclenchent de fréquentes avalanches sous-marines, formant des cônes d'accumulation de turbidites qui sont, de nos jours, visibles dans la partie sud-ouest du Karoo. Les turbidites sont connues depuis longtemps pour contenir du pétrole : les avalanches sous-marines charrient souvent de la matière organique, en particulier à proximité des estuaires, laquelle se retrouve piégée dans les accumulations anoxiques où elle se transforme en hydrocarbures, pétrole notamment. Les turbidites du groupe d'Ecca, dans le parc national de Tankwa Karoo et près de Laingsburg, dans le désert du Karoo, ont été prospectées au début du par des géologues et des compagnies pétrolières qui y ont trouvé de riches et accessibles gisements de pétrole et de gaz. Le nord-est du bassin d'Ecca est riche en charbon, tandis que sa partie sud-ouest l'est en pétrole.
Groupe de Beaufort
vignette|gauche|Moschops était un reptile mammalien du Permien d'Afrique du Sud.
vignette|gauche|Lystrosaurus était le synapside le plus commun juste après l'extinction Permien-Trias.