TY  - JOUR
A1  - Blöthe, Jan Henrik
A1  - Korup, Oliver
T1  - Millennial lag times in the Himalayan sediment routing system
JF  - Earth & planetary science letters
N2  - Any understanding of sediment routing from mountain belts to their forelands and offshore sinks remains incomplete without estimates of intermediate storage that decisively buffers sediment yields from erosion rates, attenuates water and sediment fluxes, and protects underlying bedrock from incision. We quantify for the first time the sediment stored in > 38000 mainly postglacial Himalayan valley fills, based on an empirical volume-area scaling of valley-fill outlines automatically extracted from digital topographic data. The estimated total volume of 690(+452/-242) km(3) is mostly contained in few large valley fills > 1 km(3), while catastrophic mass wasting adds another 177(31) km(3). Sediment storage volumes are highly disparate along the strike of the orogen. Much of the Himalaya's stock of sediment is sequestered in glacially scoured valleys that provide accommodation space for similar to 44% of the total volume upstream of the rapidly exhuming and incising syntaxes. Conversely, the step-like long-wave topography of the central Himalayas limits glacier extent, and thus any significant glacier-derived storage of sediment away from tectonic basins. We show that exclusive removal of Himalayan valley fills could nourish contemporary sediment flux from the Indus and Brahmaputra basins for > 1 kyr, though individual fills may attain residence times of > 100 kyr. These millennial lag times in the Himalayan sediment routing system may sufficiently buffer signals of short-term seismic as well as climatic disturbances, thus complicating simple correlation and interpretation of sedimentary archives from the Himalayan orogen, its foreland, and its submarine fan systems. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.
KW  - sediment storage
KW  - Himalayas
KW  - sediment budget
KW  - tectonic geomorphology
KW  - geomorphometry
Y1  - 2013
U6  - https://doi.org/10.1016/j.epsl.2013.08.044
SN  - 0012-821X
SN  - 1385-013X
VL  - 382
IS  - 20
SP  - 38
EP  - 46
PB  - Elsevier
CY  - Amsterdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dey, Saptarshi
T1  - Tectonic and climatic control on the evolution of the Himalayan mountain front
T1  - Tektonische und klimatische Kontrolle über die Entwicklung der Himalaya-Gebirgsfront
BT  - a case study from the Kangra intermontane basin and the Dhauladhar range in the Northwestern Himalaya
N2  - Variations in the distribution of mass within an orogen may lead to transient sediment storage, which in turn might affect the state of stress and the level of fault activity. Distinguishing between different forcing mechanisms causing variations of sediment flux and tectonic activity, is therefore one of the most challenging tasks in understanding the spatiotemporal evolution of active mountain belts.
The Himalayan mountain belt is one of the most significant Cenozoic collisional mountain belt, formed due to collision between northward-bound Indian Plate and the Eurasian Plate during the last 55-50 Ma. Ongoing convergence of these two tectonic plates is accommodated by faulting and folding within the Himalayan arc-shaped orogen and the continued lateral and vertical growth of the Tibetan Plateau and mountain belts adjacent to the plateau as well as regions farther north. Growth of the Himalayan orogen is manifested by the development of successive south-vergent thrust systems. These thrust systems divide the orogen into different morphotectonic domains. From north to south these thrusts are the Main Central Thrust (MCT), the Main Boundary Thrust (MBT) and the Main Frontal Thrust (MFT). The growing topography interacts with moisture-bearing monsoonal winds, which results in pronounced gradients in rainfall, weathering, erosion and sediment transport toward the foreland and beyond. However, a fraction of this sediment is trapped and transiently stored within the intermontane valleys or ‘dun’s within the lower-elevation foothills of the range. Improved understanding of the spatiotemporal evolution of these sediment archives could provide a unique opportunity to decipher the triggers of variations in sediment production, delivery and storage in an actively deforming mountain belt and support efforts to test linkages between sediment volumes in intermontane basins and changes in the shallow crustal stress field. As sediment redistribution in mountain belts on timescales of 102-104 years can effect cultural characteristics and infrastructure in the intermontane valleys and may even impact the seismotectonics of a mountain belt, there is a heightened interest in understanding sediment-routing processes and causal relationships between tectonism, climate and topography. It is here at the intersection between tectonic processes and superposed climatic and sedimentary processes in the Himalayan orogenic wedge, where my investigation is focused on. The study area is the intermontane Kangra Basin in the northwestern Sub-Himalaya, because the characteristics of the different Himalayan morphotectonic provinces are well developed, the area is part of a region strongly influenced by monsoonal forcing, and the existence of numerous fluvial terraces provides excellent strain markers to assess deformation processes within the Himalayan orogenic wedge. In addition, being located in front of the Dhauladhar Range the region is characterized by pronounced gradients in past and present-day erosion and sediment processes associated with repeatedly changing climatic conditions. In light of these conditions I analysed climate-driven late Pleistocene-Holocene sediment cycles in this tectonically active region, which may be responsible for triggering the tectonic re-organization within the Himalayan orogenic wedge, leading to out-of-sequence thrusting, at least since early Holocene.
The Kangra Basin is bounded by the MBT and the Sub-Himalayan Jwalamukhi Thrust (JMT) in the north and south, respectively and transiently stores sediments derived from the Dhauladhar Range. The Basin contains ~200-m-thick conglomerates reflecting two distinct aggradation phases; following aggradation, several fluvial terraces were sculpted into these fan deposits. 10Be CRN surface exposure dating of these terrace levels provides an age of 53.4±3.2 ka for the highest-preserved terrace (AF1); subsequently, this surface was incised until ~15 ka, when the second fan (AF2) began to form. AF2 fan aggradation was superseded by episodic Holocene incision, creating at least four terrace levels. We find a correlation between variations in sediment transport and ∂18O records from regions affected by the Indian Summer Monsoon (ISM). During strengthened ISMs sand post-LGM glacial retreat, aggradation occurred in the Kangra Basin, likely due to high sediment flux, whereas periods of a weakened ISM coupled with lower sediment supply coincided with renewed re-incision.
However, the evolution of fluvial terraces along Sub-Himalayan streams in the Kangra sector is also forced by tectonic processes. Back-tilted, folded terraces clearly document tectonic activity of the JMT. Offset of one of the terrace levels indicates a shortening rate of 5.6±0.8 to 7.5±1.0 mm.a-1 over the last ~10 ka. Importantly, my study reveals that late Pleistocene/Holocene out-of-sequence thrusting accommodates 40-60% of the total 14±2 mm.a-1 shortening partitioned throughout the Sub-Himalaya. Importantly, the JMT records shortening at a lower rate over longer timescales hints towards out-of-sequence activity within the Sub-Himalaya. Re-activation of the JMT could be related to changes in the tectonic stress field caused by large-scale sediment removal from the basin. I speculate that the deformation processes of the Sub-Himalaya behave according to the predictions of critical wedge model and assume the following: While >200m of sediment aggradation would trigger foreland-ward propagation of the deformation front, re-incision and removal of most of the stored sediments (nearly 80-85% of the optimum basin-fill) would again create a sub-critical condition of the wedge taper and trigger the retreat of the deformation front.
While tectonism is responsible for the longer-term processes of erosion associated with steepening hillslopes, sediment cycles in this environment are mainly the result of climatic forcing. My new 10Be cosmogenic nuclide exposure dates and a synopsis of previous studies show the late Pleistocene to Holocene alluvial fills and fluvial terraces studied here record periodic fluctuations of sediment supply and transport capacity on timescales of 1000-100000 years. To further evaluate the potential influence of climate change on these fluctuations, I compared the timing of aggradation and incision phases recorded within remnant alluvial fans and terraces with continental climate archives such as speleothems in neighboring regions affected by monsoonal precipitation. Together with previously published OSL ages yielding the timing of aggradation, I find a correlation between variations in sediment transport with oxygen-isotope records from regions affected by the Indian Summer Monsoon (ISM). Accordingly, during periods of increased monsoon intensity (transitions from dry and cold to wet and warm periods – MIS4 to MIS3 and MIS2 to MIS1) (MIS=marine isotope stage) and post-Last Glacial Maximum glacial retreat, aggradation occurred in the Kangra Basin, likely due to high sediment flux. Conversely, periods of weakened monsoon intensity or lower sediment supply coincide with re-incision of the existing basin-fill.
Finally, my study entails part of a low-temperature thermochronology study to assess the youngest exhumation history of the Dhauladhar Range. Zircon helium (ZHe) ages and existing low-temperature data sets (ZHe, apatite fission track (AFT)) across this range, together with 3D thermokinematic modeling (PECUBE) reveals constraints on exhumation and activity of the range-bounding Main Boundary Thrust (MBT) since at least mid-Miocene time. The modeling results indicate mean slip rates on the MBT-fault ramp of ~2 – 3 mm.a-1 since its activation. This has lead to the growth of the >5-km-high frontal Dhauladhar Range and continuous deep-seated exhumation and erosion. The obtained results also provide interesting constraints of deformation patterns and their variation along strike. The results point towards the absence of the time-transient ‘mid-crustal ramp’ in the basal decollement and
duplexing of the Lesser Himalayan sequence, unlike the nearby regions or even the central Nepal domain. A fraction of convergence (~10-15%) is accommodated along the deep-seated MBT-ramp, most likely merging into the MHT. This finding is crucial for a rigorous assessment of the overall level of tectonic activity in the Himalayan morphotectonic provinces as it contradicts recently-published geodetic shortening estimates. In these studies, it has been proposed that the total Himalayan shortening in the NW Himalaya is accommodated within the Sub-Himalaya whereas no tectonic activity is assigned to the MBT.
N2  - Die sich verändernde Massenverteilung in einem Gebirge kann zu einer variierenden Sedimentablagerung führen, welche in Folge die Spannungszustände und Verwerfungsaktivitäten beeinflusst. Eine der herausforderndsten Aufgaben im Verständnis der Evolution aktiver Gebirge wie dem Himalaja, ist die Unterscheidung der verschiedenen treibenden Mechanismen wie der Variation im Sedimentfluss und der tektonischen Aktivitäten in Raum und Zeit. 
Der Himalaja ist einer der bedeutendsten känozoischen Gebirgszüge, der durch die Kollision zwischen der nordwärts wandernden indischen Platte und der eurasischen Kontinentalplatte vor 55-50 Ma entstand. Die anhaltende Konvergenz der beiden tektonischen Platten wird durch Verwerfungen und Auffaltungen innerhalb des bogenförmigen Gebirges aufgenommen, aber auch durch das fortwährende laterale und vertikale Wachstum des Tibetischen Plateaus, der angegliederten Gebirgszüge und den Gebirgsregionen weiter nördlich. Das Gebirgswachstum zeigt sich durch die Entwicklung von aufeinanderfolgenden in südlicher Richtung verkippten Verwerfungssystemen. Von Norden nach Süden unterteilen die Hauptstörungen Main Central Thrust (MCT), Main Boundary Thrust (MBT) und Main Frontal Thrust (MFT) den Himalaja in verschiedene morphotektonische Bereiche. Die anwachsende Topographie interagiert mit den feuchten Monsunwinden was zu einem ausgeprägten Regen-, Verwitterung-, Erosion- und Sedimenttransportgradienten zum Vorland hin und darüber hinaus führt. In den intermontanen Tälern, der tiefgelegenen Ausläufern des Himalajas ist ein Teil dieser Sedimente eingeschlossen und vorübergehend gelagert. Das verbesserte Verständnis über die Entwicklung dieser Sedimentarchive bietet eine einmalige Möglichkeit die Auslöser der veränderlichen Sedimentproduktion, -anlieferung und -lagerung in einem sich aktiv deformierenden Gebirge über Raum und Zeit zu entschlüsseln und unterstützt dabei die Anstrengungen eine Verbindung zwischen Sedimentvolumen in intermontanen Becken und den Veränderungen des Spannungszustandes in geringfügiger Krustentiefe zu untersuchen. Die Sedimentumverteilung in Gebirgen kann, über einen Zeitraum von 102-104 Jahren, kulturelle Eigenheiten, die Infrastruktur in den intermontanen Tälern und sogar die Seismotektonik eines Gebirgsgürtels, beeinflussen. Es besteht ein verstärktes Interesse die Prozesse über die Sedimentführung und den kausalen Zusammenhang zwischen Tektonik, Klima und Topographie zu verstehen. An dieser Schnittstelle zwischen den tektonischen Prozessen und den überlagernden klimatischen und sedimentären Prozessen im Gebirgskeil setzten meine Untersuchungen an. Das Untersuchungsgebiet umfasst das intermontane Kangra-Becken im nordwestlichen Sub-Himalaja, da hier die Eigenschaften der verschiedenen morphotektonischen Gebieten des Himalajas gut ausgeprägt sind. Dieses Gebiet gehört zu einer Region, die stark durch den Monsun geprägt wird. Zahlreiche Flussterrassen bieten hervorragende Markierungen für die Beurteilung der Deformationsprozesse innerhalb des Himalajischen Gebirgskeils. Durch ihre Situation direkt vor der Dhauladhar-Kette ist die Region sowohl früher als auch heute durch ausgeprägte Erosionsgradienten und Sedimentprozessen charakterisiert, die den wiederholend wechselnden Klimabedingungen zugeordnet werden können. Angesichts dieser Bedingungen untersuchte ich in dieser tektonisch aktiven Region, klimatisch gesteuerte jungpleistozäne-holozäne Sedimentzyklen, welche sich möglicherweise als Auslöser für die tektonische Umorganisation innerhalb himalajischen Gebirgskeils verantwortlich zeichnen und zumindest seit dem frühen Holozän zu out-of-sequence Aufschiebungen führen.
	Das Kangra-Becken ist durch die MBT und den Jwalamukhi Thrust (JMT) im Sub-Himalaja nach Norden und Süden begrenzt und lagert vorübergehend aus der Dhauladhar-Kette angelieferte Sedimente. Im Becken sind ~200-m dicke Konglomerate abgelagert, welche zwei ausgeprägte Aggradationsphasen wiederspiegeln. Nachfolgend auf die Aggradationsphasen wurden mehrere Flussterrassen in die Schuttfächerablagerungen eingeschnitten. Die Datierung der Terrassenoberflächen mittels kosmogener 10Beryllium Nuklide ergab für die höchste erhaltene Terrasse ein Alter von 53.4±3.2 ka (AF1). Diese Oberfläche wurde daraufhin bis ~15 ka fortwährend eingeschnitten, bis sich ein zweiter Schuttfächer (AF2) zu bilden begann. Die Aufschüttung des AF2 wurde durch episodische holozäne Einschneidungen verdrängt, wobei sich mindestens vier Terrassenebenen bildeten. Wir haben eine Korrelation zwischen dem variierenden Sedimenttransport und ∂18O Aufzeichnungen aus Regionen, die vom indischen Sommermonsun (ISM) betroffen sind, gefunden. Die Aggradation fand wohl durch einen erhöhten Sedimentfluss während verstärkten Phasen des ISM und der Enteisung nach dem letzteiszeitlichen Maximum statt, wobei Perioden eines geschwächten ISM mit einem tieferen Sedimentzufluss verbunden sind und auch mit erneuten Einschneidungen zusammentreffen. 
Die Evolution fluvialer Terrassen entlang von sub-himaljischen Flüssen im Kangra-Sektor wurde auch durch tektonische Prozesse erzwungen. Rückwärts gekippte und gefaltete Terrassen dokumentieren deutlich die tektonische Aktivität der JMT. Der Versatz einer der Terrassenebenen weist auf eine Verkürzungsrate von 5.6±0.8 bis 7.5±1.0 mm.a-1 über die letzten ~10 ka hin. Darüber hinaus zeigt meine Studie, dass jungpleistozäne/holozäne out-of-sequence Aufschiebungen 40-60 % der gesamten 14.2±2 mm.a-1 Verkürzung aufgeteilt über den ganzen Sub-Himalaja hinweg aufnehmen. Die Aufzeichnungen an der JMT dokumentieren niedrigere Verkürzungsraten über längere Zeiträume, was auf out-of-sequence Aktivität im Sub-Himalaja hindeutet. Die erneute Aktivierung der JMT kann mit Veränderungen im tektonischen Spannungsfeld durch großflächigen Sedimenttransport aus dem Becken in Verbindung gebracht werden. Ich spekuliere daher darauf, dass die Deformationsprozesse im Sub-Himalaja sich entsprechend der Voraussagen des Modelles der kritischen Keilform verhalten und treffe folgende Annahmen: >200 m Sedimentaggradation würde eine gegen das Vorland gerichtete Ausbreitung der Deformationsfront, eine Wiedereinschneidung und die Beseitigung der meisten gelagerten Sedimente (beinahe 80-85 % der optimalen Beckenfüllung) auslösen. Daraus folgten wiederum sub-kritische Bedingungen der kritischen Keilformtheorie und der Rückzug der Deformationsfront würde somit ausgelöst. 
Während Erosionsproszesse und die damit verbundene Versteilung der Hänge über einen längeren Zeitraum der Tektonik zuzuschreiben sind, sind Sedimentzyklen in diesem Umfeld hauptsächlich das Resultat aus klimatischen Zwängen. Meine neuen Oberflächenexpositionsdaten aus kosmogenen Nukliden 10Be und die Zusammenstellung bisheriger Studien jungpleistozäner bis holozäner Flussterrassen und sowie alluviale Verfüllungen zeigen periodische Fluktuationen in der Sedimentanlieferung und der Transportkapazität in einem Zeitraum von 10³ bis 10⁵ Jahren. Um den möglichen Einfluss des Klimawandels auf diese Fluktuationen zu bewerten, habe ich den in den Schuttfächern und Terrassen aufgezeichneten zeitlichen Ablauf der Aggradations- und Einschneidungsphasen mit kontinentalen Klimaarchiven wie z. B. Speläotheme (stalagmiten) aus Monsun beeinflussten Nachbarregionen verglichen. Zusammen mit bisherigen publizierten OSL Altern, welche den Zeitpunkt der Aggradation anzeigen, finde ich eine Korrelation zwischen Variationen des Sedimenttransportes durch Sauerstoff-Isotopen Aufzeichnungen aus den von ISM betroffenen Gebieten. Dementsprechend kam es im Kangra-Becken während Zeiten der verstärkten Monsunintensität (Wechsel von trockenen, kalten und feuchten, warmen Perioden – MIS4 bis MIS3 und MIS2 bis MIS1) (MIS = marines Isotopenstadium) und der Enteisung des letzteiszeitlichen Maximums wahrscheinlich durch erhöhten Sedimentfluss zur Aggradation. Im Gegenzug stimmen schwache Perioden der Monsunintensität oder niedrigeren Sedimentlieferung mit der Wiedereinschneidung der bestehenden Becken überein. 
Zum Schluss enthält meine Studie einen Teil einer Tieftemperatur-Thermochronologie Studie, welche die jüngste Exhumationsgeschichte der Dhauladhar-Kette beurteilt. Zirkon-Helium (ZHe) Alter und publizierte Tieftemperatur-Daten (ZHe, Apatit-Spaltspuren (AFT)) dieses Höhenzuges belegen zusammen mit einer 3D thermokinematischen Modellierung (PECUBE) die Einschränkungen der Exhumation und der an die Gebirgskette gebundene MBT-Aktivität mindestens seit dem mittleren Miozän. Die Resultate der Modellierung deuten auf mittlere Gleitraten auf der MBT-Überschiebungsrampe von ~2–3 mm/yr seit ihrer Aktivierung hin. Dies führte zum Wachstum der >5-km hohen Front der Dhauladhar-Kette und einer kontinuierlichen, tiefsitzenden Exhumation und Erosion. Die erzielten Ergebnisse zeigen die Einschränkungen der Deformationsmuster und ihrer Variation entlang des Streichens. Die Resultate deuten auf eine Abwesenheit einer über die zeit-veränderlichen Rampe des basalen Abscherhorizontes in der mittleren Krustentiefe und einer Duplexbildung des Niederen Himalajas hin, dies im Gegensatz zu den nahegelegenen Gebieten oder sogar zu Zentralnepal. Ein Bruchteil der Konvergenz (~10-15%) wird entlang der tiefsitzenden MBT-Rampe aufgenommen, die aller Wahrscheinlichkeit nach in die MHT übergeht. Diese Erkenntnis ist maßgeblich für eine gründliche Beurteilung der Gesamtgröße der tektonischen Aktivitäten in den morphotektonischen Provinzen des Himalajas, da sie kürzlich publizierten geodätischen Schätzungen von Verkürzungsraten widerspricht. In jenen Studien wurde vorgeschlagen, dass die gesamte Verkürzung des Gebirges im nordwestlichen Himalaja innerhalb des Sub-Himalajas aufgenommen wird, wobei der MBT keine tektonische Aktivität zugeschrieben werden wird.
KW  - tectonic geomorphology
KW  - cosmogenic radionuclide-based dating
KW  - neotectonics
KW  - tektonische Geomorphologie
KW  - kosmogene Radionuklid-basierte Datierung
KW  - Neotektonik
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-103390
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Jara-Munoz, Julius
A1  - Melnick, Daniel
A1  - Pedoja, Kevin
A1  - Strecker, Manfred
T1  - TerraceM-2: A MatlabR (R) Interface for Mapping and Modeling Marine and Lacustrine Terraces
JF  - Frontiers in Earth Science
N2  - The morphology of marine and lacustrine terraces has been largely used to measure past sea- and lake-level positions and estimate vertical deformation in a wealth of studies focused on climate and tectonic processes. To obtain accurate morphometric assessments of terrace morphology we present TerraceM-2, an improved version of our MatlabR (R) graphic-user interface that provides new methodologies for morphometric analyses as well as landscape evolution and fault-dislocation modeling. The new version includes novel routines to map the elevation and spatial distribution of terraces, to model their formation and evolution, and to estimate fault-slip rates from terrace deformation patterns. TerraceM-2 has significantly improves its processing speed and mapping capabilities, and includes separate functions for developing customized workflows beyond the graphic-user interface. We illustrate these new mapping and modeling capabilities with three examples: mapping lacustrine shorelines in the Dead Sea to estimate deformation across the Dead Sea Fault, landscape evolution modeling to estimate a history of uplift rates in southern Peru, and dislocation modeling of deformed marine terraces in California. These examples also illustrate the need to use topographic data of different resolutions. The new modeling and mapping routines of TerraceM-2 highlight the advantages of an integrated joint mapping and modeling approach to improve the efficiency and precision of coastal terrace metrics in both marine and lacustrine environments.
KW  - TerraceM
KW  - marine terraces
KW  - tectonic geomorphology
KW  - geomorphic markers
KW  - LiDAR
KW  - coastal geomorphology
KW  - neotectonics
KW  - morphometry
Y1  - 2019
U6  - https://doi.org/10.3389/feart.2019.00255
SN  - 2296-6463
VL  - 7
PB  - Frontiers Research Foundation
CY  - Lausanne
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Teshebaeva, Kanayim
A1  - Echtler, Helmut
A1  - Bookhagen, Bodo
A1  - Strecker, Manfred
T1  - Deep-seated gravitational slope deformation (DSGSD) and slow-moving landslides in the southern Tien Shan Mountains: new insights from InSAR, tectonic and geomorphic analysis
JF  - Earth surface processes and landforms : the journal of the British Geomorphological Research Group
N2  - We investigated deep-seated gravitational slope deformation (DSGSD) and slow mass movements in the southern Tien Shan Mountains front using synthetic aperture radar (SAR) time-series data obtained by the ALOS/PALSAR satellite. DSGSD evolves with a variety of geomorphological changes (e.g. valley erosion, incision of slope drainage networks) over time that affect earth surfaces and, therefore, often remain unexplored. We analysed 118 interferograms generated from 20 SAR images that covered about 900 km(2). To understand the spatial pattern of the slope movements and to identify triggering parameters, we correlated surface dynamics with the tectono-geomorphic processes and lithologic conditions of the active front of the Alai Range. We observed spatially continuous, constant hillslope movements with a downslope speed of approximately 71 mm year(-1) velocity. Our findings suggest that the lithological and structural framework defined by protracted deformation was the main controlling factor for sustained relief and, consequently, downslope mass movements. The analysed structures revealed integration of a geological/structural setting with the superposition of Cretaceous-Paleogene alternating carbonatic and clastic sedimentary structures as the substratum for younger, less consolidated sediments. This type of structural setting causes the development of large-scale, gravity-driven DSGSD and slow mass movement. Surface deformations with clear scarps and multiple crest lines triggered planes for large-scale deep mass creeps, and these were related directly to active faults and folds in the geologic structures. Our study offers a new combination of InSAR techniques and structural field observations, along with morphometric and seismologic correlations, to identify and quantify slope instability phenomena along a tectonically active mountain front. These results contribute to an improved natural risk assessment in these structures.
KW  - interferometric SAR (InSAR)
KW  - small baseline subset (SBAS)
KW  - gravity-driven slope deformation
KW  - landslide
KW  - tectonic geomorphology
KW  - Tien Shan Mountains
Y1  - 2019
U6  - https://doi.org/10.1002/esp.4648
SN  - 0197-9337
SN  - 1096-9837
VL  - 44
IS  - 12
SP  - 2333
EP  - 2348
PB  - Wiley
CY  - Hoboken
ER  - 
TY  - THES
A1  - Freisleben, Roland
T1  - Deciphering the mechanisms of permanent forearc deformation based on marine terraces
T1  - Untersuchung der Mechanismen dauerhafter Forearc-Deformation anhand von marinen Terrassen
N2  - 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 Fernández 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.
N2  - Die känozoischen Anden resultieren aus der regionalen Verkürzung und Hebung der kontinentalen Kruste entlang des südamerikanischen Kontinentalrandes infolge der Interaktion zwischen der subduzierenden Nazca-Platte und der südamerikanischen Platte. Zahlreiche, durch tektonische Prozesse angehobene marine Abrasionsplattformen entlang der Küsten am westlichen Kontinentalrand Südamerikas bilden lateral kontinuierliche Stufen, welche die Akkumulation dauerhafter Deformation im küstennahen Forearc-Bereich widerspiegeln. Die Mechanismen, welche für die dauerhafte Hebung der Küste und die Beständigkeit derzeitiger/dekadischer Deformationsmuster auch über Jahrtausende hinweg verantwortlich sind, sind jedoch noch nicht vollständig geklärt. Vor diesem Hintergrund wird in dieser Dissertation zunächst eine kontinentale Datenbank der gehobenen marinen Terrassen des letzten Interglazials (125,000 Jahre), ihrer Höhenverteilung sowie der daraus abgeleiteten Hebungsraten für die Westküste von Südamerika vorgestellt. Diese Datenbank bildet die Grundlage für die Analyse einer Vielzahl von Mechanismen, welche möglicherweise für die Akkumulation dauerhafter Küstenhebung und Deformation verantwortlich sind. In einem weiteren Schritt wurden zusätzlich spätpleistozäne Terrassenniveaus in Zentralchile regionalmaßstäblich kartiert und hinsichtlich ihrer räumlich-zeitlichen Entwicklung analysiert. Diese Informationen liefern wertvolle Erkenntnisse über die Beständigkeit von seismischen Asperitäten, den Einfluss bathymetrischer Rücken auf die dauerhafte Deformation der Oberplatte sowie die Rolle von krustalen Störungen hinsichtlich der lokalen topographischen Differenzierung seismotektonischer Segmente.
Die Datenbank der im letzten Interglazial entstandenen marinen Terrassen und der abgeleiteten Hebungsraten zeigt ein nahezu kontinuierliches Signal von Hintergrund-Hebungsraten entlang der südamerikanischen Küste von ~0,22 mm/Jahr, das durch verschiedene kurz- bis langwellige Modifikationen gekennzeichnet ist. Räumliche Übereinstimmungen mit krustalen Störungen und subduzierten bathymetrischen Rücken deuten darauf hin, dass die langfristige Deformation von diesen Parametern beeinflusst wird, während die breitengradabhängige Variabilität von Klimafaktoren tiefgreifende Auswirkungen auf die Entstehung und Erhaltung von marinen Terrassen hat. Systematische Wellenlängenanalysen und Vergleiche des Signals der Terrassenhebungsrate mit verschiedenen tektonischen Parametern zeigen, dass Deformation im kurzwelligen Bereich auf krustale Störungen zurückzuführen ist. Die Deformation im mittel- bis langwelligen Bereich könnte hingegen auf verschiedene Ausdehnungen langfristig aktiver seismotektonischer Segmente der Subduktionszone hindeuten, die zumindest teilweise durch die Subduktion bathymetrischer Anomalien kontrolliert werden. Das beobachtete Signal der Hintergrund-Hebungsrate wird wahrscheinlich durch Erdbeben mittlerer Magnituden in der Nähe der Moho generiert, was auf mehrere, räumlich und zeitlich getrennte Hebungsphasen hindeutet, die sich über Jahrtausende hinweg als kontinuierliches Hebungssignal manifestieren.
Gehobene spätpleistozäne marine Terrassen im Illapel-Erdbebengebiet von 2015 weisen eine Hebungsrate zwischen 0,1 und 0,6 mm/Jahr auf und deuten insgesamt auf abnehmende tektonische Hebungsraten seit ~400,000 Jahren hin. Diese langfristigen Hebungsraten auf glazialen Zeitskalen korrelieren nicht mit den Hebungsraten auf kurzen Zeitskalen, was darauf schließen lässt, dass seismische Asperitäten im Bereich der Subduktionszone keine dauerhaften Merkmale sind, welche die Deformation und Hebung der Forearc-Regionen über lange Zeiträume von mehreren 105 Jahren steuern. Wie auch an anderen aktiven konvergenten Plattenrändern existieren in Zentralchile krustale Abschiebungen parallel zum Plattenrand, die das Erscheinungsbild dauerhafter Forearc-Deformation stark beeinflussen. Die Extensionsprozesse der Oberplatte sind dabei wahrscheinlich ein Phänomen zweiter Ordnung, welches durch Subduktionserosion und anschließende Akkretion hervorgerufen wird und sich in regionaler tektonischer Hebung sowie einem gravitativen Kollaps der Forearc-Region äußert. Darüber hinaus lassen sich über verschiedene Glazial- und Interglazialzyklen hinweg Änderungen in der Bedeutung des Juan-Fernández-Rückens hinsichtlich der Deformations-prozesse in der Oberplatte nachweisen; dies unterstreicht die transiente Rolle bathymetrischer Anomalien bei der Beeinflussung lokaler Änderungen der Terrassenhebungsrate. Die vorgelegte Arbeit liefert daher neue Einblicke für ein besseres Verständnis der Deformationsprozesse in Subduktionszonen und den küstennahen Forearc-Regionen sowie ihrer unterschiedlich interagierenden Antriebsfaktoren, welche die topographische und geomorphologische Entwicklung der westlichen südamerikanischen Küste beeinflussen.
KW  - South America
KW  - marine terrace
KW  - tectonic geomorphology
KW  - subduction
KW  - Südamerika
KW  - marine Terrassen
KW  - Subduktion
KW  - tektonische Geomorphologie
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-610359
ER  -