@phdthesis{Rohrmann2015,
  author    = {Rohrmann, Alexander},
  title     = {The role of wind and water in shaping earth's plateaus},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-77938},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {XXV, 157},
  year      = {2015},
  abstract  = {The overarching goal of this dissertation is to provide a better understanding of the role of wind and water in shaping Earth's Cenozoic orogenic plateaus - prominent high-elevation, low relief sectors in the interior of Cenozoic mountain belts. In particular, the feedbacks between surface uplift, the build-up of topography and ensuing changes in precipitation, erosion, and vegetation patterns are addressed in light of past and future climate change. Regionally, the study focuses on the two world's largest plateaus, the Altiplano-Puna Plateau of the Andes and Tibetan Plateau, both characterized by average elevations of >4 km. Both plateaus feature high, deeply incised flanks with pronounced gradients in rainfall, vegetation, hydrology, and surface processes. These characteristics are rooted in the role of plateaus to act as efficient orographic barriers to rainfall and to force changes in atmospheric flow. The thesis examines the complex topics of tectonic and climatic forcing of the surface-process regime on three different spatial and temporal scales: (1) bedrock wind-erosion rates are quantified in the arid Qaidam Basin of NW Tibet over millennial timescales using cosmogenic radionuclide dating; (2) present-day stable isotope composition in rainfall is examined across the south-central Andes in three transects between 22° S and 28° S; these data are modeled and assessed with remotely sensed rainfall data of the Tropical Rainfall Measuring Mission and the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer; (3) finally, a 2.5-km-long Mio-Pliocene sedimentary record of the intermontane Angastaco Basin (25°45' S, 66°00' W) is presented in the context of hydrogen and carbon compositions of molecular lipid biomarker, and oxygen and carbon isotopes obtained from pedogenic carbonates; these records are compared to other environmental proxies, including hydrated volcanic glass shards from volcanic ashes intercalated in the sedimentary strata. There are few quantitative estimates of eolian bedrock-removal rates from arid, low relief landscapes. Wind-erosion rates from the western Qaidam Basin based on cosmogenic 10Be measurements document erosion rates between 0.05 to 0.4 mm/yr. This finding indicates that in arid environments with strong winds, hyperaridity, exposure of friable strata, and ongoing rock deformation and uplift, wind erosion can outpace fluvial erosion. Large eroded sediment volumes within the Qaidam Basin and coeval dust deposition on the Chinese Loess plateau, exemplify the importance of dust production within arid plateau environments for marine and terrestrial depositional processes, but also health issues and fertilization of soils. In the south-central Andes, the analysis of 234 stream-water samples for oxygen and hydrogen reveals that areas experiencing deep convective storms do not show the commonly observed patterns of isotopic fractionation and the expected co-varying relationships between oxygen and hydrogen with increasing elevation. These convective storms are formed over semi-arid intermontane basins in the transition between the broken foreland of the Sierras Pampeanas, the Eastern Cordillera, and the Puna Plateau in the interior of the orogen. Here, convective rainfall dominates the precipitation budget and no systematic stable isotope-elevation relationship exists. Regions to the north, in the transition between the broken foreland and the Subandean foreland fold-and-thrust belt, the impact of convection is subdued, with lower degrees of storminess and a stronger expected isotope-elevation relationship. This finding of present-day fractionation trends of meteoric water is of great importance for paleoenvironmental studies in attempts to use stable isotope relationships in the reconstruction of paleoelevations. The third part of the thesis focuses on the paleohydrological characteristics of the Mio-Pliocene (10-2 Ma) Angastaco Basin sedimentary record, which reveals far-reaching environmental changes during Andean uplift and orographic barrier formation. A precipitation- evapotranspiration record identifies the onset of a precipitation regime related to the South American Low Level Jet at this latitude after 9 Ma. Humid foreland conditions existed until 7 Ma, followed by orographic barrier uplift to the east of the present-day Angastaco Basin. This was superseded by rapid (~0.5 Myr) aridification in an intermontane basin, highlighting the effects of eastward-directed deformation. A transition in vegetation cover from a humid C3 forest ecosystem to semi-arid C4-dominated vegetation was coeval with continued basin uplift to modern elevations.},
  language  = {en}
}
@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}
}