TY - JOUR A1 - Riedl, Simon A1 - Melnick, Daniel A1 - Njue, Lucy A1 - Sudo, Masafumi A1 - Strecker, Manfred T1 - Mid-Pleistocene to recent crustal extension in the inner graben of the Northern Kenya Rift JF - Geochemistry, geophysics, geosystems N2 - Magmatic continental rifts often constitute nascent plate boundaries, yet long-term extension rates and transient rate changes associated with these early stages of continental breakup remain difficult to determine. Here, we derive a time-averaged minimum extension rate for the inner graben of the Northern Kenya Rift (NKR) of the East African Rift System for the last 0.5 m.y. We use the TanDEM-X science digital elevation model to evaluate fault-scarp geometries and determine fault throws across the volcano-tectonic axis of the inner graben of the NKR. Along rift-perpendicular profiles, amounts of cumulative extension are determined, and by integrating four new Ar-40/Ar-39 radiometric dates for the Silali volcano into the existing geochronology of the faulted volcanic units, time-averaged extension rates are calculated. This study reveals that in the inner graben of the NKR, the long-term extension rate based on mid-Pleistocene to recent brittle deformation has minimum values of 1.0-1.6 mm yr(-1), locally with values up to 2.0 mm yr(-1). A comparison with the decadal, geodetically determined extension rate reveals that at least 65% of the extension must be accommodated within a narrow, 20-km-wide zone of the inner rift. In light of virtually inactive border faults of the NKR, we show that extension is focused in the region of the active volcano-tectonic axis in the inner graben, thus highlighting the maturing of continental rifting in the NKR. KW - extensional tectonics KW - Kenya Rift KW - TanDEM-X DEM KW - DEM analysis KW - geochronology KW - normal faults Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1029/2021GC010123 SN - 1525-2027 VL - 23 IS - 3 PB - American Geophysical Union CY - Washington ER - TY - JOUR A1 - Riedl, Simon A1 - Melnick, Daniel A1 - Mibei, Geoffrey K. A1 - Njue, Lucy A1 - Strecker, Manfred T1 - Continental rifting at magmatic centres BT - structural implications from the Late Quaternary Menengai Caldera, central Kenya Rift JF - Journal of the geological society N2 - The structural evolution of calderas in rifts helps to characterize the spatiotemporal relationships between magmatism, long wavelength crustal deformation and the formation of tectonic deformation zones along the rift axis. We document the structural characteristics of the c. 36 ka old Menengai Caldera located within a young zone of extension in the central Kenya Rift. Field mapping and high-resolution digital surface models show that NNE-striking Holocene normal faults perpendicular to the regional ESE-WNWextension direction dominate the interior sectors of the rift. Inside the caldera, these structures are overprinted by post-collapse doming and faulting of the magmatic centre, resulting in obliquely slipping normal faults bounding a resurgence horst. Radiocarbon dating of faulted units as young as 5 ka cal BP and the palaeo-shorelines of a lake formed during the African Humid Period in the Nakuru Basin indicate that volcanism and fault activity inside and in the vicinity of Menengai must have been sustained during the Holocene. Our analysis confirms that the caldera is located at the centre of an extending rift segment and suggests that other magmatic centres and young zones of faulting along the volcano-tectonic axis of the Kenya Rift may constitute nucleation points of faulting that ultimately foster future continental break-up. Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1144/jgs2019-021 SN - 0016-7649 SN - 2041-479X VL - 177 IS - 1 SP - 153 EP - 169 PB - Geological Soc. Publ. House CY - Bath ER - TY - THES A1 - Riedl, Simon T1 - Active tectonics in the Kenya Rift T1 - Aktive Tektonik im Keniarift BT - implications for continental rifting and paleodrainage systems BT - Erkenntnisse über kontinentale Riftzonen und Paläogewässersysteme N2 - Magmatische und tektonisch aktive Grabenzonen (Rifts) stellen die Vorstufen entstehender Plattengrenzen dar. Diese sich spreizenden tektonischen Provinzen zeichnen sich durch allgegenwärtige Abschiebungen aus, und die räumliche Verteilung, die Geometrie, und das Alter dieser Abschiebungen lässt Rückschlüsse auf die räumlichen und zeitlichen Zusammenhänge zwischen tektonischer Deformation, Magmatismus und langwelliger Krustendeformation in Rifts zu. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Störungsaktivität im Kenia-Rift des känozoischen Ostafrikanischen Grabensystems im Zeitraum zwischen dem mittleren Pleistozän und dem Holozän. Um die frühen Stadien der Entstehung kontinentaler Plattengrenzen zu untersuchen, wird in dieser Arbeit eine zeitlich gemittelte minimale Extensionsrate für den inneren Graben des Nördlichen Kenia-Rifts (NKR) für die letzten 0,5 Mio Jahre abgeleitet. Die Analyse beruht auf Messungen mit Hilfe des digitalen TanDEM-X-Höhenmodells, um die Abschiebungen entlang der vulkanisch-tektonischen Achse des inneren Grabens des NKR zu kartieren und deren Versatzbeträge zu bestimmen. Mithilfe von vorhandenen Geochronologiedaten der deformierten vulkanischen Einheiten sowie in dieser Arbeit erstellten ⁴⁰Ar/³⁹Ar-Datierungen werden zeitlich gemittelte Extensionsraten berechnet. Die Auswertungen zeigen, dass im inneren Graben des NKR die langfristige Extensionsrate für mittelpleistozäne bis rezente Störungen Mindestwerte von 1,0 bis 1,6 mm yr⁻¹ aufweist und lokal allerdings auch Werte bis zu 2,0 mm yr⁻¹ existieren. In Anbetracht der nahezu inaktiven Randstörungen des NKR zeigt sich somit, dass sich die Extension auf die Region der aktiven vulkanisch-tektonischen Achse im inneren Graben konzentriert und somit ein fortgeschrittenes Stadium kontinentaler Extensionsprozesse im NKR vorliegt. In dieser Arbeit wird diese räumlich fokussierte Extension zudem im Rahmen einer Störungsanalyse der jüngsten vulkanischen Erscheinungen des Kenia-Rifts betrachtet. Die Arbeit analysiert mithilfe von Geländekartierungen und eines auf Luftbildern basierenden Geländemodells die Störungscharakteristika der etwa 36 tausend Jahre alten Menengai-Kaldera und der umliegenden Gebiete im zentralen Kenia-Rift. Im Allgemeinen sind die holozänen Störungen innerhalb des Rifts reine, NNO-streichende Abschiebungen, die somit das gegenwärtige tektonische Spannungsfeld wiederspiegeln; innerhalb der Menengai-Kaldera sind die jungen Strukturen jedoch von andauernder magmatischer Aktivität und von Aufdomung überprägt. Die Kaldera befindet sich im Zentrum eines sich aktiv dehnenden Riftsegments und zusammen mit den anderen quartären Vulkanen des Kenia-Rifts lassen sich diese Bereiche als Kernpunkte der extensionalen Störungsaktivität verstehen, die letztlich zu einer weiter entwickelten Phase magmengestützter Kontinentalseparation führen werden. Die bereits seit dem Tertiär andauernde Störungsaktivität im Kenia-Rift führt zur Zergliederung der größeren Rift-Senken in kleinere Segmente und beeinflusst die Sedimentologie und die Hydrologie dieser Riftbecken. Gegenwärtig sind die meisten, durch Störungen begrenzten Becken des Kenia-Rifts hydrologisch isoliert, sie waren aber während feuchter Klimaphasen hydrologisch miteinander verbunden; in dieser Arbeit untersuche ich deshalb auch diese hydrologische Verbindung der Rift-Becken für die Zeit der Afrikanischen Feuchteperiode des frühen Holozäns. Mithilfe der Analyse von digitalen Geländemodellen, unter Berücksichtigung von geomorphologischen Anzeigern für Seespiegelhochstände, Radiokarbondatierungen und einer Übersicht über Fossiliendaten konnten zwei kaskadierende Flusssysteme aus diesen Daten abgeleitet werden: eine Flusskaskade in Richtung Süden und eine in Richtung Norden. Beide Kaskaden haben die derzeit isolierten Becken während des frühen Holozäns durch überlaufende Seen und eingeschnittene Schluchten miteinander verbunden. Diese hydrologische Verbindung führte zu der Ausbreitung aquatischer Fauna entlang des Rifts, und gleichzeitig stellte die Wasserscheide zwischen den beiden Flusssystemen den einzigen terrestrischen Ausbreitungskorridor dar, der eine Überquerung des Kenia-Rifts ermöglichte. Diese tektonisch-geomorphologische Rekonstruktion erklärt die heute isolierten Vorkommen nilotischer Fischarten in den Riftseen Kenias sowie die isolierten Vorkommen Guineo-Congolischer Säugetiere in Wäldern östlich des Kenia-Rifts, die sich über die Wasserscheide im Kenia-Rift ausbreiten konnten. Auf längeren Zeitskalen sind solche Phasen hydrologischer Verbindung und Phasen der Isolation wiederholt aufgetreten und zeigen sich in wechselnden paläoökologischen Indikatoren in Sedimentbohrkernen. Hier stelle ich einen Sedimentbohrkern aus dem Koora-Becken des Südlichen Kenia-Rifts vor, der einen Datensatz der Paläo-Umweltbedingungen der letzten 1 Million Jahre beinhaltet. Dieser Datensatz zeigt, dass etwa vor 400 tausend Jahren die zuvor relativ stabilen Umweltbedingungen zum Erliegen kamen und tektonische, hydrologische und ökologische Veränderungen dazu führten, dass die Wasserverfügbarkeit, die Grasland-Vergesellschaftungen und die Bedeckung durch Baumvegetation zunehmend stärkeren und häufigeren Schwankungen unterlagen. Diese großen Veränderungen fallen zeitlich mit Phasen zusammen, in denen das südliche Becken des Kenia-Rifts von vulkanischer und tektonischer Aktivität besonders betroffen war. Die vorliegende Arbeit zeigt deshalb deutlich, inwiefern die tektonischen und geomorphologischen Gegebenheiten im Zuge einer zeitlich langanhaltenden Extension die Hydrologie, die Paläo-Umweltbedingungen sowie die Biodiversität einer Riftzone beeinflussen können. N2 - Magmatic continental rifts often constitute the earliest stage of nascent plate boundaries. These extensional tectonic provinces are characterized by ubiquitous normal faulting and volcanic activity; the spatial pattern, the geometry, and the age of these normal faults can help to unravel the spatiotemporal relationships between extensional deformation, magmatism, and long-wavelength crustal deformation of continental rift provinces. This study focuses on the active faulting in the Kenya Rift of the Cenozoic East African Rift System (EARS) with a focus on the mid-Pleistocene to the present-day. To examine the early stages of continental break-up in the EARS, this thesis presents a time-averaged minimum extension rate for the inner graben of the Northern Kenya Rift (NKR) for the last 0.5 m.y. Using the TanDEM-X digital elevation model, fault-scarp geometries and associated throws are determined across the volcano-tectonic axis of the inner graben of the NKR. By integrating existing geochronology of faulted units with new ⁴⁰Ar/³⁹Ar radioisotopic dates, time-averaged extension rates are calculated. This study reveals that in the inner graben of the NKR, the long-term extension rate based on mid-Pleistocene to recent brittle deformation has minimum values of 1.0 to 1.6 mm yr⁻¹, locally with values up to 2.0 mm yr⁻¹. In light of virtually inactive border faults of the NKR, we show that extension is focused in the region of the active volcano-tectonic axis in the inner graben, thus highlighting the maturing of continental rifting in the NKR. The phenomenon of focused extension is further investigated with a structural analysis of the youngest volcanic manifestations of the Kenya Rift, their relationship with extensional structures, and their overprint by Holocene faulting. In this context I analyzed the fault characteristics at the ~36 ka old Menengai Caldera and adjacent areas in the Central Kenya Rift using detailed field mapping and a structure-from-motion-based DEM generated from UAV data. In general, the Holocene intra-rift normal faults are dip-slip faults which strike NNE and thus reflect the present-day tectonic stress field; however, inside Menengai caldera persistent magmatic activity and magmatic resurgence overprints these young structures significantly. The caldera is located at the center of an actively extending rift segment and this and the other volcanic edifices of the Kenya Rift may constitute nucleation points of faulting an magmatic extensional processes that ultimately lead into a future stage of magma-assisted rifting. When viewed at the scale of the entire Kenya Rift the protracted normal faulting in this region compartmentalizes the larger rift depressions, and influences the sedimentology and the hydrology of the intra-rift basins at a scale of less than 100 km. In the present day, most of the fault-bounded sub-basins of the Kenya Rift are hydrologically isolated due to this combination of faulting and magmatic activity that has generated efficient hydrological barriers that maintain these basins as semi-independent geomorphic entities. This isolation, however, was overcome during wetter climatic conditions during the past when the basins were transiently connected. I therefore also investigated the hydrological connectivity of the rift basins during the African Humid Period of the early Holocene, when climate was wetter. With the help of DEM analysis, lake-highstand indicators, radiocarbon dating, and a review of the fossil record, two lake-river-cascades could be identified: one directed southward, and one directed northward. Both cascades connected presently isolated rift basins during the early Holocene via spillovers of lakes and incised river gorges. This hydrological connection fostered the dispersal of aquatic faunas along the rift, and in addition, the water divide between the two river systems represented the only terrestrial dispersal corridor across the Kenya Rift. The reconstruction explains isolated distributions of Nilotic fish species in Kenya Rift lakes and of Guineo-Congolian mammal species in forests east of the Kenya Rift. On longer timescales, repeated episodes of connectivity and isolation must have occurred. To address this problem I participated in research to analyze a sediment drill core from the Koora basin of the Southern Kenya Rift, which provides a paleo-environmental record of the last 1 Ma. Based on this record it can be concluded that at ~400 ka relatively stable environmental conditions were disrupted by tectonic, hydrological, and ecological changes, resulting in increasingly large and frequent fluctuations in water availability, grassland communities, and woody plant cover. The major environmental shifts reflected in the drill core data coincide with phases where volcano-tectonic activity affected the basin. This thesis therefore shows how protracted extensional tectonic processes and the resulting geomorphologic conditions can affect the hydrology, the paleo-environment and the biodiversity of extensional zones in Kenya and elsewhere. KW - Tektonik KW - tectonics KW - Ostafrikanisches Rift KW - East African Rift KW - Biodiversität KW - biodiversity KW - Paläoökologie KW - paleoecology KW - Kenia KW - Kenya Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-538552 ER - TY - JOUR A1 - Richter, Maximilian A1 - Brune, Sascha A1 - Riedl, Simon A1 - Glerum, Anne A1 - Neuharth, Derek A1 - Strecker, Manfred T1 - Controls on asymmetric rift dynamics BT - Numerical modeling of strain localization and fault evolution in the Kenya Rift JF - Tectonics / American Geophysical Union, AGU ; European Geophysical Society, EGS N2 - Complex, time-dependent, and asymmetric rift geometries are observed throughout the East African Rift System (EARS) and are well documented, for instance, in the Kenya Rift. To unravel asymmetric rifting processes in this region, we conduct 2D geodynamic models. We use the finite element software ASPECT employing visco-plastic rheologies, mesh-refinement, distributed random noise seeding, and a free surface. In contrast to many previous numerical modeling studies that aimed at understanding final rifted margin symmetry, we explicitly focus on initial rifting stages to assess geodynamic controls on strain localization and fault evolution. We thereby link to geological and geophysical observations from the Southern and Central Kenya Rift. Our models suggest a three-stage early rift evolution that dynamically bridges previously inferred fault-configuration phases of the eastern EARS branch: (1) accommodation of initial strain localization by a single border fault and flexure of the hanging-wall crust, (2) faulting in the hanging-wall and increasing upper-crustal faulting in the rift-basin center, and (3) loss of pronounced early stage asymmetry prior to basinward localization of deformation. This evolution may provide a template for understanding early extensional faulting in other branches of the East African Rift and in asymmetric rifts worldwide. By modifying the initial random noise distribution that approximates small-scale tectonic inheritance, we show that a spectrum of first-order fault configurations with variable symmetry can be produced in models with an otherwise identical setup. This approach sheds new light on along-strike rift variability controls in active asymmetric rifts and proximal rifted margins. KW - asymmetric rifting KW - rift variability KW - numerical model KW - structural KW - inheritance KW - Kenya Rift Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1029/2020TC006553 SN - 0278-7407 SN - 1944-9194 VL - 40 IS - 5 PB - American Geophysical Union CY - Washington ER -