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Die neogene Hebungsgeschichte der Patagonischen Anden im Kontext der Subduktion eines aktiven Spreizungszentrums

  • Das Phänomen der Subduktion eines aktiven Spreizungszentrums an der Südspitze Südamerikas ist seit langem bekannt. Eine Vielzahl von geologischen Beobachtungen wurden mit diesem Phänomen in Verbindung gebracht, trotzdem ist der genaue Mechanismus der Beeinflussung des aktiven Kontinentalrandes weitgehend unbekannt. Die Zusammenhänge zwischen den Subduktionsprozessen und der Entwicklung der patagonischen Anden zwischen 47°S und 48°S stehen im Mittelpunkt der Untersuchungen. Um eine detaillierte zeitliche Auflösung der zugrunde liegenden Prozesse untersuchen zu können, 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-Rückens gesetzt. Im Bereich von 47°30′S wurden die synorogenen Vorlandsedimente der Santa Cruz Formation sedimentologisch untersucht. Diese fluviatilen Sedimente wurden in einem reliefarmen Vorlandgebiet durch häufige Rinnenverlagerung und dem Aufbau vonDas Phänomen der Subduktion eines aktiven Spreizungszentrums an der Südspitze Südamerikas ist seit langem bekannt. Eine Vielzahl von geologischen Beobachtungen wurden mit diesem Phänomen in Verbindung gebracht, trotzdem ist der genaue Mechanismus der Beeinflussung des aktiven Kontinentalrandes weitgehend unbekannt. Die Zusammenhänge zwischen den Subduktionsprozessen und der Entwicklung der patagonischen Anden zwischen 47°S und 48°S stehen im Mittelpunkt der Untersuchungen. Um eine detaillierte zeitliche Auflösung der zugrunde liegenden Prozesse untersuchen zu können, 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-Rückens gesetzt. Im Bereich von 47°30′S wurden die synorogenen Vorlandsedimente der Santa Cruz Formation sedimentologisch untersucht. Diese fluviatilen Sedimente wurden in einem reliefarmen Vorlandgebiet durch häufige Rinnenverlagerung und dem Aufbau von Rinnenumlagerungsgürteln in Kombination mit assoziierten großräumigen Überflutungsablagerungen akkumuliert. Sie stehen in einem engen Zusammenhang mit der orogenen Entwicklung im andinen Liefergebiet. Dies spiegelt sich in dem nach oben gröber werdenden Zyklus der Santa Cruz Formation wider. Die magnetostratigraphischen Untersuchungen einer 270 m mächtigen 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 Polaritätszeitskala (CANDE AND KENT, 1995) konnte der untersuchte Abschnitt der Santa Cruz Formation zwischen 16.2 und 18.5 Ma datiert werden. Als Träger der Sedimentations-Remanenz konnten überwiegend Pseudoeinbereichs-Magentitpartikel und untergeordnet Hämatitpartikel 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 rückgesetzten, detritischen Apatite spiegeln das Auftreten unterschiedlicher Altersdomänen im Liefergebiet der Sedimente wider. In der Kombination mit den geochemischen Gesamtgesteinsuntersuchungen der Sedimente und den petrographischen Untersuchungen der Sandsteine, die ein überwiegend andesitisch-vulkanisch geprägtes 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 Änderungen der Gesamtgesteinsgeochemie der Vorlandsedimente führt. Die thermochronologische Untersuchung von Apatiten aus rezenten topographischen Höhenprofilen aus der Kernzone der patagonischen Anden im Bereich von 47°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 abgeschätzt werden. Die Modellierung der Apatit-Spaltspurergebnisse zeigt eine signifikante Temperaturerhöhung im Zeitraum zwischen 12 und 8 Ma um 20 bis 30°C für diesen Krustenbereich, die mit der Subduktion des aktiven Chile-Rückens in diesem Bereich der Anden in Verbindung gebracht wird. Aus den gewonnen Daten kann ein Modell für die Entwicklung der patagonischen Anden seit dem frühen Miozän abgeleitet werden. In diesem Modell wird die orogene Entwicklung in den patagonischen Anden auf eine erhöhte Konvergenzrate zwischen der Nazca Platte und der Südamerikanischen Platte zurückgeführt, die für die Heraushebung und Denudation der Anden sowie für die damit verbundene Entwicklung im Vorlandbereich verantwortlich ist. Diese orogene Entwicklung wird in einer späten Phase durch die nordwärts wandernde Subduktion des aktiven Spreizungszentrums des Chile Rückens überprägt und beeinflusst. Das auf der Integration von geologischen, chronologischen sowie thermochronologischen Daten beruhende Modell kann zahlreiche geologische und geophysikalische Beobachtungen in diesem Bereich der südlichen Anden konsistent erklären.show moreshow less
  • The phenomenon of active ridge subduction to the continental margin of southern South America has been well known for a long time. A diversity of geological observations are related to this phenomenon, however, the exact mechanism of the influence of ridge subduction to the active continental margin is unknown. The aim of the present investigations is to determine connections between the subduction processes and the development of the Patagonian Andes between 47°S and 48°S. In order to reach that objective, the development of the foreland basin settings, the uplift of the upper crust of the Andean Orogeny, and the relation with the subduction of the Chile Ridge were investigated to obtain a detailed temporal resolution of the basic geological processes. Within the area of 47°30'S the style and sedimentological pattern of the synorogenic foreland deposits of the Santa Cruz Formation were investigated. These fluvial sediments were accumulated in a foreland basin of small scale topography by frequent progradationalThe phenomenon of active ridge subduction to the continental margin of southern South America has been well known for a long time. A diversity of geological observations are related to this phenomenon, however, the exact mechanism of the influence of ridge subduction to the active continental margin is unknown. The aim of the present investigations is to determine connections between the subduction processes and the development of the Patagonian Andes between 47°S and 48°S. In order to reach that objective, the development of the foreland basin settings, the uplift of the upper crust of the Andean Orogeny, and the relation with the subduction of the Chile Ridge were investigated to obtain a detailed temporal resolution of the basic geological processes. Within the area of 47°30'S the style and sedimentological pattern of the synorogenic foreland deposits of the Santa Cruz Formation were investigated. These fluvial sediments were accumulated in a foreland basin of small scale topography by frequent progradational avulsions, which were accompanied by deposition of avulsion-belt sediments associated with thick overbank deposits. The upward-coarsening is best explained by progradation of fan deposits during an eastwards advancement of the deformation in the western Andes at that time. Magnetostratigraphic investigations of a total of 329 drill cores, which were collected at 96 sites, show seven major reversals in a thick stratigraphic section of 270 m from the base of the Santa Cruz Formation. A comparison with the geomagnetic polarity timescale of Cande and Kent (1995) gives a sedimentation age between 16.2 and 18.5 Ma for the investigated section of the Santa Cruz Formation. The investigation of rock-magnetism predominantly indicates magnetite and subordinated haematite as the dominant carrier of remanence. All results from hysteresis data determination cluster in the coarse pseudo-single (PSD) to multi-domain (MD) grain size range of the Day Diagram (DAY ET AL. 1977) Fission track analysis was applied to detrital apatite of sandstone samples at different stratigraphic positions within three sections of the Santa Cruz Formation. The fission track ages of the not reseted detrital apatite are assumed to be related to the age of the sediment provenance area. In combination with sandstone petrographic investigations, which indicate a dominant andesitic volcanic source for the sediment and geochemical whole rock investigations can be shown, that the erosion cuts into the basement of the source area at 16.5 Ma. This means, that due to the denudation in the Andean Orogen first deformed basement units arrive into the sedimentation cycle. In the range of 12 to 10 Ma this sediment input attained such a volume, that the whole-rock geochemistry of the sediments was changed . The thermochronological investigations of apatites from vertical profiles covering the largest elevation range of the central zone of the Patagonian Andes within the range of 47°30'S show the beginning of an accelerated cooling and related uplift phase of the orogen at approximately 7.5 Ma. The calculated denudation rate in the period of the last 7 to 8 Ma ranges from 600 to 650 m/Ma. The modelling of apatite fission-track data shows a significant reheating in the range of 20 to 30°C between 12 and 8 Ma for the upper crust. This is interpreted as an influence of the active Chile rise mid-oceanic spreading center on the overriding plate. The modelling of the apatite fission-track results shows a significant rise in temperature between 12 and 8 Ma around 20 to 30°C for this crust area, which is associated with the subduction of the active Chile back in this area of the Andes. A model has been derived from the obtained data to explain the evolution of the Patagonian Andes since the early Miocene. In this model, orogeny is attributed to the increasing convergence rate between the Nazca plate and South America and its response due to uplift and denudation of the Patagonian Andes and the development of the adjacent foreland basin. In a late phase, orogeny is influenced and overprinted by the northward migration of the Chile ridge subduction. The model consistently explains many of the geological and geophysical observations.show moreshow less

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Metadaten
Author:Frank Warkus
URN:urn:nbn:de:kobv:517-0000555
Advisor:Reinhard Gaupp, Fritz Schlunegger, Manfred R. Strecker
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2002
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2002/05/17
Release Date:2005/02/10
Tag:Anden; Chile Rücken; Geochronologie; Hebungsgeschichte; Patagonien; Rückensubduktion; Südamerika; Vorlandbeckenentwicklung; aktiver Kontinentalrand
Andes; Chile ridge; Patagonia; Santa Cruz formation; South America; activ continental margin; foreland basin; geochronology; ridge subduction; uplift
GND Keyword:Patagonien ; Neogen ; Hebung ; Subduktion ; Anden
RVK - Regensburg Classification:TF 04999 , TP 08875
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Geowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 55 Geowissenschaften, Geologie / 550 Geowissenschaften