Implications of regional fault distribution and kinematics for the uplift of rift flanks around the Rwenzori Mountains, Southwestern Uganda

Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Untersuchung der Störungsverteilung und der Störungskinematik im Zusammenhang mit der Hebung der Riftschultern des Rwenzori Gebirges.rnDas Rwenzori Gebirge befindet sich im NNE-SSWbis N-S verlaufenden Albertine Rift, des nördlichsten Segments des westlichen Armes des Ostafrikanischen Grabensystems. Das Albertine Rift besteht aus Becken unterschiedlicher Höhe, die den Lake Albert, Lake Edward, Lake George und Lake Kivu enthalten. Der Rwenzori horst trennt die Becken des Lake Albert und des Lake Edward. Es erstreckt sich 120km in N-S Richtung, sowie 40-50km in E-W Richtung, der h¨ochste Punkt befindet sich 5111 ü. NN. Diese Studie untersucht einen Abschnitt des Rifts zwischen etwa 1°N und 0°30'S Breite sowie 29°30' und 30°30' östlicher Länge ersteckt. Auch die Feldarbeit konzentrierte sich auf dieses Gebiet.rnrnHauptzweck dieser Studie bestand darin, die folgende These auf ihre Richtigkeit zu überprüfen: ’Wenn es im Verlauf der Zeit tatsächlich zu wesentlichen Änderungen in der Störungskinematik kam, dann ist die starke Hebung der Riftflanken im Bereich der Rwenzoris nicht einfach durch Bewegung entlang der Graben-Hauptst¨orungen zu erklären. Vielmehr ist sie ein Resultat des Zusammenspiels mehrerer tektonische Prozesse, die das Spannungsfeld beeinflussen und dadurch Änderungen in der Kinematik hervorrufen.’ Dadurch konzentrierte sich die Studie in erster Linie auf die Störungsanalyse.rnrnDie Kenntnis regionaler Änderungen der Extensionsrichtung ist entscheidend für das Verständnis komplexer Riftsysteme wie dem Ostafrikanischen Graben. Daher bestand der Kern der Untersuchung in der Kartierung von Störungen und der Untersuchung der Störungskinematik. Die Aufnahme strukturgeologischer Daten konzentrierte sich auf die Ugandische Seite des Rifts, und Pal¨aospannungen wurden mit Hilfe von St¨orungsdaten durch Spannungsinversion rekonstruiert.rnDie unterschiedliche Orientierung spr¨oder Strukturen im Gelände, die geometrische Analyse der geologischen Strukturen sowie die Ergebnisse von Mikrostrukturen im Dünnschliff (Kapitel 4) weisen auf verschiedene Spannungsfelder hin, die auf mögliche Änderungen der Extensionsrichtung hinweisen. Die Resultate der Spannungsinversion sprechen für Ab-, Über- und Blattverschiebungen sowie für Schrägüberschiebungen (Kapitel 5). Aus der Orientierung der Abschiebungen gehen zwei verschiedene Extensionsrichtungen hervor: im Wesentlichen NW-SE Extension in fast allen Gebieten, sowie NNE-SSW Extension im östlichen Zentralbereich.rnAus der Analyse von Blattverschiebungen ergaben sich drei unterschiedliche Spannungszustände. Zum Einen NNW-SSE bis N-S Kompression in Verbindung mit ENE-WSW bzw E-W Extension wurde für die nördlichen und die zentralen Ruwenzoris ausgemacht. Ein zweiter Spannungszustand mit WNW-ESE Kompression/NNE-SSW Extension betraf die Zentralen Rwenzoris. Ein dritter Spannungszustand mit NNW-SSE Extension betraf den östlichen Zentralteil der Rwenzoris. Schrägüberschiebungen sind durch dazu schräge Achsen charakterisiert, die für N-S bis NNW-SSE Kompression sprechen und ausschließlich im östlichen Zentralabschnitt auftreten. Überschiebungen, die hauptsächlich in den zentralen und den östlichen Rwenzoris auftreten, sprechen für NE-SW orientierten σ2-Achsen und NW-SE Extension.rnrnEs konnten drei unterschiedliche Spannungseinflüsse identifiziert werden: auf die kollisionsbedingte Bildung eines Überschiebungssystem folgte intra-kratonische Kompression und schließlich extensionskontrollierte Riftbildung. Der Übergang zwischen den beiden letztgenannten Spannungszuständen erfolgte Schrittweise und erzeugte vermutlich lokal begrenzte Transpression und Transtension. Gegenw¨artig wird die Störungskinematik der Region durch ein tensiles Spannungsregime in NW-SE bis N-S Richtung bestimmt.rnrnLokale Spannungsvariationen werden dabei hauptsächlich durch die Interferenzrndes regionalen Spannungsfeldes mit lokalen Hauptst¨orungen verursacht. Weitere Faktoren die zu lokalen Veränderungen des Spannungsfeldes führen können sind unterschiedliche Hebungsgeschwindigkeiten, Blockrotation oder die Interaktion von Riftsegmenten. Um den Einfluß präexistenter Strukturen und anderer Bedingungen auf die Hebung der Rwenzoris zu ermitteln, wurde der Riftprozeß mit Hilfe eines analogen ’Sandbox’-Modells rekonstruiert (Kapitel 6). Da sich die Moho-Diskontinuität im Bereich des Arbeitsgebietes in einer Tiefe von 25 km befindet, aktive Störungen aber nur bis zu einer Tiefe von etwa 20 km beobachtet werden können (Koehn et al. 2008), wurden nur die oberen 25 km im Modell nachbebildet. Untersucht und mit Geländebeobachtungen verglichen wurden sowohl die Reihenfolge, in der Riftsegmente entstehen, als auch die Muster, die sich im Verlauf der Nukleierung und des Wachstums dieser Riftsegmente ausbilden. Das Hauptaugenmerk wurde auf die Entwicklung der beiden Subsegmente gelegt auf denen sich der Lake Albert bzw. der Lake Edward und der Lake George befinden, sowie auf das dazwischenliegende Rwenzori Gebirge. Das Ziel der Untersuchung bestand darin herauszufinden, in welcher Weise das südwärts propagierende Lake Albert-Subsegment mit dem sinistral versetzten nordwärts propagierenden Lake Edward/Lake George-Subsegment interagiert.rnrnVon besonderem Interesse war es, in welcherWeise die Strukturen innerhalb und außerhalb der Rwenzoris durch die Interaktion dieser Riftsegmente beeinflußt wurden. rnrnDrei verschiedene Versuchsreihen mit unterschiedlichen Randbedingungen wurden miteinander verglichen. Abhängig vom vorherrschenden Deformationstyp der Transferzone wurden die Reihen als ’Scherungs-dominiert’, ’Extensions-dominiert’ und als ’Rotations-dominiert’ charakterisiert. Die Beobachtung der 3-dimensionalen strukturellen Entwicklung der Riftsegmente wurde durch die Kombination von Modell-Aufsichten mit Profilschnitten ermöglicht. Von den drei genannten Versuchsreihen entwickelte die ’Rotationsdominierten’ Reihe einen rautenförmiger Block im Tranferbereich der beiden Riftsegmente, der sich um 5−20° im Uhrzeigersinn drehte. DieserWinkel liegt im Bereich des vermuteten Rotationswinkel des Rwenzori-Blocks (5°). Zusammengefasst untersuchen die Sandbox-Versuche den Einfluss präexistenter Strukturen und der Überlappung bzw. Überschneidung zweier interagierender Riftsegmente auf die Entwicklung des Riftsystems. Sie befassen sich darüber hinaus mit der Frage, welchen Einfluss Blockbildung und -rotation auf das lokale Stressfeld haben.

Surface uplift and climate change - the geomorphic evolution of the western escarpment of the Andes of northern Chile between the Miocene and present

The Western Escarpment of the Andes at 18.30°S (Arica area, northern Chile) is a classical example for a transient state in landscape evolution. This part of the Andes is characterized by the presence of >10,000 km2 plains that formed between the Miocene and the present, and >1500 m deeply incised valleys. Although processes in these valleys scale the rates of landscape evolution, determinations of ages of incision, and more importantly, interpretations of possible controls on valley formation have been controversial. This paper uses morphometric data and observations, stratigraphic information, and estimates of sediment yields for the time interval between ca. 7.5 Ma and present to illustrate that the formation of these valleys was driven by two probably unrelated components. The first component is a phase of base-level lowering with magnitudes of∼300–500 m in the Coastal Cordillera. This period of base-level change in the Arica area, that started at ca. 7.5 Ma according to stratigraphic data, caused the trunk streams to dissect headward into the plains. The headward erosion interpretation is based on the presence of well-defined knickzones in stream profiles and the decrease in valley widths from the coast toward these knickzones. The second component is a change in paleoclimate. This interpretation is based on (1) the increase in the size of the largest alluvial boulders (from dm to m scale) with distal sources during the last 7.5 m.y., and (2) the calculated increase in minimum fluvial incision rates of ∼0.2 mm/yr between ca. 7.5 Ma and 3 Ma to ∼0.3 mm/yr subsequently. These trends suggest an increase in effective water discharge for systems sourced in the Western Cordillera (distal source). During the same time, however, valleys with headwaters in the coastal region (local source) lack any evidence of fluvial incision. This implies that the Coastal Cordillera became hyperarid sometime after 7.5 Ma. Furthermore, between 7.5 Ma and present, the sediment yields have been consistently higher in the catchments with distal sources (∼15 m/m.y.) than in the headwaters of rivers with local sources (<7 m/m.y.). The positive correlation between sediment yields and the altitude of the headwaters (distal versus local sources) seems to reflect the effect of orographic precipitation on surface erosion. It appears that base-level change in the coastal region, in combination with an increase in the orographic effect of precipitation, has controlled the topographic evolution of the northern Chilean Andes.

Elastic Uplift in Southeast Greenland Due to Rapid Ice Mass Loss

The rapid unloading of ice from the southeastern sector of the Greenland ice sheet between 2001 and 2006 caused an elastic uplift of similar to 35 mm at a GPS site in Kulusuk. Most of the uplift results from ice dynamic-induced volume losses on two nearby outlet glaciers. Volume loss from Helheim Glacier, calculated from sequential digital elevation models, contributes about similar to 16 mm of the observed uplift, with an additional similar to 5 mm from volume loss of Kangerdlugssuaq Glacier. The remaining uplift signal is attributed to significant melt-induced ice volume loss from the ice sheet margin along the southeast coast between 62 degrees N and 66 degrees N.

Quaternary uplift rates of the Central Anatolian Plateau, Turkey: insights from cosmogenic isochron-burial nuclide dating of the Kızılırmak River terraces

The Central Anatolian Plateau (CAP) in Turkey is a relatively small plateau (300 × 400 km) with moderate average elevations of ∼1 km situated between the Pontide and Tauride orogenic mountain belts. Kızılırmak, which is the longest river (1355 km) within the borders of Turkey, flows within the CAP and slowly incises into lacustrine and volcaniclastic units before finally reaching the Black Sea. We dated the Cappadocia section of the Kızılırmak terraces in the CAP by using cosmogenic burial and isochron-burial dating methods with 10Be and 26Al as their absolute dating can provide insight into long-term incision rates, uplift and climatic changes. Terraces at 13, 20, 75 and 100 m above the current river indicate an average incision rate of 0.051 ± 0.01 mm/yr (51 ± 1 m/Ma) since ∼1.9 Ma. Using the base of a basalt fill above the modern course of the Kızılırmak, we also calculated 0.05–0.06 mm/yr mean incision and hence rock uplift rate for the last 2 Ma. Although this rate might be underestimated due to normal faulting along the valley sides, it perfectly matches our results obtained from the Kızılırmak terraces. Although up to 5–10 times slower, the Quaternary uplift of the CAP is closely related to the uplift of the northern and southern plateau margins respectively.

Patterns of landscape form in the upper Rhône basin, Central Swiss Alps, predominantly show lithologic controls despite multiple glaciations and variations in rock uplift rates

The development of topography depends mainly on the interplay between uplift and erosion. These processes are controlled by various factors including climate, glaciers, lithology, seismic activity and short-term variables, such as anthropogenic impact. Many studies in orogens all over the world have shown how these controlling variables may affect the landscape's topography. In particular, it has been hypothesized that lithology exerts a dominant control on erosion rates and landscape morphology. However, clear demonstrations of this influence are rare and difficult to disentangle from the overprint of other signals such as climate or tectonics. In this study we focus on the upper Rhône Basin situated in the Central Swiss Alps in order to explore the relation between topography, possible controlling variables and lithology in particular. The Rhône Basin has been affected by spatially variable uplift, high orographically driven rainfalls and multiple glaciations. Furthermore, lithology and erodibility vary substantially within the basin. Thanks to high-resolution geological, climatic and topographic data, the Rhône Basin is a suitable laboratory to explore these complexities. Elevation, relief, slope and hypsometric data as well as river profile information from digital elevation models are used to characterize the landscape's topography of around 50 tributary basins. Additionally, uplift over different timescales, glacial inheritance, precipitation patterns and erodibility of the underlying bedrock are quantified for each basin. Results show that the chosen topographic and controlling variables vary remarkably between different tributary basins. We investigate the link between observed topographic differences and the possible controlling variables through statistical analyses. Variations of elevation, slope and relief seem to be linked to differences in long-term uplift rate, whereas elevation distributions (hypsometry) and river profile shapes may be related to glacial imprint. This confirms that the landscape of the Rhône Basin has been highly preconditioned by (past) uplift and glaciation. Linear discriminant analyses (LDAs), however, suggest a stronger link between observed topographic variations and differences in erodibility. We therefore conclude that despite evident glacial and tectonic conditioning, a lithologic control is still preserved and measurable in the landscape of the Rhône tributary basins.

Crustal uplift rates of 4 GPS stations near Jakobshavn Isbrae (2006-2009)

We analyze 2006-2009 data from four continuous Global Positioning System (GPS) receivers located between 5 and 150 km from the glacier Jakobshavn Isbrae, West Greenland. The GPS stations were established on bedrock to determine the vertical crustal motion due to the unloading of ice from Jakobshavn Isbrae. All stations experienced uplift, but the uplift rate at Kangia North, only 5 km from the glacier front, was about 10 mm/yr larger than the rate at Ilulissat, located only ~45 km further away. This suggests that most of the uplift is due to the unloading of the Earth's surface as Jakobshavn thins and loses mass. Our estimate of Jakobshavn's contribution to uplift rates at Kangia North and Ilulissat are 14.6 ± 1.7 mm/yr and 4.9 ± 1.1 mm/yr, respectively. The observed rates are consistent with a glacier thinning model based on repeat altimeter surveys from NASA's Airborne Topographic Mapper (ATM), which shows that Jakobshavn lost mass at an average rate of 22 ± 2 km**3/yr between 2006 and 2009. At Kangia North and Ilulissat, the predicted uplift rates computed using thinning estimates from the ATM laser altimetry are 12.1 ± 0.9 mm/yr and 3.2 ± 0.3 mm/yr, respectively. The observed rates are slightly larger than the predicted rates. The fact that the GPS uplift rates are much larger closer to Jakobshavn than further away, and are consistent with rates inferred using the ATM-based glacier thinning model, shows that GPS measurements of crustal motion are a potentially useful method for assessing ice-mass change models.

Composition of rocks, minerals, water, and gases from uplift areas of the Central Atlantic

Original geological, geophysical, lithological, mineralogical data on uplifts of the Central Atlantic are given in the book based on materials of Cruise 1 of the R/V Akademik Nikolaj Strakhov. Geological and geophysical studies include description of the obtained material and analysis of structural and morphological elements of the ocean floor. Results of lithological, petrochemical and geochemical studies were extremely innovative and develop a conceptual model. The latter include studies of petrochemical evolution of tholeiitic alkaline plate volcanism, large-scale hydrothermal transformation of basement rocks - palygorskitization, phosphatization and ferromanganese mineralization. Showing imposition Superposition of hydrogenic alteration on hydrothermally altered rocks and its role in Cenozoic history of sedimentation is shown.

Model simulation output data (CCSM3) related to uplift of African topography and the intensification of upwelling in the Benguela region

The Benguela Current, located off the west coast of southern Africa, is tied to a highly productive upwelling system**1. Over the past 12 million years, the current has cooled, and upwelling has intensified**2, 3, 4. These changes have been variously linked to atmospheric and oceanic changes associated with the glaciation of Antarctica and global cooling**5, the closure of the Central American Seaway**1, 6 or the further restriction of the Indonesian Seaway**3. The upwelling intensification also occurred during a period of substantial uplift of the African continent**7, 8. Here we use a coupled ocean-atmosphere general circulation model to test the effect of African uplift on Benguela upwelling. In our simulations, uplift in the East African Rift system and in southern and southwestern Africa induces an intensification of coastal low-level winds, which leads to increased oceanic upwelling of cool subsurface waters. We compare the effect of African uplift with the simulated impact of the Central American Seaway closure9, Indonesian Throughflow restriction10 and Antarctic glaciation**11, and find that African uplift has at least an equally strong influence as each of the three other factors. We therefore conclude that African uplift was an important factor in driving the cooling and strengthening of the Benguela Current and coastal upwelling during the late Miocene and Pliocene epochs.