@phdthesis{Freisleben2023,
  author    = {Freisleben, Roland},
  title     = {Deciphering the mechanisms of permanent forearc deformation based on marine terraces},
  doi       = {10.25932/publishup-61035},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-610359},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xiv, 153},
  year      = {2023},
  abstract  = {The Andes reflect Cenozoic deformation and uplift along the South American margin in the context of regional shortening associated with the interaction between the subducting Nazca plate and the overriding continental South American plate. Simultaneously, multiple levels of uplifted marine terraces constitute laterally continuous geomorphic features related to the accumulation of permanent forearc deformation in the coastal realm. However, the mechanisms responsible for permanent coastal uplift and the persistency of current/decadal deformation patterns over millennial timescales are still not fully understood. This dissertation presents a continental-scale database of last interglacial terrace elevations and uplift rates along the South American coast that provides the basis for an analysis of a variety of mechanisms that are possibly responsible for the accumulation of permanent coastal uplift. Regional-scale mapping and analysis of multiple, late Pleistocene terrace levels in central Chile furthermore provide valuable insights regarding the persistency of current seismic asperities, the role of upper-plate faulting, and the impact of bathymetric ridges on permanent forearc deformation. The database of last interglacial terrace elevations reveals an almost continuous signal of background-uplift rates along the South American coast at ~0.22 mm/yr that is modified by various short- to long-wavelength changes. Spatial correlations with crustal faults and subducted bathymetric ridges suggest long-term deformation to be affected by these features, while the latitudinal variability of climate forcing factors has a profound impact on the generation and preservation of marine terraces. Systematic wavelength analyses and comparisons of the terrace-uplift rate signal with different tectonic parameters reveal short-wavelength deformation to result from crustal faulting, while intermediate- to long-wavelength deformation might indicate various extents of long-term seismotectonic segments on the megathrust, which are at least partially controlled by the subduction of bathymetric anomalies. The observed signal of background-uplift rate is likely accumulated by moderate earthquakes near the Moho, suggesting multiple, spatiotemporally distinct phases of uplift that manifest as a continuous uplift signal over millennial timescales. Various levels of late Pleistocene marine terraces in the 2015 M8.3 Illapel-earthquake area reveal a range of uplift rates between 0.1 and 0.6 mm/yr and indicate decreasing uplift rates since ~400 ka. These glacial-cycle uplift rates do not correlate with current or decadal estimates of coastal deformation suggesting seismic asperities not to be persistent features on the megathrust that control the accumulation of permanent forearc deformation over long timescales of 105 years. Trench-parallel, crustal normal faults modulate the characteristics of permanent forearc-deformation; upper-plate extension likely represents a second-order phenomenon resulting from subduction erosion and subsequent underplating that lead to regional tectonic uplift and local gravitational collapse of the forearc. In addition, variable activity with respect to the subduction of the Juan Fern{\´a}ndez Ridge can be detected in the upper plate over the course of multiple interglacial periods, emphasizing the role of bathymetric anomalies in causing local increases in terrace-uplift rate. This thesis therefore provides new insights into the current understanding of subduction-zone processes and the dynamics of coastal forearc deformation, whose different interacting forcing factors impact the topographic and geomorphic evolution of the western South American coast.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Ramos2018,
  author    = {Ramos, Catalina},
  title     = {Structure and petrophysical properties of the Southern Chile subduction zone along 38.25°S from seismic data},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-409183},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xvi, 111},
  year      = {2018},
  abstract  = {Active and passive source data from two seismic experiments within the interdisciplinary project TIPTEQ (from The Incoming Plate to mega Thrust EarthQuake processes) were used to image and identify the structural and petrophysical properties (such as P- and S-velocities, Poisson's ratios, pore pressure, density and amount of fluids) within the Chilean seismogenic coupling zone at 38.25°S, where in 1960 the largest earthquake ever recorded (Mw 9.5) occurred. Two S-wave velocity models calculated using traveltime and noise tomography techniques were merged with an existing velocity model to obtain a 2D S-wave velocity model, which gathered the advantages of each individual model. In a following step, P- and S-reflectivity images of the subduction zone were obtained using different pre stack and post-stack depth migration techniques. Among them, the recent prestack line-drawing depth migration scheme yielded revealing results. Next, synthetic seismograms modelled using the reflectivity method allowed, through their input 1D synthetic P- and S-velocities, to infer the composition and rocks within the subduction zone. Finally, an image of the subduction zone is given, jointly interpreting the results from this work with results from other studies. The Chilean seismogenic coupling zone at 38.25°S shows a continental crust with highly reflective horizontal, as well as (steep) dipping events. Among them, the Lanalhue Fault Zone (LFZ), which is interpreted to be east-dipping, is imaged to very shallow depths. Some steep reflectors are observed for the first time, for example one near the coast, related to high seismicity and another one near the LFZ. Steep shallow reflectivity towards the volcanic arc could be related to a steep west-dipping reflector interpreted as fluids and/or melts, migrating upwards due to material recycling in the continental mantle wedge. The high resolution of the S-velocity model in the first kilometres allowed to identify several sedimentary basins, characterized by very low P- and S-velocities, high Poisson's ratios and possible steep reflectivity. Such high Poisson's ratios are also observed within the oceanic crust, which reaches the seismogenic zone hydrated due to bending-related faulting. It is interpreted to release water until reaching the coast and under the continental mantle wedge. In terms of seismic velocities, the inferred composition and rocks in the continental crust is in agreement with field geology observations at the surface along the proflle. Furthermore, there is no requirement to call on the existence of measurable amounts of present-day fluids above the plate interface in the continental crust of the Coastal Cordillera and the Central Valley in this part of the Chilean convergent margin. A large-scale anisotropy in the continental crust and upper mantle, previously proposed from magnetotelluric studies, is proposed from seismic velocities. However, quantitative studies on this topic in the continental crust of the Chilean seismogenic zone at 38.25°S do not exist to date.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Warkus2002,
  author    = {Warkus, Frank},
  title     = {Die neogene Hebungsgeschichte der Patagonischen Anden im Kontext der Subduktion eines aktiven Spreizungszentrums},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000555},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2002},
  abstract  = {Das Ph{\"a}nomen der Subduktion eines aktiven Spreizungszentrums an der S{\"u}dspitze S{\"u}damerikas ist seit langem bekannt. Eine Vielzahl von geologischen Beobachtungen wurden mit diesem Ph{\"a}nomen in Verbindung gebracht, trotzdem ist der genaue Mechanismus der Beeinflussung des aktiven Kontinentalrandes weitgehend unbekannt. Die Zusammenh{\"a}nge zwischen den Subduktionsprozessen und der Entwicklung der patagonischen Anden zwischen 47\&\#176;S und 48\&\#176;S stehen im Mittelpunkt der Untersuchungen. Um eine detaillierte zeitliche Aufl{\"o}sung der zugrunde liegenden Prozesse untersuchen zu k{\"o}nnen, wurde die Entwicklung der Vorlandsedimentation, die thermische Entwicklung und die Heraushebung der Oberkruste des andinen Orogens untersucht und diese in Bezug zur Subduktion des Chile-R{\"u}ckens gesetzt. Im Bereich von 47\&\#176;30\′S wurden die synorogenen Vorlandsedimente der Santa Cruz Formation sedimentologisch untersucht. Diese fluviatilen Sedimente wurden in einem reliefarmen Vorlandgebiet durch h{\"a}ufige Rinnenverlagerung und dem Aufbau von Rinnenumlagerungsg{\"u}rteln in Kombination mit assoziierten großr{\"a}umigen {\"U}berflutungsablagerungen akkumuliert. Sie stehen in einem engen Zusammenhang mit der orogenen Entwicklung im andinen Liefergebiet. Dies spiegelt sich in dem nach oben gr{\"o}ber werdenden Zyklus der Santa Cruz Formation wider. Die magnetostratigraphischen Untersuchungen einer 270 m m{\"a}chtigen Sequenz aus der Basis der Santa Cruz Formation, die mit 329 Einzelproben aus 96 Probenpunkten beprobt wurde, ergab 7 Umkehrungen der geomagnetischen Feldrichtung. Mit Hilfe der geomagnetischen Polarit{\"a}tszeitskala (CANDE AND KENT, 1995) konnte der untersuchte Abschnitt der Santa Cruz Formation zwischen 16.2 und 18.5 Ma datiert werden. Als Tr{\"a}ger der Sedimentations-Remanenz konnten {\"u}berwiegend Pseudoeinbereichs-Magentitpartikel und untergeordnet H{\"a}matitpartikel identifiziert werden. An drei Profilen der Santa Cruz Formation wurden aus Sandsteinlagen unterschiedlicher stratigraphischer Position detritische Apatite mit Hilfe der thermochronologischen Spaltspurmethode untersucht. Die thermisch nicht r{\"u}ckgesetzten, detritischen Apatite spiegeln das Auftreten unterschiedlicher Altersdom{\"a}nen im Liefergebiet der Sedimente wider. In der Kombination mit den geochemischen Gesamtgesteinsuntersuchungen der Sedimente und den petrographischen Untersuchungen der Sandsteine, die ein {\"u}berwiegend andesitisch-vulkanisch gepr{\"a}gtes Liefergebiet widerspiegeln, kann nachgewiesen werden, dass die Erosion im Liefergebiet um 16.5 Ma in tiefere, deformierte Krustensegmente einschneidet. Dies bedeutet, dass aufgrund der Denudation im andinen Orogen erste Sockelgesteinseinheiten in den Bereich der Abtragung gelangen und dass dieser Eintrag um 12 bis 10 Ma ein Volumen einnimmt, das zu signifikanten {\"A}nderungen der Gesamtgesteinsgeochemie der Vorlandsedimente f{\"u}hrt. Die thermochronologische Untersuchung von Apatiten aus rezenten topographischen H{\"o}henprofilen aus der Kernzone der patagonischen Anden im Bereich von 47\&\#176;30\′S zeigen den Beginn einer beschleunigten Heraushebung des Orogens um 7.5 Ma. Aus diesen Untersuchungen kann eine Denudationsrate im Zeitraum der letzen 7 bis 8 Ma von 600 bis 650 m/Ma abgesch{\"a}tzt werden. Die Modellierung der Apatit-Spaltspurergebnisse zeigt eine signifikante Temperaturerh{\"o}hung im Zeitraum zwischen 12 und 8 Ma um 20 bis 30\&\#176;C f{\"u}r diesen Krustenbereich, die mit der Subduktion des aktiven Chile-R{\"u}ckens in diesem Bereich der Anden in Verbindung gebracht wird. Aus den gewonnen Daten kann ein Modell f{\"u}r die Entwicklung der patagonischen Anden seit dem fr{\"u}hen Mioz{\"a}n abgeleitet werden. In diesem Modell wird die orogene Entwicklung in den patagonischen Anden auf eine erh{\"o}hte Konvergenzrate zwischen der Nazca Platte und der S{\"u}damerikanischen Platte zur{\"u}ckgef{\"u}hrt, die f{\"u}r die Heraushebung und Denudation der Anden sowie f{\"u}r die damit verbundene Entwicklung im Vorlandbereich verantwortlich ist. Diese orogene Entwicklung wird in einer sp{\"a}ten Phase durch die nordw{\"a}rts wandernde Subduktion des aktiven Spreizungszentrums des Chile R{\"u}ckens {\"u}berpr{\"a}gt und beeinflusst. Das auf der Integration von geologischen, chronologischen sowie thermochronologischen Daten beruhende Modell kann zahlreiche geologische und geophysikalische Beobachtungen in diesem Bereich der s{\"u}dlichen Anden konsistent erkl{\"a}ren.},
  subject      = {Patagonien ; Neogen ; Hebung ; Subduktion ; Anden},
  language  = {de}
}