Mountain-range uplift & climate-system interactions in the Southern Central Andes

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.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Potsdam

Year

2015

Author dc:creator

• Pingel, Heiko

Contributors dc:contributor

• Strecker, Manfred

• geology
• Argentina
• Eastern Cordillera
• Puna
• neotectonics
• paleoaltimetry
• stable isotopes
• volcanic glass
• U-Pb geochronology
• Geologie
• Argentinien
• Ostkordillere
• Neotektonik
• Paläoaltimetrie
• stabile Isotope
• vulkanischer Gläser
• U-Pb Geochronologie

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• CC-BY-NC-SA - Namensnennung, nicht kommerziell, Weitergabe zu gleichen Bedingungen 4.0 International

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