@phdthesis{Pingel2015,
  author    = {Pingel, Heiko},
  title     = {Mountain-range uplift \& climate-system interactions in the Southern Central Andes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82301},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xii, 178},
  year      = {2015},
  abstract  = {Zwei h{\"a}ufig diskutierte Aspekte der sp{\"a}tk{\"a}nozoischen Gebirgsbildung der Anden sind der Zeitpunkt sowie die Art und Weise der Heraushebung des Puna-Plateaus und seiner Randgebiete innerhalb der Ostkordillere und die damit verbundenen klimatischen {\"A}nderungen in NW Argentinien. Die Ostkordillere trennt die Bereiche des endorheischen, ariden Plateaus von semiariden und extern entw{\"a}sserten intermontanen Becken sowie dem humiden Andenvorland im Osten. Diese Unterschiede verdeutlichen die Bedeutung der {\"o}stlichen Flanken der Anden als orografische Barrieren gegen{\"u}ber feuchten Luftmassen aus dem Osten und spiegelt sich auch in ausgepr{\"a}gten Relief- und Topografiegradienten, der Niederschlagsverteilung, und der Effizienz von Oberfl{\"a}chenprozessen wider. Obwohl das {\"u}bergeordnete Deformationsmuster in diesem Teil der Anden eine ostw{\"a}rts gerichtete Wanderung der Deformationsprozesse im Gebirge indiziert, gibt es hier keine klar definierte Deformationsfront. Hebungsvorg{\"a}nge und die damit im Zusammenhang stehenden Sedimentprozesse setzen r{\"a}umlich und zeitlich sehr unterschiedlich ein. Zudem gestalten periodisch wiederkehrende Deformationsereignisse innerhalb intermontaner Becken und diachrone Hebungsvorg{\"a}nge, durch Reaktivierung {\"a}lterer Sockelstrukturen im Vorland, eine detaillierte Auswertung der r{\"a}umlich-zeitlichen Hebungsmuster zus{\"a}tzlich schwierig. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich haupts{\"a}chlich auf die tektonische Entwicklung der Ostkordillere im Nordwesten Argentiniens, die Ablagerungsgeschichte ihrer intermontanen Sedimentbecken und die topografische Entwicklung der Ostflanke des andinen Puna-Plateaus. Im Allgemeinen sind sich die Sedimentbecken der Ostkordillere und der angrenzenden Provinzen, den Sierras Pampeanas und der Santa B{\´a}rbara Region, den durch St{\"o}rungen begrenzten und mit Sedimenten verf{\"u}llten Becken der hochandinen Plateauregion sehr {\"a}hnlich. Deutliche Unterschiede zur Puna bestehen aber dennoch, denn wiederholte Deformations-, Erosions- und Sedimentationsprozesse haben in den intermontanen Becken zu einer vielf{\"a}ltigen Stratigrafie, {\"U}berlagerungsprozessen und einer durch tektonische Prozesse und klimatischen Wandel charakterisierten Landschaft beigetragen. Je nach Erhaltungsgrad k{\"o}nnen in einigen F{\"a}llen Spuren dieser sediment{\"a}ren und tektonischen Entwicklung bis in die Zeit zur{\"u}ckreichen, als diese Bereiche des Gebirges noch Teil eines zusammenh{\"a}ngenden und unverformten Vorlandbeckens waren. Im Nordwesten Argentiniens enthalten k{\"a}nozoische Sedimente zahlreiche datierbare und geochemisch korrelierbare Vulkanaschen, die nicht nur als wichtige Leithorizonte zur Entschl{\"u}sselung tektonischer und sediment{\"a}rer Ereignisse dienen. Die vulkanischen Gl{\"a}ser dieser Aschen archivieren außerdem Wasserstoff-Isotopenverh{\"a}ltnisse fr{\"u}herer Oberfl{\"a}chenwasser, mit deren Hilfe - im Vergleich mit den Isotopenverh{\"a}ltnissen rezenter meteorischer W{\"a}sser - die r{\"a}umliche und zeitliche Entstehung orografischer Barrieren und tektonisch erzwungene Klima- und Umweltver{\"a}nderungen verfolgt werden k{\"o}nnen. Uran-Blei-Datierungen an Zirkonen aus den vulkanischen Aschelagen und die Rekonstruktion sediment{\"a}rer Pal{\"a}otransportrichtungen im intermontanen Humahuaca-Becken in der Ostkordillere (23.5° S) deuten an, dass das heutige Becken bis vor etwa 4.2 Ma Bestandteil eines gr{\"o}ßtenteils uneingeschr{\"a}nkten Ablagerungsbereichs war, der sich bis ins Vorland erstreckt haben muss. Deformation und Hebung {\"o}stlich des heutigen Beckens sorgten dabei f{\"u}r eine fortschreitende Entkopplung des Entw{\"a}sserungsnetzes vom Vorland und eine Umlenkung der Flussl{\"a}ufe nach S{\"u}den. In der Folge erzwang die weitere Hebung der Gebirgsbl{\"o}cke das Abregnen {\"o}stlicher Luftmassen in immer {\"o}stlicher gelegene Bereiche. Zudem k{\"o}nnen periodische Schwankungen der hydrologischen Verbindung des Beckens mit dem Vorland im Zusammenhang mit der Ablagerung und Erosion m{\"a}chtiger Beckenf{\"u}llungen identifiziert werden. Systematische Beziehungen zwischen Verwerfungen, regionalen Diskontinuit{\"a}ten und verstellten Terrassenfl{\"a}chen verweisen außerdem auf ein generelles Muster beckeninterner Deformation, vermutlich als Folge umfangreicher Beckenerosion und damit verbundenen {\"A}nderungen im tektonischen Spannungsfeld der Region. Einige dieser Beobachtungen k{\"o}nnen anhand ver{\"a}nderter Wasserstoff-Isotopenkonzentrationen vulkanischer Gl{\"a}ser aus der k{\"a}nozoischen Stratigrafie untermauert werden. Die δDg-Werte zeigen zwei wesentliche Trends, die einerseits in Verbindung mit Oberfl{\"a}chenhebung innerhalb des Einzugsgebiets zwischen 6.0 und 3.5 Ma stehen und andererseits mit dem Einsetzen semiarider Bedingungen durch Erreichen eines Schwellenwertes der Topografie der {\"o}stlich gelegenen Gebirgsz{\"u}ge nach 3.5 Ma erkl{\"a}rt werden k{\"o}nnen. Tektonisch bedingte Unterbrechung der Sedimentzufuhr aus westlich gelegenen Liefergebieten um 4.2 Ma und die folgende Hinterland-Aridifizierung deuten weiterhin auf die M{\"o}glichkeit hin, dass diese Prozesse die Folge eines lateralen Wachstums des Puna-Plateaus sind. Diese Aridifizierung im Bereich der Puna resultierte in einem ineffizienten, endorheischen Entw{\"a}sserungssystem, das dazu beigetragen hat, das Plateau vor Einschneidung und externer Entw{\"a}sserung zu bewahren und Reliefgegens{\"a}tze aufgrund fortgesetzter Beckensedimentation reduzierte. Die diachrone Natur der Hebungen und Beckenbildungen sowie deren Auswirkungen auf das Flusssystem im angrenzenden Vorland wird sowohl durch detaillierte Analysen der Sedimentherkunft und Transportrichtungen als auch Uran-Blei-Datierungen im Lerma- und Met{\´a}n-Becken (25° S) weiterhin unterstrichen. Das wird besonders deutlich am Beispiel der isolierten Hebung der Sierra de Met{\´a}n vor etwa 10 Ma, die mehr als 50 km von der aktiven orogenen Front im Westen entfernt liegt. Ab 5 Ma sind typische Lithologien der Puna nicht mehr in den Vorlandsedimenten nachweisbar, welches die weitere Hebung innerhalb der Ostkordillere und die hydrologische Isolation des Angastaco-Beckens in dieser Region dokumentiert. Im Sp{\"a}tplioz{\"a}n und Quart{\"a}r ist die Deformation letztlich {\"u}ber das gesamte Vorland verteilt und bis heute aktiv. Um die Beziehungen zwischen tektonisch kontrollierten Ver{\"a}nderungen der Topografie und deren Einfluss auf atmosph{\"a}rische Prozesse besser zu verstehen, werden in dieser Arbeit weitere altersspezifische Wasserstoff-Isotopendaten vulkanischer Gl{\"a}ser aus dem zerbrochenen Vorland, dem Angastaco-Becken in der {\"U}bergangsregion zwischen Ostkordillere und Punarand und anderer intermontaner Becken weiter s{\"u}dlich vorgestellt. Die Resultate dokumentieren {\"a}hnliche H{\"o}henlagen der untersuchten Regionen bis ca. 7 Ma, gefolgt von Hebungsprozessen im Bereich des Angastaco-Beckens. Ein Vergleich mit Isotopendaten vom benachbarten Puna-Plateau hilft abrupte δDg-Schwankungen in den intermontanen Daten zu erkl{\"a}ren und untermauert die Existenz wiederkehrender Phasen verst{\"a}rkt konvektiver Wetterlagen im Plioz{\"a}n, {\"a}hnlich heutigen Bedingungen. In dieser Arbeit werden gel{\"a}ndeorientierte und geochemische Methoden kombiniert, um Erkenntnisse {\"u}ber die Abl{\"a}ufe von topografiebildenden Deformations- und Hebungsprozessen zu gewinnen und Wechselwirkungen mit der daraus resultierenden Niederschlagsverteilung, Erosion und Sedimentation innerhalb tektonisch aktiver Gebirge zu erforschen. Diese Erkenntnisse sind f{\"u}r ein besseres Verst{\"a}ndnis von Subduktionsgebirgen essentiell, besonders hinsichtlich des Deformationsstils und der zeitlich-r{\"a}umlichen Beziehungen bei der Hebung und Sedimentbeckenbildung. Diese Arbeit weist dar{\"u}berhinaus auf die Bedeutung stabiler Isotopensysteme zur Beantwortung pal{\"a}oaltimetrischer Fragestellungen und zur Erforschung von Pal{\"a}oumweltbedingungen hin und liefert wichtige Erkenntnisse f{\"u}r einen kritischen Umgang mit solchen Daten in anderen Regionen.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Pons2023,
  author    = {Pons, Micha{\"e}l},
  title     = {The Nature of the tectonic shortening in Central Andes},
  doi       = {10.25932/publishup-60089},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-600892},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {160},
  year      = {2023},
  abstract  = {The Andean Cordillera is a mountain range located at the western South American margin and is part of the Eastern- Circum-Pacific orogenic Belt. The ~7000 km long mountain range is one of the longest on Earth and hosts the second largest orogenic plateau in the world, the Altiplano-Puna plateau. The Andes are known as a non-collisional subduction-type orogen which developed as a result of the interaction between the subducted oceanic Nazca plate and the South American continental plate. The different Andean segments exhibit along-strike variations of morphotectonic provinces characterized by different elevations, volcanic activity, deformation styles, crustal thickness, shortening magnitude and oceanic plate geometry. Most of the present-day elevation can be explained by crustal shortening in the last ~50 Ma, with the shortening magnitude decreasing from ~300 km in the central (15°S-30°S) segment to less than half that in the southern part (30°S-40°S). Several factors were proposed that might control the magnitude and acceleration of shortening of the Central Andes in the last 15 Ma. One important factor is likely the slab geometry. At 27-33°S, the slab dips horizontally at ~100 km depth due to the subduction of the buoyant Juan Fernandez Ridge, forming the Pampean flat-slab. This horizontal subduction is thought to influence the thermo-mechanical state of the Sierras Pampeanas foreland, for instance, by strengthening the lithosphere and promoting the thick-skinned propagation of deformation to the east, resulting in the uplift of the Sierras Pampeanas basement blocks. The flat-slab has migrated southwards from the Altiplano latitude at ~30 Ma to its present-day position and the processes and consequences associated to its passage on the contemporaneous acceleration of the shortening rate in Central Andes remain unclear. Although the passage of the flat-slab could offer an explanation to the acceleration of the shortening, the timing does not explain the two pulses of shortening at about 15 Ma and 4 Ma that are suggested from geological observations. I hypothesize that deformation in the Central Andes is controlled by a complex interaction between the subduction dynamics of the Nazca plate and the dynamic strengthening and weakening of the South American plate due to several upper plate processes. To test this hypothesis, a detailed investigation into the role of the flat-slab, the structural inheritance of the continental plate, and the subduction dynamics in the Andes is needed. Therefore, I have built two classes of numerical thermo-mechanical models: (i) The first class of models are a series of generic E-W-oriented high-resolution 2D subduction models thatinclude flat subduction in order to investigate the role of the subduction dynamics on the temporal variability of the shortening rate in the Central Andes at Altiplano latitudes (~21°S). The shortening rate from the models was then validated with the observed tectonic shortening rate in the Central Andes. (ii) The second class of models are a series of 3D data-driven models of the present-day Pampean flat-slab configuration and the Sierras Pampeanas (26-42°S). The models aim to investigate the relative contribution of the present-day flat subduction and inherited structures in the continental lithosphere on the strain localization. Both model classes were built using the advanced finite element geodynamic code ASPECT. The first main finding of this work is to suggest that the temporal variability of shortening in the Central Andes is primarily controlled by the subduction dynamics of the Nazca plate while it penetrates into the mantle transition zone. These dynamics depends on the westward velocity of the South American plate that provides the main crustal shortening force to the Andes and forces the trench to retreat. When the subducting plate reaches the lower mantle, it buckles on it-self until the forced trench retreat causes the slab to steepen in the upper mantle in contrast with the classical slab-anchoring model. The steepening of the slab hinders the trench causing it to resist the advancing South American plate, resulting in the pulsatile shortening. This buckling and steepening subduction regime could have been initiated because of the overall decrease in the westwards velocity of the South American plate. In addition, the passage of the flat-slab is required to promote the shortening of the continental plate because flat subduction scrapes the mantle lithosphere, thus weakening the continental plate. This process contributes to the efficient shortening when the trench is hindered, followed by mantle lithosphere delamination at ~20 Ma. Finally, the underthrusting of the Brazilian cratonic shield beneath the orogen occurs at ~11 Ma due to the mechanical weakening of the thick sediments covered the shield margin, and due to the decreasing resistance of the weakened lithosphere of the orogen. The second main finding of this work is to suggest that the cold flat-slab strengthens the overriding continental lithosphere and prevents strain localization. Therefore, the deformation is transmitted to the eastern front of the flat-slab segment by the shear stress operating at the subduction interface, thus the flat-slab acts like an indenter that "bulldozes" the mantle-keel of the continental lithosphere. The offset in the propagation of deformation to the east between the flat and steeper slab segments in the south causes the formation of a transpressive dextral shear zone. Here, inherited faults of past tectonic events are reactivated and further localize the deformation in an en-echelon strike-slip shear zone, through a mechanism that I refer to as "flat-slab conveyor". Specifically, the shallowing of the flat-slab causes the lateral deformation, which explains the timing of multiple geological events preceding the arrival of the flat-slab at 33°S. These include the onset of the compression and of the transition between thin to thick-skinned deformation styles resulting from the crustal contraction of the crust in the Sierras Pampeanas some 10 and 6 Myr before the Juan Fernandez Ridge collision at that latitude, respectively.},
  language  = {en}
}