TY  - THES
A1  - Hintersberger, Esther
T1  - The role of extension during the evolution of the NW Indian Himalaya
T1  - Extension und deren Bedeutung während der Entstehung des Himalajas im NW Indiens
N2  - The evolution of most orogens typically records cogenetic shortening and extension. Pervasive normal faulting in an orogen, however, has been related to late syn- and post-collisional stages of mountain building with shortening focused along the peripheral sectors of the orogen. While extensional processes constitute an integral part of orogenic evolution, the spatiotemporal characteristics and the kinematic linkage of structures related to shortening and extension in the core regions of the orogen are often not well known. Related to the India-Eurasia collision, the Himalaya forms the southern margin of the Tibetan Plateau and constitutes the most prominent Cenozoic type example of a collisional orogen. While thrusting is presently observed along the foothills of the orogen, several generations of extensional structures have been detected in the internal, high-elevation regions, both oriented either parallel or perpendicular to the strike of the orogen. In the NW Indian Himalaya, earthquake focal mechanisms, seismites and ubiquitous normal faulting in Quaternary deposits, and regional GPS measurements reveal ongoing E-W extension. In contrast to other extensional structures observed in the Himalaya, this extension direction is neither parallel nor perpendicular to the NE-SW regional shortening direction. In this study, I took advantage of this obliquity between the trend of the orogen and structures related to E-W oriented extension in order to address the question of the driving forces of different extension directions. Thus, extension might be triggered triggered by processes within the Tibetan Plateau or originates from the curvature of the Himalayan orogen. In order to elaborate on this topic, I present new fault-kinematic data based on systematic measurements of approximately 2000 outcrop-scale brittle fault planes with displacements of up to several centimeters that cover a large area of the NW Indian Himalaya. This new data set together with field observations relevant for relative chronology allows me to distinguish six different deformation styles. One of the main results are that the overall strain pattern derived from this data reflects the regionally important contractional deformation pattern very well, but also reveals significant extensional deformation. In total, I was able to identify six deformation styles, most of which are temporally and spatially linked and represent protracted shortening, but also significant extensional directions. For example, this is the first data set where a succession of both, arc-normal and E-W extension have been documented in the Himalaya. My observations also furnish the basis for a detailed overview of the younger extensional deformation history in the NW Indian Himalaya. Field and remote-sensing based geomorphic analyses, and geochronologic 40Ar/39Ar data on synkinematic muscovites along normal faults help elucidate widespread E-W extension in the NW Indian Himalaya which must have started at approximately 14-16 Ma, if not earlier. In addition, I documented and mapped fault scarps in Quaternary sedimentary deposits using satellite imagery and field inspection. Furthermore, I made field observations of regional normal faults, compiled structures from geological maps and put them in a regional context. Finally, I documented seismites in lake sediments close to the currently most active normal fault in the study area in order to extend the (paleo) seismic record of this particular fault. Taken together, this data sets document that E-W extension is the dominant active deformation style in the internal parts of the orogen. In addition, the combined field, geomorphic and remote-sensing data sets prove that E-W extension occurs in a much more larger region toward the south and west than the seismicity data have suggested. In conclusion, the data presented here reveal the importance of extension in a region, which is still dominated by ongoing collision and shortening. The regional fault distribution and cross-cutting relationships suggest that extension parallel and perpendicular to the strike of the orogen are an integral part of the southward propagation of the active thrust front and the associated lateral growth of the Himalayan arc. In the light of a wide range of models proposed for extension in the Himalaya and the Tibetan plateau, I propose that E-W extension in the NW Indian Himalaya is transferred from the Tibetan Plateau due the inability of the Karakorum fault (KF) to adequately accommodate ongoing E-W extension on the Tibetan Plateau. Furthermore, in line with other observations from Tibet, the onset of E-W normal faulting in the NW Himalaya may also reflect the attainment of high topography in this region, which generated crustal stresses conducive to spatially extensive extension.
N2  - Die Hauptaufgabe von MHC-kodierten Proteinen ist die Erkennung von körperfremden Molekülen sowie das Einleiten einer adäquaten Immunantwort, womit sie eine Schlüsselrolle im Immunsystem der Wirbeltiere einnehmen. Man nimmt an, dass ihre außergewöhnliche Vielfalt eine Antwort auf die sich ständig anpassenden Parasiten und Krankheitserreger ist, durch adaptive Selektion erhalten wird und dass die individuelle Allelausstattung einen Großteil der Parasitenbelastung erklärt, wofür bereits zahlreiche MHC-Studien Hinweise gefunden haben. Trotzdem ist unser Verständnis über die wirkenden Mechanismen teilweise noch lückenhaft. Ein stark vernachlässigter Aspekt hierbei sind z.B. eventuelle Unterschiede in der Genexpression der MHC-Allele und eine geringere Expression wäre gleichbedeutend mit einer geringeren Aktivierung des Immunsystems. Ich habe hierzu zwei frei lebende Kleinsäugerarten (Delomys sublineatus, Apodemus flavicollis) unter natürlichen Selektionsbedingungen untersucht. Dabei habe ich neben der genotypischen Diversität von MHC-Genen auch deren Expression, sowie die Genexpression immunregulativer Zytokine mit in Betracht gezogen und in Relation zur individuellen Belastung mit gastrointestinalen Helminthen Das gleichzeitige Auftreten von Verkürzung und Dehnung (Extension) ist ein charakteristisches Kennzeichen bei der Bildung von Kollisionsgebirgen. Eine bis heute gängige These beinhaltet ein weit verbreitetes Auftreten von bschiebungen jedoch erst in späteren Stadien der Gebirgsbildung, bzw. nach deren Abschluÿ. Verkürzung ist hingegen während der gesamten Gebirgsbildung zu beobachten. Auch wenn Extensionsprozesse einen wesentlichen Bestandteil der Gebirgsbildung darstellen, ist deren räumlichen und zeitlichen Abfolge sowie ihre kinematische Kopplung zu Verkürzungstrukturen nur wenig gesichert. Der Himalaja, durch die Kollision von Indien und Eurasien entstanden, bildet den südlichen Rand des tibetischen Hochplateaus und stellt ein typisches aktives Kollisionsgebilde dar. Während heutzutage an der Gebirgsfront Überschiebungen beobachtet werden, können mehrere Generationen an Extensionsstrukturen in den hochgelegenen Regionen des Himalajas dokumentiert werden, die sowohl parallel als auch senkrecht zur Gebirgsfront verlaufen. Im NW Indiens zeugen Erdbebendaten sowie regionale GPS-Daten von andauernder E-W-Extension. Im Gegensatz zu anderen im Himalaja beschriebenen Extensionsstrukturen ist diese Extensionsrichtung jedoch weder parallel noch senkrecht zur NE-SW orientierten regionalen Verkürzungsrichtung. In der vorliegenden Arbeit nutze ich diesen schiefen Winkel zwischen der Ausrichtung des Gebirges einerseits und den mit E-W-Extension assoziierten Strukturen andererseits, um mögliche Ursachen für verschiedene Extensionsarten differenzieren zu können. So könnte Extension entweder durch Prozesse innerhalb des tibetischen Hochplateaus gesteuert werden, oder durch die Krümmung des Himalajas, der bogenförmig verläuft. Um dies zu untersuchen, verwende ich einen neuen störungskinematischen Datensatz aus systematischen Messungen von ca. 2000 spröden Störungsflächen im Aufschlussmaßstab über den gesamten Bereich des Himalajas in NW Indien. Zusammen mit Geländebeobachtungen, aus denen eine relative Altersabfolge abgeleitet werden konnte, ermöglicht mir dieser Datensatz zwischen sechs einzelnen Deformationsarten zu differenzieren. Die meisten dieser Deformationsarten sind zeitlich und räumlich verbunden und zeigen fortschreitende Verkürzung an, gleichzeitig werden auch signifikante Extensionsrichtungen dokumentiert. Unter anderem kann ich hier zum ersten Mal eine separierte Abfolge von Extension parallel zum Himalaja-Bogen bzw. E-W-Extension dokumentieren. Ein weiteres Ziel dieser Studie ist es, einen detaillierten Überblick über die E-W-Extension im NW indischen Himalaja zu erhalten. Basierend auf Kartierung von jungen Bruchstufen sowie geomorphologische Auswertungen, 40Ar/39Ar-daten von synkinematisch gewachsenen Muskoviten auf Abschiebungen, sowie einer Kompilierung von eigene Geländebeobachtungen gröÿerer Abschiebungen mit schon publizierten Strukturen, konnte ich die räumliche Ausdehnung der E-W-Extension sowie deren zeitliche Einordnung als jüngstes Deformationsereignis belegen. Schlussendlich konnte ich anhand von Deformation in Seeablagerungen in der Nähe der momentan aktivsten Abschiebung im Untersuchungsgebiet den Nachweis an paläoseismologischen Ereignissen entlang dieser Störung ausweiten. Mit diesem Datensatz kann ich nachweisen, dass E-W-Extension in einem wesentlich ausgedehnteren Gebiet nach Süden und Westen hin auftritt, als bisher vorhandene Daten dies vermuten lassen, und dass E-W-Extension vor 14-16 Ma begann, wenn nicht sogar noch früher. Zusammenfassend bezeugen die hier präsentierten Daten die Relevanz von Extension in einer von Verkürzung geprägten Region. Die räumliche Verteilung von Störungen sowie Überschneidungskriterien lassen vermuten, dass Extension sowohl parallel wie auch senkrecht zum Himalaja-Bogen ein essentieller Teil des südwärts gerichteten Wanderns der aktiven Überschiebungsfront und des damit assoziierten lateralen Wachstums des Gebirges ist. Nach Abwägung der groÿen Bandbreite an Modellen für Extension im Himalaja und im tibetischen Hochplateau, bin ich der Meinung, dass E-W-Extension im NW indischen Himalaja ihren Ursprung im tibetischen Hochplateau hat. Grund dafür ist, dass die Bewegung entlang der Karakorum-Störung nicht ausreichend ist, um die fortdauernde E-W-Extension im tibetischen Hochplateau zu kompensieren. In Übereinstimmung mit anderen Beobachtungen in Tibet ist es auÿerdem möglich, dass das Einsetzen von E-W-Extension im NW Himalaja ebenfalls Erreichen der hohen Topographie in dieser Gegend widerspiegelt, durch die krustale Prozesse in Gang gesetzt werden, die wiederum zu räumlich ausgedehnten Extensionsprozessen führen können.. Anhand von Leber und Milzproben beider Arten habe ich die Methode der ‚real-time PCR‘ zur relativen Quantifizierung von mRNA im Labor etabliert. Bereits für die Labormaus etablierte PCR-Primersysteme wurden an beiden Arten getestet und so konnten stabile Referenzgene gefunden werden, die Grundvoraussetzung für zuverlässige Genexpressionsmessungen. Für D. sublineatus konnte gezeigt werden, dass Helminthenbefall eine typische Th2 Immunantwort induziert, und dass der Zytokin Il4 Gehalt mit Befallsintensität strongyler Nematoden zunimmt. Es wurde für D. sublineatus kein signifikanter Zusammenhang zwischen MHC Expression oder anderen Zytokinen mit Helminthenbefall gefunden. In A. flavicollis wurde ein negativer Zusammenhang zwischen haptischer MHC-Expression und dem parasitären Nematoden Heligmosomoides polygyrus festgestellt, was auf eine Immunvermeidungsstrategie des Nematoden hindeutet. Ich fand typische positive und negative Assoziationen zwischen MHC-Allelen und anderen Helminthenarten, sowie Zeichen eines positiven Selektionsdruckes auf den MHC-Sequenzen, was sich durch eine erhöhte Rate aminosäureverändernder Mutationen zeigte. Diese nicht-synonymen Veränderungen waren auf Positionen innerhalb des zweiten Exons des DRB-Genes beschränkt, wohingegen die untersuchten Bereiche des ersten und dritten Exons stark konserviert vorlagen. Diese variablen Positionen kodieren Schlüsselstellen im Bereich der Antigenbindungsstelle im MHC Molekül. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass Genexpressionsstudien auch an Wildtieren durchgeführt und verlässliche Daten erzeugt werden können. Zusätzlich zur strukturellen Vielfalt sollten zukünftig auch mögliche Genexpressionsunterschiede bei MHC-Studien berücksichtigt werden, um ein kompletteres Bild der koevolutiven Wirt-Parasiten-Beziehungen zeichnen zu können. Dies ist vor allem dann von evolutiver Bedeutung, wenn die Parasiten in der Lage sind die MHC Expression aktiv zu beeinflussen. Die Studien konnten nicht die exakte Bedeutung von MHC-Genexpression in der antagonistischen Koevolution definieren, aber sie konnten zeigen dass diese Bedeutung stark von den jeweils beteiligten Partnern abzuhängen vermag.
KW  - NW Himalaja
KW  - Extension
KW  - Paläo-Strain-Berechnung
KW  - Neotektonik
KW  - NW Himalaya
KW  - extension
KW  - paleo-strain calculation
KW  - neotectonics
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-66179
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pingel, Heiko
T1  - Mountain-range uplift & climate-system interactions in the Southern Central Andes
T1  - Wechselwirkungen zwischen Gebirgsbildung und Klima in den südlichen Zentralanden
N2  - Zwei häufig diskutierte Aspekte der spätkänozoischen 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 Änderungen in NW Argentinien. Die Ostkordillere trennt die Bereiche des endorheischen, ariden Plateaus von semiariden und extern entwässerten intermontanen Becken sowie dem humiden Andenvorland im Osten. Diese Unterschiede verdeutlichen die Bedeutung der östlichen Flanken der Anden als orografische Barrieren gegenüber feuchten Luftmassen aus dem Osten und spiegelt sich auch in ausgeprägten Relief- und Topografiegradienten, der Niederschlagsverteilung, und der Effizienz von Oberflächenprozessen wider. Obwohl das übergeordnete Deformationsmuster in diesem Teil der Anden eine ostwärts gerichtete Wanderung der Deformationsprozesse im Gebirge indiziert, gibt es hier keine klar definierte Deformationsfront. Hebungsvorgänge und die damit im Zusammenhang stehenden Sedimentprozesse setzen räumlich und zeitlich sehr unterschiedlich ein. Zudem gestalten periodisch wiederkehrende Deformationsereignisse innerhalb intermontaner Becken und diachrone Hebungsvorgänge, durch Reaktivierung älterer Sockelstrukturen im Vorland, eine detaillierte Auswertung der räumlich-zeitlichen Hebungsmuster zusätzlich schwierig. 

Die vorliegende Arbeit konzentriert sich hauptsächlich 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 Bárbara Region, den durch Störungen begrenzten und mit Sedimenten verfüllten Becken der hochandinen Plateauregion sehr ähnlich. Deutliche Unterschiede zur Puna bestehen aber dennoch, denn wiederholte Deformations-, Erosions- und Sedimentationsprozesse haben in den intermontanen Becken zu einer vielfältigen Stratigrafie, Überlagerungsprozessen und einer durch tektonische Prozesse und klimatischen Wandel charakterisierten Landschaft beigetragen. Je nach Erhaltungsgrad können in einigen Fällen Spuren dieser sedimentären und tektonischen Entwicklung bis in die Zeit zurückreichen, als diese Bereiche des Gebirges noch Teil eines zusammenhängenden und unverformten Vorlandbeckens waren. Im Nordwesten Argentiniens enthalten känozoische Sedimente zahlreiche datierbare und geochemisch korrelierbare Vulkanaschen, die nicht nur als wichtige Leithorizonte zur Entschlüsselung tektonischer und sedimentärer Ereignisse dienen. Die vulkanischen Gläser dieser Aschen archivieren außerdem Wasserstoff-Isotopenverhältnisse früherer Oberflächenwasser, mit deren Hilfe - im Vergleich mit den Isotopenverhältnissen rezenter meteorischer Wässer - die räumliche und zeitliche Entstehung orografischer Barrieren und tektonisch erzwungene Klima- und Umweltveränderungen verfolgt werden können. 

Uran-Blei-Datierungen an Zirkonen aus den vulkanischen Aschelagen und die Rekonstruktion sedimentärer Paläotransportrichtungen im intermontanen Humahuaca-Becken in der Ostkordillere (23.5° S) deuten an, dass das heutige Becken bis vor etwa 4.2 Ma Bestandteil eines größtenteils uneingeschränkten Ablagerungsbereichs war, der sich bis ins Vorland erstreckt haben muss. Deformation und Hebung östlich des heutigen Beckens sorgten dabei für eine fortschreitende Entkopplung des Entwässerungsnetzes vom Vorland und eine Umlenkung der Flussläufe nach Süden. In der Folge erzwang die weitere Hebung der Gebirgsblöcke das Abregnen östlicher Luftmassen in immer östlicher gelegene Bereiche. Zudem können periodische Schwankungen der hydrologischen Verbindung des Beckens mit dem Vorland im Zusammenhang mit der Ablagerung und Erosion mächtiger Beckenfüllungen identifiziert werden. Systematische Beziehungen zwischen Verwerfungen, regionalen Diskontinuitäten und verstellten Terrassenflächen verweisen außerdem auf ein generelles Muster beckeninterner Deformation, vermutlich als Folge umfangreicher Beckenerosion und damit verbundenen Änderungen im tektonischen Spannungsfeld der Region. Einige dieser Beobachtungen können anhand veränderter Wasserstoff-Isotopenkonzentrationen vulkanischer Gläser aus der känozoischen Stratigrafie untermauert werden. Die δDg-Werte zeigen zwei wesentliche Trends, die einerseits in Verbindung mit Oberflächenhebung 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 östlich gelegenen Gebirgszüge nach 3.5 Ma erklärt werden können. Tektonisch bedingte Unterbrechung der Sedimentzufuhr aus westlich gelegenen Liefergebieten um 4.2 Ma und die folgende Hinterland-Aridifizierung deuten weiterhin auf die Möglichkeit hin, dass diese Prozesse die Folge eines lateralen Wachstums des Puna-Plateaus sind. Diese Aridifizierung im Bereich der Puna resultierte in einem ineffizienten, endorheischen Entwässerungssystem, das dazu beigetragen hat, das Plateau vor Einschneidung und externer Entwässerung zu bewahren und Reliefgegensätze 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 Metán-Becken (25° S) weiterhin unterstrichen. Das wird besonders deutlich am Beispiel der isolierten Hebung der Sierra de Metán 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 Spätpliozän und Quartär ist die Deformation letztlich über das gesamte Vorland verteilt und bis heute aktiv. 

Um die Beziehungen zwischen tektonisch kontrollierten Veränderungen der Topografie und deren Einfluss auf atmosphärische Prozesse besser zu verstehen, werden in dieser Arbeit weitere altersspezifische Wasserstoff-Isotopendaten vulkanischer Gläser aus dem zerbrochenen Vorland, dem Angastaco-Becken in der Übergangsregion zwischen Ostkordillere und Punarand und anderer intermontaner Becken weiter südlich vorgestellt. Die Resultate dokumentieren ähnliche Höhenlagen 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 erklären und untermauert die Existenz wiederkehrender Phasen verstärkt konvektiver Wetterlagen im Pliozän, ähnlich heutigen Bedingungen. 

In dieser Arbeit werden geländeorientierte und geochemische Methoden kombiniert, um Erkenntnisse über die Abläufe 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 für ein besseres Verständnis von Subduktionsgebirgen essentiell, besonders hinsichtlich des Deformationsstils und der zeitlich-räumlichen Beziehungen bei der Hebung und Sedimentbeckenbildung. Diese Arbeit weist darüberhinaus auf die Bedeutung stabiler Isotopensysteme zur Beantwortung paläoaltimetrischer Fragestellungen und zur Erforschung von Paläoumweltbedingungen hin und liefert wichtige Erkenntnisse für einen kritischen Umgang mit solchen Daten in anderen Regionen.
N2  - Two of the most controversial issues concerning the late Cenozoic evolution of the Andean orogen are the timing of uplift of the intraorogenic Puna plateau and its eastern border, the Eastern Cordillera, and ensuing changes in climatic and surface-process conditions in the intermontane basins of the NW-Argentine Andes. The Eastern Cordillera separates the internally drained, arid Puna from semi-arid intermontane basins and the humid sectors of the Andean broken foreland and the Subandean fold-and-thrust belt to the east. With elevations between 4,000 and 6,000 m the eastern flanks of the Andes form an efficient orographic barrier with westward-increasing elevation and asymmetric rainfall distribution and amount with respect to easterly moisture-bearing winds. This is mirrored by pronounced gradients in the efficiency of surface processes that erode and re-distribute sediment from the uplifting ranges. Although the overall pattern of deformation and uplift in this sector of the southern central Andes shows an eastward migration of deformation, a well-developed deformation front does not exist and uplift and associated erosion and sedimentary processes are highly disparate in space and time. In addition, periodic deformation within intermontane basins, and continued diachronous foreland uplifts associated with the reactivation of inherited basement structures furthermore make a rigorous assessment of the spatiotemporal uplift patterns difficult. 

This thesis focuses on the tectonic evolution of the Eastern Cordillera of NW Argentina, the depositional history of its intermontane sedimentary basins, and the regional topographic evolution of the eastern flank of the Puna Plateau. The intermontane basins of the Eastern Cordillera and the adjacent morphotectonic provinces of the Sierras Pampeanas and the Santa Bárbara System are akin to reverse fault bounded, filled, and partly coalesced sedimentary basins of the Puna Plateau. In contrast to the Puna basins, however, which still form intact morphologic entities, repeated deformation, erosion, and re-filling have impacted the basins in the Eastern Cordillera. This has resulted in a rich stratigraphy of repeated basin fills, but many of these basins have retained vestiges of their early depositional history that may reach back in time when these areas were still part of a contiguous and undeformed foreland basin. Fortunately, these strata also contain abundant volcanic ashes that are not only important horizons to decipher tectono-sedimentary events through U-Pb geochronology and geochemical correlation, but they also represent terrestrial recorders of the hydrogen-isotope composition of ancient meteoric waters that can be compared to the isotopic composition of modern meteoric water. The ash horizons are thus unique recorders of past environmental conditions and lend themselves to tracking the development of rainfall barriers and tectonically forced climate and environmental change through time. 

U-Pb zircon geochronology and paleocurrent reconstructions of conglomerate sequences in the Humahuaca Basin of the Eastern Cordillera at 23.5° S suggest that the basin was an integral part of a largely unrestricted depositional system until 4.2 Ma, which subsequently became progressively decoupled from the foreland by range uplifts to the east that forced easterly moisture-bearing winds to precipitate in increasingly eastward locations. Multiple cycles of severed hydrological conditions and drainage re-capture are identified together with these processes that were associated with basin filling and sediment evacuation, respectively. Moreover, systematic relationships among faults, regional unconformities and deformed landforms reveal a general pattern of intra-basin deformation that appears to be linked with basin-internal deformation during or subsequent to episodes of large-scale sediment removal. Some of these observations are supported by variations in the hydrogen stable isotope composition of volcanic glass from the Neogene to Quaternary sedimentary record, which can be related to spatiotemporal changes in topography and associated orographic effects. δDg values in the basin strata reveal two main trends associated with surface uplift in the catchment area between 6.0 and 3.5 Ma and the onset of semiarid conditions in the basin following the attainment of threshold elevations for effective orographic barriers to the east after 3.5 Ma. The disruption of sediment supply from western sources after 4.2 Ma and subsequent hinterland aridification, moreover, emphasize the possibility that these processes were related to lateral orogenic growth of the adjacent Puna Plateau. As a result of the hinterland aridification the regions in the orogen interior have been characterized by an inefficient fluvial system, which in turn has helped maintaining internal drainage conditions, sediment storage, and relief reduction within high-elevation basins. 

The diachronous nature of basin formation and impacts on the fluvial system in the adjacent broken foreland is underscored by the results of detailed sediment provenance and paleocurrent analyses, as well as U-Pb zircon geochronology in the Lerma and Metán basins at ca. 25° S. This is particularly demonstrated by the isolated uplift of the Metán range at ~10 Ma, which is more than 50 km away from the presently active orogenic front along the eastern Puna margin and the Eastern Cordillera to the west. At about 5 Ma, Puna-sourced sediments disappear from the foreland record, documenting further range uplifts in the Eastern Cordillera and hydrological isolation of the neighboring Angastaco Basin from the foreland. Finally, during the late Pliocene and Quaternary, deformation has been accommodated across the entire foreland and is still active. To elucidate the interactions between tectonically controlled changes in elevation and their impact on atmospheric circulation processes in this region, this thesis provides additional, temporally well-constrained hydrogen stable isotope results of volcanic glass samples from the broken foreland, including the Angastaco Basin, and other intermontane basins farther south. The results suggest similar elevations of intermontane basins and the foreland sectors prior to ca. 7 Ma. In case of the Angastaco Basin the region was affected by km-scale surface uplift of the basin. A comparison with coeval isotope data collected from sedimentary sequences in the Puna plateau explains rapid shifts in the intermontane δDg record and supports the notion of recurring phases of enhanced deep convection during the Pliocene, and thus climatic conditions during the middle to late Pliocene similar to the present day. 

Combined, field-based and isotope geochemical methods used in this study of the NW-Argentine Andes have thus helped to gain insight into the systematics, rate changes, interactions, and temporal characteristics among tectonically controlled deformation patterns, the build-up of topography impacting atmospheric processes, the distribution of rainfall, and resulting surface processes in a tectonically active mountain belt. Ultimately, this information is essential for a better understanding of the style and the rates at which non-collisional mountain belts evolve, including the development orogenic plateaus and their bordering flanks. The results presented in this study emphasize the importance of stable isotope records for paleoaltimetric and paleoenvironmental studies in mountain belts and furnishes important data for a rigorous interpretation of such records.
KW  - geology
KW  - Argentina
KW  - Eastern Cordillera
KW  - Puna
KW  - neotectonics
KW  - paleoaltimetry
KW  - stable isotopes
KW  - volcanic glass
KW  - U-Pb geochronology
KW  - Geologie
KW  - Argentinien
KW  - Ostkordillere
KW  - Puna
KW  - Neotektonik
KW  - Paläoaltimetrie
KW  - stabile Isotope
KW  - vulkanischer Gläser
KW  - U-Pb Geochronologie
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82301
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  - THES
A1  - Georgieva, Viktoria
T1  - Neotectonics & Cooling History of the Southern Patagonian Andes
T1  - Neotektonik und Abkühlgeschichte der Südpatagonschen Anden
BT  - assessing the Role of Ridge Collision and Slab Window Formation inboard of the Chile Triple Junction (46-47°S)
BT  - die Rolle von ozeanischer Rückenkollision und der Bilding eines “slab window” am Chile-Triplepunkt (47°S)
N2  - The collision of bathymetric anomalies, such as oceanic spreading centers, at convergent plate margins can profoundly affect subduction dynamics, magmatism, and the structural and geomorphic evolution of the overriding plate. The Southern Patagonian Andes of South America are a prime example for sustained oceanic ridge collision and the successive formation and widening of an extensive asthenospheric slab window since the Middle Miocene. Several of the predicted upper-plate geologic manifestations of such deep-seated geodynamic processes have been studied in this region, but many topics remain highly debated. One of the main controversial topics is the interpretation of the regional low-temperature thermochronology exhumational record and its relationship with tectonic and/or climate-driven processes, ultimately manifested and recorded in the landscape evolution of the Patagonian Andes. The prominent along-strike variance in the topographic characteristics of the Andes, combined with coupled trends in low-temperature thermochronometer cooling ages have been interpreted in very contrasting ways, considering either purely climatic (i.e. glacial erosion) or geodynamic (slab-window related) controlling factors.
This thesis focuses on two main aspects of these controversial topics. First, based on field observations and bedrock low-temperature thermochronology data, the thesis addresses an existing research gap with respect to the neotectonic activity of the upper plate in response to ridge collision - a mechanism that has been shown to affect the upper plate topography and exhumational patterns in similar tectonic settings. Secondly, the qualitative interpretation of my new and existing thermochronological data from this region is extended by inverse thermal modelling to define thermal histories recorded in the data and evaluate the relative importance of surface vs. geodynamic factors and their possible relationship with the regional cooling record. 
My research is centered on the Northern Patagonian Icefield (NPI) region of the Southern Patagonian Andes. This site is located inboard of the present-day location of the Chile Triple Junction - the juncture between the colliding Chile Rise spreading center and the Nazca and Antarctic Plates along the South American convergent margin. As such this study area represents the region of most recent oceanic-ridge collision and associated slab window formation. Importantly, this location also coincides with the abrupt rise in summit elevations and relief characteristics in the Southern Patagonian Andes. Field observations, based on geological, structural and geomorphic mapping, are combined with bedrock apatite (U-Th)/He and apatite fission track (AHe and AFT) cooling ages sampled along elevation transects across the orogen. This new data reveals the existence of hitherto unrecognized neotectonic deformation along the flanks of the range capped by the NPI.
This deformation is associated with the closely spaced oblique collision of successive oceanic-ridge segments in this region over the past 6 Ma. I interpret that this has caused a crustal-scale partitioning of deformation and the decoupling, margin-parallel migration, and localized uplift of a large crustal sliver (the NPI block) along the subduction margin. The location of this uplift coincides with a major increase of summit elevations and relief at the northern edge of the NPI massif. This mechanism is compatible with possible extensional processes along the topographically subdued trailing edge of the NPI block as documented by very recent and possibly still active normal faulting. Taken together, these findings suggest a major structural control on short-wavelength variations in topography in the Southern Patagonian Andes - the region affected by ridge collision and slab window formation.
The second research topic addressed here focuses on using my new and existing bedrock low-temperature cooling ages in forward and inverse thermal modeling. The data was implemented in the HeFTy and QTQt modeling platforms to constrain the late Cenozoic thermal history of the Southern Patagonian Andes in the region of the most recent upper-plate sectors of ridge collision. The data set combines AHe and AFT data from three elevation transects in the region of the Northern Patagonian Icefield. Previous similar studies claimed far-reaching thermal effects of the approaching ridge collision and slab window to affect patterns of Late Miocene reheating in the modelled thermal histories. In contrast, my results show that the currently available data can be explained with a simpler thermal history than previously proposed. Accordingly, a reheating event is not needed to reproduce the observations. Instead, the analyzed ensemble of modelled thermal histories defines a Late Miocene protracted cooling and Pliocene-to-recent stepwise exhumation. These findings agree with the geological record of this region. Specifically, this record indicates an Early Miocene phase of active mountain building associated with surface uplift and an active fold-and-thrust belt, followed by a period of stagnating deformation, peneplanation, and lack of synorogenic deposition in the Patagonian foreland. The subsequent period of stepwise exhumation likely resulted from a combination of pulsed glacial erosion and coeval neotectonic activity. The differences between the present and previously published interpretation of the cooling record can be reconciled with important inconsistencies of previously used model setup. These include mainly the insufficient convergence of the models and improper assumptions regarding the geothermal conditions in the region. This analysis puts a methodological emphasis on the prime importance of the model setup and the need for its thorough examination to evaluate the robustness of the final outcome.
N2  - Die Kollision ozeanischer Rückensysteme entlang aktiver Subduktionszonen kann eine nachhaltige Wirkung auf die geodynamische, magmatische, strukturelle und geomorphologische Entwicklung der Oberplatte ausüben. Die Südpatagonischen Anden repräsentieren ein außergewöhnliches Beispiel für eine aktive ozeanische Rückenkollision mit einem Kontinentalrand, die über mehrere Millionen Jahre hinweg aufrechterhalten wurde. Dieser Prozess wurde begleitet von großräumigen Mantelprozessen mit der gleichzeitigen Bildung eines asthenosphärischen Fensters unter Südpatagonien – eine weiträumige Öffnung zwischen den divergierenden ozeanischen Platten unter der Oberplatte, die den Kontakt des asthenosphärischen Mantels mit der kontinentalen Lithosphäre ermöglicht hat. Auch wenn die daraus resultierenden geologischen Erscheinungsformen der Oberplatte bereits in unterschiedlichen Regionen studiert wurden, bleiben viele Fragen hinsichtlich der assoziierten Exhumations- Abkühlungs- und Deformationsprozesse noch offen. Eine kontroverse Frage in diesem Zusammenhang bezieht sich auf die Interpretation von Niedrigtemperatur-Thermochronologiedaten, welche die jüngste Abkühlungs- und Deformationsgeschichte der Erdkruste und die Landschaftsentwicklung in Südpatagonien dokumentieren. Diese Abkühlgeschichte kann theoretisch zeitliche und/oder räumliche Variationen im Erosionspotential von Oberflächenprozessen und der daraus resultierenden jüngsten Exhumation beleuchten oder auch den Einfluss überlagerter thermischer Effekte des hochliegenden Mantels widerspiegeln. Die ausgeprägten topographischen Änderungen entlang des Streichens der Patagonischen Anden, die offenbar auch an Trends in den thermochronometrischen Daten gekoppelt sind, wurden in der Vergangenheit bereits äußerst kontrovers interpretiert. Endglieder dieser Diskussion sind entweder klimatisch gesteuerte Prozessmodelle und eine damit verbundene räumliche Variabilität in der Exhumation (glaziale Erosion) oder geodynamischen Prozesse, die insbesondere eine regional begrenzte Deformation und Hebung mit der Kollision des ozeanischen Chile-Rückens in Verbindung bringen.
Diese Dissertation ist daher auf zwei wesentliche Aspekte dieser Problematik fokussiert. Sie befasst sich einerseits mit der soweit kaum erforschten Existenz junger (neotektonischer) Deformationsphänomene, die unmittelbar mit der Rückenkollision in Verbindung steht und das Potenzial hat, die Topographie und die thermochronometrisch dokumentierte Abkühlgeschichte des Patagonischen Gebirgszuges mitbeeinflusst zu haben. Ein weiterer Forschungsfokus liegt auf der erweiterten Interpretation eines Teils der im Rahmen dieser Arbeit erstellten sowie von vorhandenen thermochronometrischen Datensätzen durch inverse numerische Modellierungen. Diese Modellierungen hatten das Ziel, die thermische Geschichte der Proben, die am besten die beobachteten Daten reproduzieren kann, zu definieren und die relative Bedeutung geodynamischer und oberflächennaher Prozesse abzuschätzen.
Das Untersuchungsgebiet liegt in dem Gebirgsmassiv des Nordpatagonischen Eisfeldes von Südostpatagonien. Dieser Teil der Südpatagonischen Anden liegt in der Region, wo die derzeitig aktive Kollision des Chile-Rückens seit 6 Millionen Jahren im Gange ist. Der Nordrand des Gebirgsmassivs fällt zusammen mit der abrupten Zunahme der Topographie am Übergang von den Nord- in den Südpatagonischen Anden - das Gebiet, das von ozeanischer Rückenkollision betroffen wurde und durch die Bildung des asthenosphärischen Fensters gekennzeichnet ist. Diverse Feldbeobachtungen, kombiniert mit neuen thermochronometrischen Daten ((U-Th)/He- und Spaltspurendatierungen an Apatiten von Festgesteinsproben, AHe und AFT), dokumentieren die bisher unbekannte Existenz junger tektonischer Bewegungen entlang der Flanken dieses erhöhten Gebirgszuges, welche die topographischen, geomorphologischen und thermochronometrischen Charakteristika der Region deutlich beeinflusst haben. Diese Deformation wurde ausgelöst durch die schräge Kollision von Segmenten des Chile- Rückens, die eine Partitionierung in der Krustendeformation in Komponenten die jeweils parallel und orthogonal zum konvergenten Plattenrand orientiert sind, nach sich zog. Dieser hierbei entstandene Krustenblock des Nordpatagonischen Eisfeldes wurde entlang der Plattengrenze entkoppelt und nordwärts bewegt. Diese Kinematik führte zur lokalen Hebung und Extension (Absenkung) jeweils entsprechend am Nord- und Südrand des Krustenblocks. Die resultierende differentielle Hebung und Extension dieses Krustenblocks korreliert sehr gut mit Muster der räumlichen Verteilung der Topographie und den regionalen thermochronometrischen Daten und legt somit eine direkte Beziehung zwischen geodynamischen Randbedingungen, tektonischer Deformation, Exhumation und Landschaftsentwicklung nahe.
Der zweite Forschungsfokus liegt auf der Implementierung meiner neuen sowie bereits publizierter thermochronometrischer Daten in Vorwärts- und inversen numerischen Modellierungen. Es wurden die frei verfügbaren Modellierungsplattformen HeFTy und QTQt benutzt, um die Abkühlungsgeschichte der Südpatagonischen Anden im Gebiet der jüngsten ozeanischen Rückenkollision zu definieren. Der Datensatz kombiniert AHe und AFT Abkühlalter aus drei Höhenprofilen in der Region des Nordpatagonischen Eisfeldes. Kürzlich publizierte Studien, die auf identischen Datierungsmethoden und numerischen Ansätzen beruhen, postulieren, dass ein signifikanter und räumlich weitreichender thermischer Effekt, , sich bereits während des Obermiozäns in den thermochronometrischen Daten manifestiert und auf die Bildung des asthenosphärischen Fensters zurückzuführen ist. Im Unterschied dazu zeigen meine Ergebnisse, dass die verfügbaren thermochronometrischen Daten mit einem einfacheren thermischen Szenario erklärt werden können und ein thermischer Puls nicht notwendig ist, um die Abkühlalter in der vorliegenden Form zu reproduzieren. Das kumulative Ergebnis der Modellierungen dokumentiert eine alternative Möglichkeit mit einer langsamen und/oder stagnierenden Abkühlung im Obermiozän, auf die dann im Pliozän eine schnelle und ausgeprägte schrittweise Abkühlung stattfand. Diese Ergebnisse sind kompatibel mit der geologischen Geschichte der Region. So wurde in diesem Gebiet eine Phase aktiver Einengung, Hebung und Exhumation im Unteren Miozän nachgewiesen. Dieser Episode folgte eine Phase der Ruhe in der Deformation, eine großräumige Einebnung der Deformationsfront durch fluviatile Prozesse und eine drastische Abnahme synorogener Ablagerungen. Die darauffolgende Phase schrittweiser Abkühlung resultierte aus einer Kombination von einerseits rekurrenten weiträumigen Vergletscherungen und damit einhergehender glazialer Erosion und andererseits von gleichzeitigen lokalen tektonischen Vertikalbewegungen durch Störungen, die im plattentektonischen Kontext aktiver ozeanischer Rückenkollision entstanden. Die signifikanten Unterschiede zwischen bereits publizierten und den hier präsentierten Ergebnissen beruhen auf der Erkenntnis wichtiger Nachteile der früher benutzten Modellannahmen. Diese beinhalten z.B. die unzureichende Konvergenz (unzureichende Anzahl an Iterationen) und Vorgaben bezüglich der regionalen geothermischen Bedingungen. Diese kritische Betrachtung zeigt, dass methodische Schwerpunkte und Annahmen dieser Modellierungen gründlich geprüft werden müssen, um eine objektive Abschätzung der Ergebnisse zu erzielen.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass der Impakt bisher unbekannter neotektonischer Strukturen entlang des konvergenten Plattenrandes von Südpatagonien sehr weitreichende Folgen hat. Diese Strukturen stehen räumlich und zeitlich in direkter Beziehung zur seit dem Obermiozän andauernden Subduktion verschiedener Segmente des Chile-Spreizungszentrums; sie unterstreichen die fundamentale Bedeutung der Subduktion bathymetrischer Anomalien für die tektonische und geomorphologische Entwicklung der Oberplatte, besonders in Regionen mit ausgeprägten Erosionsprozessen. Die hier dokumentierten Ergebnisse aus der inversen numerischen Modellierung thermochronometrischer Daten stellen bereits publizierte Befunde aus Studien infrage, die auf ähnlichen Ansätzen beruhen und welche den regionalen thermischen Effekt des asthenosphärischen Fensters in Südpatagonien hervorheben. Meine Ergebnisse dokumentieren stattdessen eine Abkühlungsgeschichte, die durch eine synergistische, klimatisch und tektonisch bedingte schrittweise Exhumation definiert ist. Eine abschließende synoptische Betrachtung der gesamten thermochronometrischen Daten in Südpatagonien belegt das Fehlen von Mustern in der regionalen Verteilung von Abkühlaltern entlang des Streichens des Orogens. Die Existenz eines solchen Trends wurde früher postuliert und im Rahmen eines transienten Pulses dynamischer Topographie und Exhumation interpretiert, der mit der Bildung und Migration des asthenosphärischen Fensters assoziiert wurde. Meine neue Zusammenstellung und Interpretation der Thermochronometrie zeigt stattdessen, dass die regionale Verteilung von Abkühlaltern in Südpatagonien vor allem durch die langfristig wirksame räumliche Verteilung glazialer Erosionsprozesse bestimmt wird, die u.a. zu einer tieferen Exhumation im Zentrum des Orogens geführt hat. Dieses regionale Exhumationsmuster wird allerdings lokal durch differentielle Hebung von Krustenblöcken modifiziert, die mit den neotektonischen Bewegungen im Rahmen der Kollision des Kontinentalrandes mit dem ozeanischen Chile-Rücken und der Partitionierung der Deformation in Zusammenhang stehen.
KW  - neotectonics
KW  - ridge-collision
KW  - asthenospheric slab-window
KW  - thermochronology
KW  - Patagonia
KW  - Apatite (U-Th)/He, apatite fission track dating
KW  - thermal modeling
KW  - Apatit-(U-Th)/He Datierung
KW  - Apatit-Spaltspurendatierung
KW  - Patagonia
KW  - asthenospherisches "slab-window"
KW  - Neotektonik
KW  - Rückenkollision
KW  - thermische Modellierung
KW  - Thermochronologie
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-104185
ER  - 
TY  - THES
A1  - Arnous, Ahmad
T1  - Paleosismología y neotectónica del antepaís fragmentado en el extremo sureste del Sistema Santa Bárbara, Noroeste Argentino
T1  - Paleoseismology and neotectonics of the broken foreland in the extreme southeast of the Santa Bárbara System, Northwest Argentina
N2  - This thesis constitutes a multidisciplinary study of the central sector of the Santa Bárbara System geological province, the tectonically active broken foreland of the central Andes of north-western Argentina. The study is based on a tectono-geomorphic characterization combined with a variety of geophysical and structural studies. The principal focus was on the faulted piedmont regions of the Sierra de La Candelaria and, to a lesser degree, the extreme south of the intermontane Metán basin. The study region is located in the border area between the provinces of Salta and Tucumán.

The main objective was to characterize and analyze evidence of Quaternary tectonic activity in the region, in order to increase the available information on neotectonic structures and their seismogenic potential. To this end, several methods were applied and integrated, such as the interpretation of seismic reflection lines, the creation of structural sections and kinematic modeling, as well as near-surface geophysical methods, in order to explore the geometry of faults observed at the surface and to assess the behavior of potential blind faults.

In a first step, a geomorphic and structural survey of the study area was carried out using LANDSAT and SENTINEL 2 multispectral satellite images, which allowed to recognize different levels of Quaternary alluvial fans and fluvial terraces that are important strain markers in the field. In a second step, different morphometric indexes were determined from digital elevation models (DEM) and combined with field observations; it was possible to identify evidence of tectonic deformation related to four neotectonic faults. In a third step, three structures (Arias, El Quemado and Copo Quile faults) were selected for more detailed studies involving Electrical Resistive Tomography (ERT) and Seismic Refraction Tomography (SRT). This part of the study enabled me to define the geometry of faults at depth, helped to infer geometric and kinematic characteristics, and confirmed the extent of recent deformation. The Arias and El Quemado faults were interpreted as reverse faults related to layer-parallel, flexuralslip faulting, while the Copo Quile fault was interpreted as a blind reverse fault.

Subsequently, a joint interpretation of seismic reflection lines and well-logs from the Choromoro and Metán basins was carried out, to decipher the principal structures and their influence on the deformation of the different sedimentary units in the intermontane basins. The obtained information was integrated into a kinematic model. This model suggests that the recent deformation is driven by a blind, deep-seated reverse fault, located under the Sierra de La Candelaria and Cantero anticline. The corresponding shortening involves the sedimentary strata of the Salta and Orán groups in the adjacent basins, which was accommodated by faults that moved along stratal boundaries, thus bending and folding the Quaternary deposits at the surface. The kinematic model enabled identifying the approximate location of the important detachment horizons that control the overall crustal deformation style in this region. The shallowest detachment horizon is located at 4 km depth and controls deformation in a thin-skinned manner. In addition, the horizon of the thick-skinned style of deformation was identified at 21 km depth.

Finally, from the integration of all the results obtained, the seismogenic potential of the faults in the study area was evaluated. The first-order faults that control deformation in the area are responsible for the large earthquakes. While, Quaternary flexural-slip faults affecting only the sedimentary cover are secondary structures that accommodate deformation and were activated very low magnitude earthquakes and/or aseismic movements.

In conclusion, the results of this study allow to demonstrate that the regional fault system of intrabasinal faults in the Santa Bárbara System constitutes a potential seismogenic source in the region, where numerous towns and extensive civilian infrastructure are located. In addition, the derived kinematic model requires the existence of numerous blind structures. Only for a small number of these their presence can be unambiguously detected at the surface by geomorphic analysis, which emphasizes the need of conducting this type of studies in tectonically active regions such as the Santa Bárbara System.
N2  - En el presente trabajo se realizó una investigación multidisciplinaria combinando métodos de geomorfología tectónica con estudios geofisicos y estructurales, focalizados principalmente en la caracterización neotectónica de ambos faldeos de la sierra de La Candelaria y del extremo sur de la cuenca de Metán. La zona de estudio se encuentra ubicada en la región limítrofe entre las provincias de Salta y Tucumán y pertenece a la provincia geológica del Sistema Santa Bárbara.

El principal objetivo consistió en contextualizar las evidencias de actividad tectónica cuaternaria de la región mediante la propuesta de un modelo estructural novedoso, con el propósito de incrementar la información disponible sobre estructuras neotectónicas y su potencial sismogénico. Con este fin, se aplicaron e integraron diversas técnicas tales como la interpretación de líneas sísmicas de reflexión, construcción de secciones estructurales balanceadas, y métodos geofísicos someros, para constatar el comportamiento en profundidad tanto de las estructuras geológicas identificadas en superficie como de las posibles fallas ciegas corticales involucradas.

En primer lugar, se realizó un relevamiento regional del área de estudio empleando imágenes satelitales multiespectrales LANDSAT y SENTINEL 2, que permitieron reconocer diferentes niveles de abanicos aluviales y terrazas fluviales cuaternarios. Mediante la determinación de diferentes indicadores morfométricos en modelos de elevación digital (MED), junto con observaciones de campo, fue posible identificar evidencias de deformación sobre dichos niveles cuaternarios que han sido relacionadas genéticamente con cuatro fallas neotectónicas. Tres de ellas (fallas Arias, El Quemado y Copo Quile) fueron seleccionadas para efectuar estudios de mayor detalle por medio de la aplicación de métodos de geofísica somera (tomografía eléctrica resistiva (ERT) y tomografía sísmica de refracción Sísmica (SRT)), que permitieron corroborar su existencia en profundidad, realizar inferencias geométricas y cinemáticas, y estimar la magnitud de la deformación reciente. Las fallas Arias y El Quemado fueron interpretadas como fallas inversas relacionadas con deslizamiento flexural interstratal, mientras que la falla Copo Quile se interpretó como una falla inversa ciega de bajo ángulo.También se realizó una interpretación conjunta de líneas sísmicas de reflexión y pozos exploratorios pertenecientes a áreas hidrocarburíferas de las cuencas de Choromoro y Metán con el fin de contextualizar las principales estructuras reconocidas en el marco estratigráfico y tectónico regional. Toda la información fue integrada en una sección estructural balanceada mediante técnicas de modelado cinemático. Dicho modelo permite inferir que la deformación cuaternaria reconocida está relacionada al desplazamiento del basamento a lo largo de un corrimiento ciego, responsable del levantamiento de la sierra de La Candelaria y el cerr Cantero. Asimismo, el modelo cinemático permite interpretar la ubicación aproximada de los principales niveles de despegue que controlan el estilo de deformación. El nivel de despegue más somero, que controla la deformación de la cobertura sedimentaria se encuentra a 4 km de profundidad, a 21 km se estima la presencia de otra zona de cizalla subhorizontal dentro del basamento.

Finalmente, a partir de la integración de todos los resultados obtenidos, se evaluó el potencial sismogénico de las fallas en la zona de estudio. Las fallas de primer orden que controlan la deformación en la zona son las responsables de los grandes terremotos. Mientras, las fallas Cuaternarias flexodeslizantes e inversas afectan solamente a la cobertura sedimentaria y serían estructuras de segundo orden que acomodan la deformación y fueron activadas durante el cuaternario con movimientos asísmicos y/o sísmicos de muy baja magnitud.

Estos resultados permiten inferir que el corrimiento La Candelaria constituye una fuente sismogénica potencial de importancia para la región, donde se ubican numerosas poblaciones y obras civiles de envergadura. Por otra parte, la sección estructural balanceada implica la presencia de otras fallas ciegas de distinto orden de magnitud que podrían ser posibles fuentes sismogénicas profundas adicionales, marcando la necesidad de continuar con el desarrollo de este tipo de estudios en esta región tectónicamente activa.
N2  - In der vorliegenden Arbeit wurde eine interdisziplinäre Untersuchung im nordwestargentinischen Vorland ausgeführt, in der eine morphotektonische Charakterisierung mit geophysikalischen und strukturgeologischen Methoden kombiniert wurde. Der Schwerpunkt lag dabei auf dem Piedmontbereich der Sierra de la Candelaria sowie im südlichen Teil des intermontanen Metán-Beckens. Diese Region liegt in der Grenzregion zwischen den Provinzen Salta und Tucumán, inmitten der morphotektonischen Provinz des Sistema Santa Bárbara, einem Teilgebiet des zerbrochenen andinen Vorlandes in NW-Argentinien.

Diese Forschungsarbeit legt das Hauptaugenmerk auf die Analyse von Manifestationen tektonischer Aktivität während des Quartärs, um die vorhandene Datenlage zu neotektonischen Strukturen und ihrem Gefährdungspotential bezüglich zukünftiger Erdbeben zu verbessern. Auf dieser Grundlage wurde eine Studie konzipiert, in der verschiedene methodische Ansätze angewendet wurden, wie zum Beispiel aus den Bereichen der Tektonischen Geomorphologie, Strukturgeologie und Geophysik. Die Nutzung diverser Methoden beinhaltete u.a. die Interpretation reflexionseismischer Daten, die Erstellung eines kinematischen Modells und die Anwendung oberflächennaher Geophysik-Untersuchungen. Mithilfe dieses interdisziplinären Ansatzes sollte auch die Beschaffenheit der zuvor identifizierten geologischen Strukturen im tieferen Untergrund bewertet werden, die mitunter keinerlei erkennbaren geomorphologischen Auswirkungen ihrer Aktivität an der Erdoberfläche zeigen (z.B. blinde Überschiebungen).

Zunächst wurde eine fernerkundliche Untersuchung auf Grundlage multispektraler Satellitenaufnahmen (z.B. LANDSAT, SENTINEL 2) ausgeführt, wodurch eine große Bandbreite an Schwemmfächern und Flussterrassen ausfindig gemacht werden konnte, die als mögliche Deformationshorizonte verwendet werden können. Dieser Ansatz wurde mit Hilfe der Analyse verschiedener morphometrischer Indikatoren auf Basis digitaler Geländemodelle (DEMs) und Geländerarbeiten vor Ort komplettiert. Daraus ergab sich eine detaillierte Liste von 14 Störungen, von denen einige Hinweise auf Deformation der Erdoberfläche während des Quartärs lieferten und die auf verschiedene Mechanismen im Untergrund zurückzuführen sind. Detaillierte Untersuchungen wurden anschließend an drei ausgewählten Störungen mit Hilfe von Methoden der Oberflächennahen Geophysik durchgeführt. Dabei konnten die Methoden der Angewandten Geoelektrik und der Seismischen Refraktion die Existenz junger Strukturen im Untergrund verifizieren. Die Strukturen im westlichen Piedmont der Sierra de la Candelaria, in erster Linie die Arias und El Quemado-Störungen, wurden im Kontext der lagenparallelen Biegegleitfaltung interpretiert, während die Copo Quile-Störung auf der Ostseite als blinde Aufschiebung interpretiert werden kann.

Anschließend wurde eine gemeinsame Bewertung der zur Verfügung stehenden seismischen Reflexions- und Bohrlochdaten aus den Metán und Choromoro-Becken vorgenommen, um die geologischen Hauptstrukturen sowie ihren Einfluss bei der Deformation auf die umliegenden Sedimenteinheiten in den Becken zu erkunden. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse flossen in die Erstellung eines kinematischen Modells ein. Dieses Modell zeigt, dass die Deformation des Candelaria-Blockes durch eine tiefliegende, blinde Struktur unter der Sierra de la Candelaria und cerro Cantero angetrieben wird. Die damit verbundene Deformation der sedimentären Einheiten der über den Sockelgesteinen liegenden tertiären Gesteinen der Salta und Orán sedimentabflogen wurde durch Störungen entlang der internen Schichtgrenzen ermöglicht, deren Bewegung wiederum die quartären Ablagerungen an der Erdoberfläche verbogen und aufschoben. Das kinematische Modell ermöglichte außerdem, die Tiefenlage der hierfür notwendigen Abscherhorizonte abzuschätzen. Der flachste Abscherhorizont in 4 km Tiefe befindet sich in den leicht deformierbaren Sedimenteinheiten, wohingegen zwei weitere Absherhorizonte in 21 km Tiefe in den Sockelgesteinen existieren.

Aus der Integration aller gewonnenen Ergebnisse wurde schließlich das seismogene Potenzial der Störungen im Untersuchungsgebiet bewertet. Die Verwerfungen erster Ordnung, die die Verformung in dem Gebiet kontrollieren, sind für die großen Erdbeben verantwortlich. In der Zwischenzeit wirken sich die quartären störungen und nur auf die Sedimenthülle aus und sind demnach Strukturen zweiter Ordnung, die Verformung aufnehmen und während des Quartärs mit Erdbeben sehr geringer Stärke und / oder aseismischen Bewegungen aktiviert wurden.

Aus den gewonnenen Resultaten ist das hohe seismogene Potential (die Möglichkeit Erdbeben zu generieren) des identifizierten Störungsinventars erkennbar, in einer Region, die durch eine Vielzahl an Städten und wichtige Infrastruktur gekennzeichnet ist. Zusätzlich bestätigt das kinematische Modell die Existenz mehrerer blinder Aufschiebungen, von denen nur eine geringe Anzahl an der Erdoberfläche mittels morphotektonischer Analysen zweifelsfrei ableitbar ist. Diese Befunde unterstreichen die Notwendigkeit zur weiteren Durchführung ähnlicher Studien in dieser tektonisch aktiven Region.
KW  - neotectonics
KW  - shallow geophysics
KW  - structural modelling
KW  - seismic interpretation
KW  - seismotectonic
KW  - Neotektonik
KW  - oberflächennahe Geophysík
KW  - Strukturmodellierung
KW  - seismische Interpretation
KW  - Seismotektonik
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-535274
ER  - 
TY  - THES
A1  - Patyniak, Magda
T1  - Seismotectonic segmentation, paleoearthquakes and style of deformation along the Northern Pamir thrust system, South Kyrgyzstan
T1  - Seismotektonische Segmentierung, Paläoerdbeben und Art der Deformation entlang des nördlichen Pamir-Überschiebungssystems, Südkirgisistan
N2  - The Pamir Frontal Thrust (PFT) located in the Trans Alai range in Central Asia is the principal active fault of the intracontinental India-Eurasia convergence zone and constitutes the northernmost boundary of the Pamir orogen at the NW edge of this collision zone. Frequent seismic activity and ongoing crustal shortening reflect the northward propagation of the Pamir into the intermontane Alai Valley. Quaternary deposits are being deformed and uplifted by the advancing thrust front of the Trans Alai range. The Alai Valley separates the Pamir range front from the Tien Shan mountains in the north; the Alai Valley is the vestige of a formerly contiguous basin that linked the Tadjik Depression in the west with the Tarim Basin in the east. GNSS measurements across the Central Pamir document a shortening rate of ~25 mm/yr, with a dramatic decrease of ~10-15 mm over a short distance across the northernmost Trans Alai range. This suggests that almost half of the shortening in the greater Pamir – Tien Shan collision zone is absorbed along the PFT. The short-term (geodetic) and long-term (geologic) shortening rates across the northern Pamir appear to be at odds with an apparent slip-rate discrepancy along the frontal fault system of the Pamir. Moreover, the present-day seismicity and historical records have not revealed great Mw > 7 earthquakes that might be expected with such a significant slip accommodation. In contrast, recent and historic earthquakes exhibit complex rupture patterns within and across seismotectonic segments bounding the Pamir mountain front, challenging our understanding of fault interaction and the seismogenic potential of this area, and leaving the relationships between seismicity and the geometry of the thrust front not well understood.
In this dissertation I employ different approaches to assess the seismogenic behavior along the PFT. Firstly, I provide paleoseismic data from five trenches across the central PFT segment (cPFT) and compute a segment-wide earthquake chronology over the past 16 kyr. This novel dataset provides important insights into the recurrence, magnitude, and rupture extent of past earthquakes along the cPFT. I interpret five, possibly six paleoearthquakes that have ruptured the Pamir mountain front since ∼7 ka and 16 ka, respectively. My results indicate that at least three major earthquakes ruptured the full-segment length and possibly crossed segment boundaries with a recurrence interval of ∼1.9 kyr and potential magnitudes of up to Mw 7.4. Importantly, I did not find evidence for great (i.e., Mw ≥8) earthquakes.
Secondly, I combine my paleoseimic results with morphometric analyses to establish a segment-wide distribution of the cumulative vertical separation along offset fluvial terraces and I model a long-term slip rate for the cPFT. My investigations reveal discrepancies between the extents of slip and rupture during apparent partial segment ruptures in the western half of the cPFT. Combined with significantly higher fault scarp offsets in this sector of the cPFT, the observations indicate a more mature fault section with a potential for future fault linkage. I estimate an average rate of horizontal motion for the cPFT of 4.1 ± 1.5 mm/yr during the past ∼5 kyr, which does not fully match the GNSS-derived present-day shortening rate of ∼10 mm/yr. This suggests a complex distribution of strain accumulation and potential slip partitioning between the cPFT and additional faults and folds within the Pamir that may be associated with a partially locked regional décollement.
The third part of the thesis provides new insights regarding the surface rupture of the 2008 Mw 6.6 Nura earthquake that ruptured along the eastern PFT sector. I explore this rupture in the context of its structural complexity by combining extensive field observations with high-resolution digital surface models. I provide a map of the rupture extent, net slip measurements, and updated regional geological observations. Based on this data I propose a tectonic model in this area associated with secondary flexural-slip faulting along steeply dipping bedding of folded Paleogene sedimentary strata that is related to deformation along a deeper blind thrust. Here, the strain release seems to be transferred from the PFT towards older inherited basement structures within the area of advanced Pamir-Tien Shan collision zone.
The extensive research of my dissertation results in a paleoseismic database of the past 16 ~kyr, which contributes to the understanding of the seismogenic behavior of the PFT, but also to that of segmented thrust-fault systems in active collisional settings. My observations underscore the importance of combining different methodological approaches in the geosciences, especially in structurally complex tectonic settings like the northern Pamir. Discrepancy between GNSS-derived present-day deformation rates and those from different geological archives in the central part, as well as the widespread distribution of the deformation due to earthquake triggered strain transfer in the eastern part reveals the complexity of this collision zone and calls for future studies involving multi-temporal and interdisciplinary approaches.
N2  - Die Pamir-Frontüberschiebung (PFT) des Trans-Alai-Gebirges in Zentralasien ist die wichtigste aktive Verwerfung der intrakontinentalen indisch-eurasischen Konvergenzzone und bildet die nördlichste Grenze des Pamir-Orogens am NW-Rand dieser Kollisionszone. Die intensive Seismizität und die fortschreitende Krustenverkürzung spiegeln die nach Norden gerichtete Verlagerung des Pamir in das intermontane Alai-Tal wider. Quartäre Ablagerungen werden durch die vorstoßende Überschiebungsfront des Trans-Alai-Gebirges sukzessive deformiert und angehoben. Das Alai-Tal trennt das Pamir-Gebirge vom Südrand des Tien Shan-Gebirges und verkörpert die Überreste eines ehemals zusammenhängenden Beckens, welches früher die Tadjik-Senke im Westen mit dem Tarim-Becken im Osten verband. GNSS-Messungen südlich der PFT im Bereich des Zentralpamirs dokumentieren eine Verkürzungsrate von 25 mm/Jahr, welche über
eine kurze Strecke zur nördlichen Front des Trans-Alai-Gebirges hin drastisch um 10-15 mm abnimmt. Dies lässt darauf schließen, dass fast die Hälfte der Einengung entlang der PFT absorbiert wird, welche sich in der Kollisionszone zwischen dem Pamir und dem Tien Shan befindet. Eine offensichtliche Abweichung zwischen den kurzfristigen (geodätischen) und langfristigen (geologischen) Verkürzungsraten im nördlichen Pamir weist auf eine Diskrepanz in den Versatzraten entlang des nördlichen frontalen Verwerfungssystems hin. Darüber hinaus weisen weder die heutige Seismizität noch die historischen Aufzeichnungen auf große Erdbeben der Stärke Mw > 7 hin, wie sie bei einer solch signifikanten Verschiebung zu erwarten wären. Stattdessen zeigen rezente und historische Erdbeben komplexe Bruchmuster innerhalb und quer zu seismotektonisch definierten Segmenten, die die Pamir-Gebirgsfront begrenzen,
was unser Verständnis der Verwerfungsinteraktion und des seismogenen Potenzials dieses Gebiets herausfordert. Die Wechselwirkungen zwischen Seismizität und der Geometrie der Überschiebungsfront sind somit nicht gut verstanden.
In dieser Dissertation verwende ich verschiedene Verfahren, um das seismogene Verhalten entlang der PFT zu bestimmen. Dazu werden zunächst paläoseismische Daten aus fünf Schürfgräben entlang des zentralen Segmentes der PFT (cPFT) erhoben und eine segmentweite Erdbebenchronologie zusammengestellt. Dieser neue Datensatz liefert wichtige Erkenntnisse über die Häufigkeit, die Stärke und das Bruchausmaß vergangener Erdbeben entlang der cPFT. Darauf basierend wurden fünf bzw. sechs Paläoerdbeben interpretiert, die sich entlang der nördlichen Pamir-Gebirgsfront in den letzten ∼7 ka bzw. ~16 ka ereigneten. Meine Ergebnisse deuten darauf hin, dass davon mindestens drei große Erdbeben die gesamte Länge des zentralen Segments durchbrochen haben und der Bruch möglicherweise sogar die Segmentgrenzen überschritten hat, mit einem Wiederholungsintervall von ∼1,9 kyr und potenziellen Magnituden von bis
zu Mw 7,4. Entscheidend an dieser Stelle ist, dass ich keine Hinweise auf sehr große (d.h. Mw ≥ 8) Erdbeben gefunden habe.
Meine paläoseismischen Ergebnisse werden anschließend mit morphometrischen Analysen entlang des zentralen PFT-Segmentes verknüpft, um eine segmentweite Verteilung der kumulativ versetzten Geländestufe entlang fluvialer Terrassen zu ermitteln. Aus dieser Verteilung wird eine langzeitliche Versatzrate für die cPFT modelliert. In der westlichen Hälfte der cPFT zeigen meine Untersuchungen deutliche Unstimmigkeiten zwischen dem Versatz und der Ausdehnung des Oberflächenbruchs auf. In Anbetracht der deutlich höheren Geländestufen im westlichen Bereich deuten die Beobachtungen auf einen reiferen Verwerfungsabschnitt hin. Somit besteht Potenzial für zukünftige Verbindung der Segmente und potenziell stärke Erdbeben.
Mit meinen Daten konnte ich eine mittlere horizontale Bewegungsrate von 4,1 ± 1,5 mm/Jahr während der letzten ∼5 kyr für die cPFT ermitteln, welche nicht vollständig mit der von GNSS abgeleiteten heutigen Verkürzungsrate von ∼10 mm/Jahr übereinstimmt. Dies deutet auf eine komplexe Verteilung des Spannungsaufbaus und eine potenzielle Aufteilung dieser Spannungen zwischen der cPFT und den übrigen Verwerfungen und Falten innerhalb des Pamirs hin, welche möglicherweise mit einem teilweise blockierten regionalen Décollement einhergehen.
Der letzte Teil der Arbeit liefert neue Erkenntnisse über den Oberflächenbruch des Nura-Erdbebens der Stärke 6,6 (Mw) aus dem Jahr 2008, das sich entlang der östlichen PFT ereignete. Ich untersuche diesen Bruch im Hinblick auf seine strukturelle Komplexität, indem ich umfangreiche Feldbeobachtungen mit hochauflösenden digitalen Oberflächenmodellen verknüpfe. Ich erstelle eine Karte der Bruchausdehnung, des gemessenen Gesamtversatzes und aktualisiere regionale geologische Beobachtungen. Auf der Grundlage dieser Daten entwickle ich für dieses Gebiet Szenarien für ein tektonisches Modell, das mit Biegegleitfalten in mesozoischen und känozoischen Sedimentschichten im Zusammenhang steht. Ich zeige, dass diese Formen mit älteren, kumulativ versetzten seismogenen Strukturen übereinzustimmen scheinen und auf eine wiederkehrende, langfristige Deformationsgeschichte entlang dieses Sektors der
nördlichen Pamir-Gebirgsfront hinweisen.
Die umfangreichen Forschungsarbeiten meiner Dissertation resultieren in einer paleoseismischen Datenbasis der letzten ~16,000 Jahre, welche zum Verständnis des seismogenen Verhaltens der PFT, aber auch zu dem von segmentierten Überschiebungssystemen in aktiven Kollisionsgebieten beitragen. Meine Beobachtungen unterstreichen, wie wichtig die Kombination verschiedener methodischer Ansätze in den Geowissenschaften ist, insbesondere in strukturell komplexen tektonischen Gebieten wie dem nördlichen Pamir. Die Diskrepanz zwischen den von GNSS abgeleiteten heutigen Deformationsraten und denen aus verschiedenen geologischen Archiven im zentralen Teil, und die weite Verbreitung der Deformation durch erdbebenbedingten Dehnungstransfer im östlichen Teil offenbart die Komplexität dieser Kollisionszone und erfordert künftige Studien mit multitemporalen und interdisziplinären Ansätzen.
KW  - paleoseismology
KW  - Paleoseismologie
KW  - Neotektonik
KW  - Strukturgeologie
KW  - quartäre Geochronologie
KW  - Zentral Asien
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-577141
ER  - 
TY  - THES
A1  - Olivotos, Spyros-Christos
T1  - Reconstructing the Landscape Evolution of South Central Africa by Surface Exposure Dating of Waterfalls
N2  - The East African Rift System (EARS) is a significant example of active tectonics, which provides opportunities to examine the stages of continental faulting and landscape evolution. The southwest extension of the EARS is one of the most significant examples of active tectonics nowadays, however, seismotectonic research in the area has been scarce, despite the fundamental importance of neotectonics. Our first study area is located between the Northern Province of Zambia and the southeastern Katanga Province of the Democratic Republic of Congo. Lakes Mweru and Mweru Wantipa are part of the southwest extension of the EARS. Fault analysis reveals that, since the Miocene, movements along the active Mweru-Mweru Wantipa Fault System (MMFS) have been largely responsible for the reorganization of the landscape and the drainage patterns across the southwestern branch of the EARS. To investigate the spatial and temporal patterns of fluvial-lacustrine landscape development, we determined in-situ cosmogenic 10Be and 26Al in a total of twenty-six quartzitic bedrock samples that were collected from knickpoints across the Mporokoso Plateau (south of Lake Mweru) and the eastern part of the Kundelungu Plateau (north of Lake Mweru). Samples from the Mporokoso Plateau and close to the MMFS provide evidence of temporary burial. By contrast, surfaces located far from the MMFS appear to have remained uncovered since their initial exposure as they show consistent 10Be and 26Al exposure ages ranging up to ~830 ka. Reconciliation of the observed burial patterns with morphotectonic and stratigraphic analysis reveals the existence of an extensive paleo-lake during the Pleistocene. Through hypsometric analyses of the dated knickpoints, the potential maximum water level of the paleo-lake is constrained to ~1200 m asl (present lake lavel: 917 m asl). High denudation rates (up to ~40 mm ka-1) along the eastern Kundelungu Plateau suggest that footwall uplift, resulting from normal faulting, caused river incision, possibly controlling paleo-lake drainage. The lake level was reduced gradually reaching its current level at ~350 ka. 
Parallel to the MMFS in the north, the Upemba Fault System (UFS) extends across the southeastern Katanga Province of the Democratic Republic of Congo. This part of our research is focused on the geomorphological behavior of the Kiubo Waterfalls. The waterfalls are the currently active knickpoint of the Lufira River, which flows into the Upemba Depression. Eleven bedrock samples along the Lufira River and its tributary stream, Luvilombo River, were collected. In-situ cosmogenic 10Be and 26Al were used in order to constrain the K constant of the Stream Power Law equation. Constraining the K constant allowed us to calculate the knickpoint retreat rate of the Kiubo Waterfalls at ~0.096 m a-1. Combining the calculated retreat rate of the knickpoint with DNA sequencing from fish populations, we managed to present extrapolation models and estimate the location of the onset of the Kiubo Waterfalls, revealing its connection to the seismicity of the UFS.
N2  - Die südwestliche Ausdehnung des Ostafrikanischen Grabenbruchsystems (East African Rift System, EARS) ist eines der bedeutendsten Beispiele aktiver Tektonik heutzutage, welches die Möglichkeit bietet, die Phasen der kontinentalen Verwerfung und der Landschaftsentwicklung zu untersuchen. Allerdings ist seismotektonische Forschung in diesem Gebiet trotz der fundamentalen Bedeutung der Neotektonik nur in geringem Umfang durchgeführt worden. Unser erstes Untersuchungsgebiet befindet sich zwischen der Nordprovinz Sambias und der Provinz Katanga im südöstlichen Teil der Demokratischen Republik Kongo. Die Seen Mweru und Mweru Wantipa sind Teil der südwestlichen Ausdehnung des EARS. Verwerfungsanalysen zeigen, dass seit dem Miozän Bewegungen entlang des aktiven Mweru–Mweru-Wantipa-Verwerfungssystems (MMFS) maßgeblich für die Reorganisation der Landschaft und der Entwässerungsmuster im südwestlichen Zweig des EARS verantwortlich sind. Um die räumlichen und zeitlichen Muster der fluvial-lakustrischen Landschaftsentwicklung zu untersuchen, haben wir in-situ kosmogenes 10Be und 26Al in insgesamt sechsundzwanzig Quarzit-Grundgesteinsproben bestimmt, die vorwiegend von Knickpunkten auf dem Mporokoso-Plateau (südlich des Mweru-Sees) und dem östlichen Teil des Kundelungu-Plateaus (nördlich des Mweru-Sees) gesammelt wurden. Proben vom Mporokoso-Plateau aus der Nähe des MMFS liefern Hinweise auf eine temporäre Bedeckung. Im Gegensatz dazu scheinen Oberflächen, die weit vom MMFS entfernt liegen, seit ihrer ersten Freilegung unbedeckt geblieben zu sein, da sie konsistente 10Be- und 26Al-Freilegungsalter bis zu ~830 ka aufweisen. Der Abgleich der beobachteten Bedeckungsmuster mit morphotektonischen und stratigraphischen Analysen zeigt die Existenz eines ausgedehnten Paläosees während des Pleistozäns. Durch hypsometrische Analysen der datierten Knickpunkte wird der potentielle maximale Wasserstand des Paläosees auf ~1200 m (heutige Seehöhe: 917 m) eingegrenzt. Hohe Denudationsraten (bis zu ~40 mm ka-1) entlang des östlichen Kundelungu-Plateaus deuten darauf hin, dass die durch normale Verwerfungen hervorgerufene Hebung des Fußes einen Flusseinschnitt verursachte, der möglicherweise die Entwässerung des Paläosees kontrollierte. Der Seespiegel wurde allmählich abgesenkt und erreichte sein heutiges Niveau bei ~350 ka. 
Parallel zum MMFS im Norden erstreckt sich das Upemba-Verwerfungssystem (UFS) über die südöstliche Katanga-Provinz der Demokratischen Republik Kongo. Dort konzentriert sich unsere Forschung auf das geomorphologische Verhalten der Kiubo-Wasserfälle. Diese Fälle sind der derzeit aktive Knickpunkt des Lufira-Flusses, der in die Upemba-Senke mündet. Elf Gesteinsproben entlang des Lufira-Flusses und seines Nebenflusses, des Luvilombo-Flusses, wurden gesammelt. In-situ kosmogenes 10Be und 26Al wurden verwendet, um die K-Konstante der „Strom-Power-Law“-Gleichung einzuschränken. Die Eingrenzung der K-Konstante ermöglichte uns die Berechnung der Rückzugsrate der Kiubo-Wasserfälle auf ~0,096 m a-1. Durch die Kombination der berechneten Rückzugsrate des Knickpunkts mit der DNA-Sequenzierung von Fischpopulationen konnten wir Extrapolationsmodelle formulieren und den Entstehungsort der Kiubo-Wasserfälle abschätzen. Diese Abschätzung legt einen Zusammenhang mit der Seismizität der UFS nahe.
T2  - Rekonstruktion der Landschaftsentwicklung im südlichen Zentralafrika durch Datierung der Oberflächenexposition von Wasserfällen
KW  - Quaternary
KW  - paleo-lake Mweru
KW  - East African Rift System
KW  - Knickpoint
KW  - Geochronology
KW  - Cosmogenic nuclides
KW  - Landscape Evolution
KW  - Neotectonics
KW  - Knickpoint retreat
KW  - Stream Power Law
KW  - Kosmogene Nuklide
KW  - Ostafrikanisches Grabensystem
KW  - Geochronologie
KW  - Knickpunkt
KW  - Knickpunkt-Rückzug
KW  - Landschaftsentwicklung
KW  - Neotektonik
KW  - Quartär
KW  - Paläo-See Mweru
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-601699
ER  -