TY  - THES
A1  - Rembe, Johannes
T1  - Hercynian to Eocimmerian evolution of the North Pamir in Central Asia
T1  - Herzynische bis früh-kimmerische Entwicklung des Nordpamirs in Zentralasien
N2  - The North Pamir, part of the India-Asia collision zone, essentially formed during the late Paleozoic to late Triassic–early Jurassic. Coeval to the subduction of the Turkestan ocean—during the Carboniferous Hercynian orogeny in the Tien Shan—a portion of the Paleo-Tethys ocean subducted northward and lead to the formation and obduction of a volcanic arc. This Carboniferous North Pamir arc is of Andean style in the western Darvaz segment and trends towards an intraoceanic arc in the eastern, Oytag segment. A suite of arc-volcanic rocks and intercalated, marine sediments together with intruded voluminous plagiogranites (trondhjemite and tonalite) and granodiorites was uplifted and eroded during the Permian, as demonstrated by widespread sedimentary unconformities. Today it constitutes a major portion of the North Pamir.
In this work, the first comprehensive Uranium-Lead (U-Pb) laser-ablation inductively-coupled-plasma mass-spectrometry (LA-ICP-MS) radiometric age data are presented along with geochemical data from the volcanic and plutonic rocks of the North Pamir volcanic arc. Zircon U-Pb data indicate a major intrusive phase between 340 and 320 Ma. The magmatic rocks show an arc-signature, with more primitive signatures in the Oytag segment compared to the Darvaz segment. Volcanic rocks in the Chinese North Pamir were indirectly dated by determining the age of ocean floor alteration. We investigate calcite filled vesicles and show that oxidative sea water and the basaltic host rock are major trace element sources. The age of ocean floor alteration, within a range of 25 Ma, constrains the extrusion age of the volcanic rocks. In the Chinese Pamir, arc-volcanic basalts have been dated to the Visean-Serpukhovian boundary. This relates the North Pamir volcanic arc to coeval units in the Tien Shan. Our findings further question the idea of a continuous Tarim-Tajik continent in the Paleozoic.
From the Permian (Guadalupian) on, a progressive sea-retreat led to continental conditions in the northeastern Pamir. Large parts of Central Asia were affected by transcurrent tectonics, while subduction of the Paleo-Tethys went on south of the accreted North Pamir arc, likely forming an accretionary wedge, representing an early stage of the later Karakul-Mazar tectonic unit. Graben systems dissected the Permian carbonate platforms, that formed on top of the uplifted Carboniferous arc in the central and western North Pamir. A continental graben formed in the eastern North Pamir. Zircon U-Pb dating suggest initiation of volcanic activity at ~260 Ma. Extensional tectonics prevailed throughout the Triassic, forming the Hindukush-North Pamir rift system. New geochemistry and zircon U-Pb data tie volcanic rocks, found in the Chinese Pamir, to coeval arc-related plutonic rocks found within the Karakul-Mazar arc-accretionary complex. The sedimentary environment in the continental North Pamir rift evolved from an alluvial plain, lake dominated environment in the Guadalupian to a coarser-clastic, alluvial, braided river dominated in the Triassic. Volcanic activity terminated in the early Jurassic. We conducted Potassium-Argon (K-Ar) fine-fraction dating on the Shala Tala thrust fault, a major structure juxtaposing Paleozoic marine units of lower greenschist to amphibolite facies conditions against continental Permian deposits. Fault slip under epizonal conditions is dated to 204.8 ± 3.7 Ma (2σ), implying Rhaetian nappe emplacement. This pinpoints the Central–North Pamir collision, since the Shala Tala thrust was a back-thrust at that time.
N2  - Der Nordpamir, ein Teil der Kollisionszone zwischen Indien und Asien, bildete sich im Wesentlichen zwischen dem oberen Paläozoikum und der Trias–Jura Grenze. Zeitgleich mit der Subduktion des Turkestan-Ozeans—während der herzynischen Orogenese im heutigen Tien-Shan-Gebirge—subduzierte ein Teil der Paläotethys. Dies führte im Verlauf des Karbons zur Bildung und im Perm zur Obduktion eines Vulkan- bzw. Inselbogens. Dieser karbonische Vulkanbogen des Nordpamirs kann in einen westlichen Teil mit andinem Aufbau (Darvaz-Segment) und einen intraozeanischen östlichen Teil (Oytag-Segment) eingeteilt werden. Eine Abfolge aus Vulkaniten und zwischengeschalteten, marinen Sedimenten, zusammen mit in diese Folge intrudierten Plagiograniten (Trondhjemit und Tonalit) sowie Granodioriten, wurde während des Perms gehoben und erodiert. Dies wird durch weit verbreitete Sedimentationslücken im Nord Pamir belegt.
In dieser Arbeit werden erstmals umfassende Uran-Blei Isotopen (U-Pb) Altersdaten (basierend auf Laserablation mit induktiv gekoppeltem Plasma-Massenspektroskopie) und geochemische Daten der Vulkanite und Plutonite des karbonischen Vulkanbogens des Nordpamirs präsentiert. Die U-Pb Zirkonalter zeigen für die Plutonite eine Hauptintrusionsphase zwischen 340 Ma und 320 Ma. Sowohl die untersuchten Vulkanite als auch die Plutonite zeigen eine Inselbogensignatur. Dabei weisen die Magmatite des östlichen Oytag-Segmentes primitivere geochemische Eigenschaften als gleichalte Gesteine des Darvaz-Segmentes auf. Um das Alter der kaum datierten mafischen Vulkanite des Inselbogens genauer eingrenzen zu können, wurden während der Ozeanbodenmetamorphose gebildete Kalzite untersucht. Ausgehend von der Annahme, dass die in Hohlräumen der Basalte ausgebildeten Sekundärminerale in einem Zeitraum von etwa 25 Ma nach dem Austreten der Vulkanite entstehen, weisen diese auf ein viséisches bis serpukhovische Alter hin. Oxidatives Meerwasser und das basaltische Umgebungsgestein sind dabei Quellen der in den Kalziten eingebauten Spurenelemente. Die Untersuchungsergebnisse stellen eine geodynamische Beziehung des Vulkanbogens des Nordpamirs mit gleichalten Inselbogenkomplexen des Tien-Shan her. Des Weiteren stellen sie die Kontinuität kontinentaler Kruste zwischen Tarim und Karakum-Kraton im Paläozoikum in Frage.
Ab dem Perm setzte ein fortschreitender Rückzug des Meeres in der Region ein. Dies führte zu Erosion und kontinentalen Ablagerungsbedingungen im nordöstlichen Pamir spätestens ab dem Guadalupium (oberes Mittelperm). Das tektonische Regime Zentralasiens wurde im Perm durch Transversalverschiebungen und damit einhergehender Transpressions- und Transtensionstektonik bestimmt. Gleichzeitig dauerte die Subduktion der Paleotethys in Richtung Norden an. Dabei bildete sich schon im Perm ein Akkretionskeil—ein frühes Stadium des kimmerisch geprägten Karakul-Mazar Komplexes. Während des Perms zerschnitten Grabenstrukturen Teile der Karbonatplattform im zentralen und westlichen Nordpamir und formten ein kontinentales Grabensystem im nordöstlichen Pamir. Neue U-Pb Altersuntersuchungen an Zirkonen zeigen ein Einsetzen vulkanischer Aktivität vor etwa 260 Ma. Dehnungstektonik war auch während der Trias vorherrschend. Infolgedessen entwickelte sich das Hindukusch-Nordpamir-Rift-System. Zirkon U-Pb Altersdaten und Gesamtgesteinsgeochemie der triassischen Vulkanite der Riftbeckenablagerungen im Chinesischen Nordpamir stellen einen engen Zusammenhang zu zeitgleich intrudierenden, triassischen Plutoniten des Karakul-Mazar Akkretionskeils her. Das Ablagerungsmilieu des untersuchten Abschnitts des kontinentalen Beckens war im Guadalupium durch Schwemmebenen und Seen bestimmt. Es entwickelte sich zu einem von gröber-klastischen Schwemmfächern dominierten Ablagerungsraum während der Trias. Die vulkanische Aktivität endete während des Trias-Jura Übergangs.
Kalium-Argon (K-Ar) Altersdatierungen an Ton-Feinfraktionen einer großen Deckenüberschiebung (Shala-Tala-Überschiebung) belegen eine teilweise Schließung des nordöstlichen Hindukusch-Nordpamir-Riftbeckens in der ausgehenden Trias. Entlang der Shala-Tala-Überschiebung werden Paleozoische, marine Sedimentgesteine der unteren Grünschiefer- bis Amphibolitfazies gegen anchizonale, kontinentale Ablagerungen des Perms versetzt. Überschiebungsbewegungen unter epizonalen Bedingungen werden auf 204.8 ± 3.7 Ma (2σ) datiert. Dies gibt einen genauen Zeitmarker für die Kollision von Zentral und Nord Pamir, da sich ab diesem Zeitpunkt große Rücküberschiebungen bilden konnten.
KW  - geochronology
KW  - geochemistry
KW  - Pamir
KW  - Cimmerian orogeny
KW  - Hercynian orogeny
KW  - Central Asia
KW  - Zentralasien
KW  - kimmerische Orogenese
KW  - herzynische Orogenese
KW  - Pamir
KW  - Geochemie
KW  - Geochronologie
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-597510
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lefebvre, Marie G.
T1  - Two stages of skarn formation - two tin enrichments
T1  - Zwei Stufen der Skarn-Bildung - zwei Phasen der Zinnmobilisierung
BT  - the Hämmerlein polymetallic skarn deposit, western Erzgebirge, Germany
BT  - die polymetallische Skarnablagerung Hämmerlein, West Erzgebirge, Deutschland
N2  - Skarn deposits are found on every continents and were formed at different times from Precambrian to Tertiary. Typically, the formation of a skarn is induced by a granitic intrusion in carbonates-rich sedimentary rocks. During contact metamorphism, fluids derived from the granite interact with the sedimentary host rocks, which results in the formation of calc-silicate minerals at the expense of carbonates. Those newly formed minerals generally develop in a metamorphic zoned aureole with garnet in the proximal and pyroxene in the distal zone. Ore elements contained in magmatic fluids are precipitated due to the change in fluid composition. The temperature decrease of the entire system, due to the cooling of magmatic fluids and the entering of meteoric water, allows retrogression of some prograde minerals.
The Hämmerlein skarn deposit has a multi-stage history with a skarn formation during regional metamorphism and a retrogression of primary skarn minerals during the granitic intrusion. Tin was mobilized during both events. The 340 Ma old tin-bearing skarn minerals show that tin was present in sediments before the granite intrusion, and that the first Sn enrichment occurred during the skarn formation by regional metamorphism fluids. In a second step at ca. 320 Ma, tin-bearing fluids were produced with the intrusion of the Eibenstock granite. Tin, which has been added by the granite and remobilized from skarn calc-silicates, precipitated as cassiterite.
Compared to clay or marl, the skarn is enriched in Sn, W, In, Zn, and Cu. These metals have been supplied during both regional metamorphism and granite emplacement. In addition, the several isotopic and chemical data of skarn samples show that the granite selectively added elements such as Sn, and that there was no visible granitic contribution to the sedimentary signature of the skarn
The example of Hämmerlein shows that it is possible to form a tin-rich skarn without associated granite when tin has already been transported from tin-bearing sediments during regional metamorphism by aqueous metamorphic fluids. These skarns are economically not interesting if tin is only contained in the skarn minerals. Later alteration of the skarn (the heat and fluid source is not necessarily a granite), however, can lead to the formation of secondary cassiterite (SnO2), with which the skarn can become economically highly interesting.
N2  - Skarn-Lagerstätten befinden sich auf allen Kontinenten und wurden zu unterschiedlichen Zeiten vom Präkambrium bis zum Tertiär gebildet. Typischerweise wird die Bildung eines Skarns durch die Intrusion eines Granits in karbonatreiche Sedimentgesteine induziert. Während der Kontaktmetamorphose reagieren die Fluide aus dem Granit mit dem sedimentären Wirtgestein, was zur Bildung von Kalksilikaten auf Kosten von Karbonaten führt. Diese neu gebildeten Minerale entwickeln sich im Allgemeinen in einer metamorph zonierten Aureole mit Granat im proximalen und Pyroxen im distalen Bereich. Erzelemente die in magmatischen Fluiden enthalten sind werden aufgrund der veränderten Fluidzusammensetzung ausgefällt. Die Temperaturabsenkung des gesamten Systems, hervorgerufen durch die Abkühlung von magmatischen Fluiden sowie durch das Eindringen meteorischen Wassers, führen zu teilweisen oder vollständigen Umwandlung prograder Minerale. 
Die Skarn-Lagerstätte Hämmerlein hat eine mehrstufige Geschichte mit Skarnsbildung während der regionalen Metamorphose und Retrogression der primären Skarn-Minerale während der Intrusion von Graniten. Zinn wurde während beiden Ereignissen mobilisiert. Die 340 Ma alten zinnhaltigen Skarnminerale zeigen, dass Zinn in Sedimenten bereits vor dem Graniteintrag vorhanden war, und dass die erste Sn-Anreicherung während der Bildung des Skarns durch Fluide der Regionalmetamorphose stattfand. In einem zweiten Schritt um 320 Ma wurden Zinn-haltige Fluide durch die Intrusion des Eibenstockgranits freigesetzt. Diese Fluide überprägten den Skarn. Das freisetzen und das neu zugefügte Zinn ist in Kassiterit gebunden und führten dem System zusätzliches Zinn zu, wobei Zinn aus den Skarn-Kalksilikaten remobilisiert wurde. 
Im Vergleich zu Tonstein oder Mergel sind die Skarn mit Sn, W, In, Zn, und Cu angereichet. Diese Metalle sind während der Regionalmetamorphose und der Granitplatznahme zu unterschiedlichen Teilen zugeführt worden. Darüber hinaus zeigen die verschiedenen isotopen und chemischen Daten der Skarn-Proben, dass der Granit selektiv einige Elemente wie Sn hinzugefügt, und dass es keinen sichtbar granitischen Beitrag zur sedimentären Signatur des Skarns gab. 
Das Beispiel Hämmerlein zeigt, dass es möglich ist einen zinnreichen Skarn ohne zugehörigen Granit zu bilden, wenn Zinn von zinnhaltigen Sedimenten während einer Regionalmetamorphose mit wässrigen metamorphen Fluiden transportiert worden ist. Diese Skarne sind wirtschaftlich uninterssant wenn das Zinn nur in den Skarn-Mineralen enthalten ist. Spätere Umwandlung des Skarns (die Quelle der Wärme und Fluiden ist nicht unbedingt ein Granit) kann jedoch zur Bildung von sekundärem Kassiterite (SnO2) führen, womit der Skarn plötzlich wirtschaftlich hoch interessant sein kann.
KW  - Hämmerlein
KW  - skarn
KW  - tin
KW  - ore deposit
KW  - geochronology
KW  - lithium
KW  - boron
KW  - Hämmerlein
KW  - Skarn
KW  - Zinn
KW  - Lagerstätte
KW  - Geochronologie
KW  - Lithium
KW  - Bor
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-427178
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wilke, Franziska Daniela Helena
T1  - Quantifying crystalline exhumation in the Himalaya
T1  - Quantifizierung von Exhumationsbedingungen der kristallinen Gesteine aus dem Himalaja
N2  - In 1915, Alfred Wegener published his hypotheses of plate tectonics that revolutionised the world for geologists. Since then, many scientists have studied the evolution of continents and especially the geologic structure of orogens: the most visible consequence of tectonic processes. Although the morphology and landscape evolution of mountain belts can be observed due to surface processes, the driving force and dynamics at lithosphere scale are less well understood despite the fact that rocks from deeper levels of orogenic belts are in places exposed at the surface. In this thesis, such formerly deeply-buried (ultra-) high-pressure rocks, in particular eclogite facies series, have been studied in order to reveal details about the formation and exhumation conditions and rates and thus provide insights into the geodynamics of the most spectacular orogenic belt in the world: the Himalaya. The specific area investigated was the Kaghan Valley in Pakistan (NW Himalaya). Following closure of the Tethyan Ocean by ca. 55-50 Ma, the northward subduction of the leading edge of India beneath the Eurasian Plate and subsequent collision initiated a long-lived process of intracrustal thrusting that continues today. The continental crust of India – granitic basement, Paleozoic and Mesozoic cover series and Permo-Triassic dykes, sills and lavas – has been buried partly to mantle depths. Today, these rocks crop out as eclogites, amphibolites and gneisses within the Higher Himalayan Crystalline between low-grade metamorphosed rocks (600-640°C/ ca. 5 kbar) of the Lesser Himalaya and Tethyan sediments. Beside tectonically driven exhumation mechanisms the channel flow model, that describes a denudation focused ductile extrusion of low viscosity material developed in the middle to lower crust beneath the Tibetan Plateau, has been postulated. To get insights into the lithospheric and crustal processes that have initiated and driven the exhumation of this (ultra-) high-pressure rocks, mineralogical, petrological and isotope-geochemical investigations have been performed. They provide insights into 1) the depths and temperatures to which these rocks were buried, 2) the pressures and temperatures the rocks have experienced during their exhumation, 3) the timing of these processes 4) and the velocity with which these rocks have been brought back to the surface. In detail, through microscopical studies, the identification of key minerals, microprobe analyses, standard geothermobarometry and modelling using an effective bulk rock composition it has been shown that published exhumation paths are incomplete. In particular, the eclogites of the northern Kaghan Valley were buried to depths of 140-100 km (36-30 kbar) at 790-640°C. Subsequently, cooling during decompression (exhumation) towards 40-35 km (17-10 kbar) and 630-580°C has been superseded by a phase of reheating to about 720-650°C at roughly the same depth before final exhumation has taken place. In the southern-most part of the study area, amphibolite facies assemblages with formation conditions similar to the deduced reheating phase indicate a juxtaposition of both areas after the eclogite facies stage and thus a stacking of Indian Plate units. Radiometric dating of zircon, titanite and rutile by U-Pb and amphibole and micas by Ar-Ar reveal peak pressure conditions at 47-48 Ma. With a maximum exhumation rate of 14 cm/a these rocks reached the crust-mantle boundary at 40-35 km within 1 Ma. Subsequent exhumation (46-41 Ma, 40-35 km) decelerated to ca. 1 mm/a at the base of the continental crust but rose again to about 2 mm/a in the period of 41-31 Ma, equivalent to 35-20 km. Apatite fission track (AFT) and (U-Th)/He ages from eclogites, amphibolites, micaschists and gneisses yielded moderate Oligocene to Miocene cooling rates of about 10°C/Ma in the high altitude northern parts of the Kaghan Valley using the mineral-pair method. AFT ages are of 24.5±3.8 to 15.6±2.1 Ma whereas apatite (U-Th)/He analyses yielded ages between 21.0±0.6 and 5.3±0.2 Ma. The southern-most part of the Valley is dominated by younger late Miocene to Pliocene apatite fission track ages of 7.6±2.1 and 4.0±0.5 Ma that support earlier tectonically and petrologically findings of a juxtaposition and stack of Indian Plate units. As this nappe is tectonically lowermost, a later distinct exhumation and uplift driven by thrusting along the Main Boundary Thrust is inferred. A multi-stage exhumation path is evident from petrological, isotope-geochemical and low temperature thermochronology investigations. Buoyancy driven exhumation caused an initial rapid exhumation: exhumation as fast as recent normal plate movements (ca. 10 cm/a). As the exhuming units reached the crust-mantle boundary the process slowed down due to changes in buoyancy. Most likely, this exhumation pause has initiated the reheating event that is petrologically evident (e.g. glaucophane rimmed by hornblende, ilmenite overgrowth of rutile). Late stage processes involved widespread thrusting and folding with accompanied regional greenschist facies metamorphism, whereby contemporaneous thrusting on the Batal Thrust (seen by some authors equivalent to the MCT) and back sliding of the Kohistan Arc along the inverse reactivated Main Mantle Thrust caused final exposure of these rocks. Similar circumstances have been seen at Tso Morari, Ladakh, India, 200 km further east where comparable rock assemblages occur. In conclusion, as exhumation was already done well before the initiation of the monsoonal system, climate dependent effects (erosion) appear negligible in comparison to far-field tectonic effects.
N2  - Seit der von Alfred Wegener 1915 postulierten Hypothese der Plattentektonik haben viele Forscher Anstrengungen unternommen die Entstehungsgeschichte und den geologischen Aufbau von Gebirgen nachzuvollziehen. Oberflächennahe Abläufe sind ansatzweise verstanden, während Prozesse im Erdinneren weit weniger bekannt sind. Informationen hierüber können jedoch aus den Gesteinen, ihren Mineralen und wiederum deren chemischen Komponenten gewonnen werden, da diese die Entstehung und Entwicklung der Gebirgsbildung “miterlebt”, und wichtige Informationen gespeichert haben. In dieser Arbeit wurden dazu exemplarisch (Ultra-) Hochdruckgesteine ((U-)HP), sogenannte Eklogite, und deren Umgebungsgesteine aus dem nordwestlichen Himalaja, insbesondere aus dem Kaghan Tal in Pakistan untersucht um den Exhumationsprozess von tief subduzierten Krustengesteinen im allgemeinen, und im Hinblick auf mögliche klimabedingte Einflüsse, besser zu verstehen. Die Bildung des Himalajas ist auf die Versenkung, eines südlich der eurasischen Platte angesiedelten Ozeans, der Tethys, und die nachfolgende Kollision Indiens mit dem Eurasischen Kontinent vor und seit etwa 50-55 Millionen Jahre zurück zu führen. Dabei wurden kalter, dichter Ozeanboden und leichtere Krustensegmente rasch in große Tiefen subduziert. Heute sind diese Hochdruck- und ultra Hochdruckgesteine in einigen Bereichen des Himalaja zwischen schwach metamorph überprägten (600-640°C/ca. 5 kbar) Gesteinen und alten Sedimenten der Tethys aufgeschlossen. Anhand von petrographischen, mineral-chemischen, petrologischen und isotopen-geochemischen Untersuchungen dieser (Ultra) Hochdruckgesteine konnte ich zeigen, dass 1) die Gesteine in über 100 km Tiefe also bis in den Erdmantel vordrangen, 2) sie bei ihrem Aufstieg in Krustenbereiche von 40-35 km zuerst von 790-640°C auf 630-580°C abgekühlten um danach wieder auf 720-650°C aufgeheizt zu werden, sie 3) innerhalb von 700.000 Jahren um mindestens 60 km Richtung Erdoberfläche exhumiert wurden und somit 4) Geschwindigkeiten von 9-14 cm pro Jahr erreichten, die der normaler Plattengeschwindigkeiten (>10 cm/a) entspricht, wobei sich 5) dieser Prozess ab 40-35 km auf 0.1-0.2 cm/a stark verlangsamte und auch 6) ab einer Tiefe von 6 km bis zur Erdoberfläche keine, z. B. niederschlagsbedingt, erhöhte Abkühlungsrate zu erkennen ist. Eine schnelle initiale Exhumierung erfolgte durch den Dichteunterschied von leichtem, subduzierten Krustengestein zum dichteren Mantel. Dieser Prozess kam an der Krusten-Mantel-Grenze nahezu zum erliegen, einhergehend mit einer sekundären Aufheizung des Gesteins und wurde, jedoch weit weniger schnell, durch die Kollision der beiden Kontinente Eurasien und Indien und dadurch bedingte Überschiebungen, Faltungen und gravitative Abschiebungen fortgesetzt, die Gesteine zur Oberfläche transportiert und dort freigelegt. Eine erosions- und damit klimabedingte Beschleunigung oder gar gänzlich davon abhängige kontinuierliche Exhumation konnte in dieser Region des Himalajas nicht bestätigt werden. Vielmehr belegen die Daten eine mehrstufige Exhumation wie sie auch im Tso Morari Gebiet (NW Indien) angenommen wird, für weitere Ultrahochdruckareale wie, z. B. das Kokchetav Massif (Kasachstan), den Dabie Shan (China) oder den europäischen Varisziden (z. B. Böhmisches Massiv) jedoch noch geklärt werden muss, um generell gültige Mantel- und Krustenprozesse abzuleiten.
KW  - Himalaja (Kaghan)
KW  - Eklogite
KW  - Druck-Temperatur Bedingungen
KW  - (Alters-) Datierungen
KW  - Exhumationsraten
KW  - Himalaya (Kaghan Valley)
KW  - eclogite (UHP)
KW  - multi-stage exhumation
KW  - exhumation rates
KW  - geochronology
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-43138
ER  - 
TY  - THES
A1  - Warkus, Frank
T1  - Die neogene Hebungsgeschichte der Patagonischen Anden im Kontext der Subduktion eines aktiven Spreizungszentrums
N2  - 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 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.
N2  - 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 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.
KW  - Patagonien ; Neogen ; Hebung ; Subduktion ; Anden
KW  - Anden
KW  - Patagonien
KW  - Südamerika
KW  - aktiver Kontinentalrand
KW  - Rückensubduktion
KW  - Chile Rücken
KW  - Geochronologie
KW  - Vorlandbeckenentwicklung
KW  - Hebungsgeschichte
KW  - Andes
KW  - Patagonia
KW  - South America
KW  - activ continental margin
KW  - ridge subduction
KW  - Chile ridge
KW  - geochronology
KW  - foreland basin
KW  - uplift
KW  - Santa Cruz formation
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000555
ER  -