Das internationale DFG-Graduiertenkolleg "IRTG-StRATEGy" umfasst eine Reihe von Projekten, die die Kopplung zwischen Tektonik, Klima, Erosion, Sedimentation und Georessourcenbildung untersuchen. Dabei hat die Kooperation zwischen der Universität Potsdam und dem GFZ Potsdam auf der deutschen Seite mit mehreren argentinischen Universitäten und CONICET  auf der argentinischen Seite auf beiden Seiten 2 Kohorten on Promovierenden  gefördert und umfasste zwei Phasen. In jeder dieser Phasen haben je 12 Doktoranden in beiden Ländern die Geologie der Anden in einem von vier Arbeitspaketen (WP) untersucht:

    WP1: Klima-tektonische Einflüsse auf Oberflächenprozesse
    WP2: Wechselwirkung zwischen Tektonik und ererbten Inhomogenitäten der Kruste
    WP3: Beckenmodellierung und Bildung von Georessourcen
    WP4: Metallogenese von Metallvorkommen in felsischen Magmen

In unserer Sektion haben wir im Rahmen von WP3 die heutige geometrische, geologische, thermische und rheologische Konfiguration der zentralen Anden und ihrer angrenzenden Vorländer (21°-39°S) auf der Lithosphärenskala untersucht. Dafür verwenden wir datengestützte numerische 3D-Modelle, um zu verstehen, wie die lithosphärische Struktur das Deformationsverhalten beeinflusst. Der allgemeine WorkFlow umfasst dabei eine datengestützte Struktur- und Dichtemodellierung, deren Ergebnis gemeinsam mit der Verteilung seismischer Geschwindigkeiten die Interpretation der lithologischen Heterogenität ermöglicht. Die lithologieabhängige 3D-Verteilung der physikalischen Eigenschaften erlaubt es, verschiedene Prozessmodelle der Kruste und des oberen Mantels der Zentralanden abzuleiten. Diese Modelle sind die Basis für Simulationen des thermischen Feldes, das wiederum eine Grundvoraussetzung für die Berechnung des heutigen rheologischen Zustands im Untersuchungsgebiet ist.

Das Projekt ergänzt das GFZ Forschungsprogramm 2021-2027 hinsichtlich der Topics 3 "Georisiken" und 8 "Georessourcen".

Projektphase 1 – G.3.3-I
In der ersten Projektphase von StRATEGy konzentrierten sich unsere Arbeiten auf die 3D-Modellierung von Struktur, Dichte und Temperaturfeld des östlichen Andenvorlands und des daran anschließenden intrakontinentalen Chaco-Paraná-Beckensystems in den nördlichen Zentralanden. Die wichtigsten Ergebnisse sind in der Dissertation von Christian Meeßen zusammengefasst, die unter der Betreuung von Magdalena Scheck-Wenderoth und Manfred Strecker und in enger Zusammenarbeit mit Claudia Prezzi von der Universität Buenos Aires sowie Judith Bott (GFZ) und weiteren argentinischen und deutschen Partnern durchgeführt wurde.

Hauptergebnisse dieses Projekts sind (Meeßen et al. 2018; Meeßen 2019) beispielsweise, dass die Lithosphäre der thin-skinned-deformierten andinen Vorlandregion im Norden (21°S-26°S) durch eine relativ starke Kruste und einen schwachen Mantel gekennzeichnet ist. Im Gegensatz dazu besteht das angrenzende Vorlandbecken aus einer vollständig gekoppelten, sehr steifen Lithosphäre. Das erklärt, dass die Verkürzung in Nordargentinien nur innerhalb der schwachen Lithosphäre des Orogens und des unmittelbar anschließenden subandinen Gebietes stattfindet.
Im Süden (26°S-34°S) ist die Lithosphäre der thick-skinned-deformierten Sierras Pampeanas im Gegensatz zum nördlichen Vorland vollständig gekoppelt, wobei eine starke Kruste kohärent mit einem einen starken Mantel verformt wird. Die hohe Gesamtfestigkeit verhindert die Entstehung von thin-skinned- Verwerfungen im Krustenbereich. Lokal kann die Festigkeit der Lithosphäre im Bereich ererbter Schwächszonen jedoch trotzdem reduziert sein, z.B. aufgrund lokaler thermischer Anomalien (shear heating) oder reduzierter Reibung, so dass tektonische Spannungen Grundgebirgsblöcke anheben können.

Meeßen, C. (2019): The thermal and rheological state of the Northern Argentinian foreland basins, PhD Thesis, Potsdam : Universität Potsdam, 151 p.
https://doi.org/10.25932/publishup-43994

Projektphase 2 – G.3.3-II
In der zweiten Projektphase des WP3 wird die 3D-Konfiguration der südlichen Zentralanden und der angrenzenden Vorländer (29°S-39°S) auf der Lithosphärenskala näher untersucht. Sie ist Teil des Promotionsprojekts von Constanza Rodriguez Piceda, das von von Magdalena Scheck-Wenderoth und Manfred Strecker betreut wurde und in enger Zusammenarbeit mit Claudia Prezzi von der Universität Buenos Aires, Judith Bott (GFZ), Maria Laura Gomez-Dacal (UBA) durchgeführt wurde. Ein Merkmal erster Ordnung in diesem Gebiet ist, dass sich der Subduktionswinkel bei 33°S-35°S von flacher Subduktion nördlich davon zu normaler Subduktion im Süden ändert. Ziel des Projekts ist es, die Beziehung zwischen den Eigenschaften der überlagernden Platte und der Krustenverformung sowie der Dynamik des Subduktionssystems zu untersuchen. Die inzwischen mit Auszeichnung abgeschlossene Dissertation von Dr. Constanza Rodriguez Piceda zeigt: Es gibt eine klare Segmentierung zwischen dem Vorgebirge, dem Orogen (d.h. dem orogenen Hauptkeil und dem magmatischen Bogen) und dem Vorland in Bezug auf Krustendicke, Dichteverteilung und thermischen sowie rheologischen Zustand. Die Lithosphäre des Orogens ist dicker, leichter und wärmer als die übrigen Regionen des orogenen Systems.
Die Lithosphäre des Vorgebirges erscheint dichter, dünner und kälter als das angrenzende Orogen. Daher wirkt sie wie ein starrer Indenter, der die Deformationsausbreitung in das Innere des Orogens erleichtern kann. Die Vorlandlithosphäre ist insgesamt ebenfalls dichter, dünner und kälter als das angrenzende Orogen. Von Norden nach Süden lassen sich mehrere lithosphärische Domänen erkennen, die sich in der Dichte, Mächtigkeit und Temperatur der Kruste unterscheiden. Die lithosphärische Konfiguration des nördlichen Vorlands (29°S-33°S; dicke, dichte, kalte und potenziell starke Lithosphäre) könnte die Kopplung zwischen der subduzierenden und der überschiebenden Platte verstärken und somit die Entstehung einer flachen Subduktionskonfiguration begünstigen.

Rodriguez Piceda, C. (2022): Thermomechanical state of the southern Central Andes, PhD Thesis, Potsdam : Universität Potsdam, xx, 228 p.
https://doi.org/10.25932/publishup-54927

Weitere Informationen zu IRTG StRATEGy www.irtg-strategy.de

Zuwendungsgeber:
DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft
CONICET Argentinien

Status:
laufend

Veröffentlichungen:

Rodriguez Piceda, C., Cacace, M., Bott [Sippel], J., Scheck-Wenderoth, M., Strecker, M. (2022): Long-Term Lithospheric Strength and Upper-Plate Seismicity in the Southern Central Andes, 29°–39°S. - Geochemistry Geophysics Geosystems (G3), 23, 3, e2021GC010171. https://doi.org/10.1029/2021GC010171

Rodriguez Piceda, C., Scheck-Wenderoth, M., Bott [Sippel], J., Gomez Dacal, M. L., Cacace, M., Pons, M., Prezzi, C. B., Strecker, M. R. (2022): Controls of the Lithospheric Thermal Field of an Ocean-Continent Subduction Zone: The Southern Central Andes. - Lithosphere, 2022, 1, 2237272. https://doi.org/10.2113/2022/2237272

Barrionuevo, M., Liu, S., Mescua, J., Yagupsky, D., Quinteros, J., Giambiagi, L., Sobolev, S. V., Rodriguez Piceda, C., Strecker, M. R. (2021): The influence of variations in crustal composition and lithospheric strength on the evolution of deformation processes in the southern Central Andes: insights from geodynamic models. - International Journal of Earth Sciences, 110, 2361-2384. https://doi.org/10.1007/s00531-021-01982-5

Ibarra, F., Prezzi, C. B., Bott [Sippel], J., Scheck-Wenderoth, M., Strecker, M. R. (2021): Distribution of temperature and strength in the Central Andean lithosphere and its relationship to seismicity and active deformation. - Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 126, 5, e2020JB021231. https://doi.org/10.1029/2020JB021231

Ibarra, F., Liu, S., Meeßen, C., Prezzi, C. B., Bott [Sippel], J., Scheck-Wenderoth, M., Sobolev, S. V., Strecker, M. R. (2019): 3D data-derived lithospheric structure of the Central Andes and its implications for deformation: Insights from gravity and geodynamic modelling. - Tectonophysics, 766, 453-468. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2019.06.025

Lucero, S. E. V., Ibarra, F., Gomez Dacal, M. L., Prezzi, C., Bott [Sippel], J., Scheck-Wenderoth, M., Vizán, H. (2022): 3D thermal and rheological models of the southern Río de la Plata Craton (Argentina): implications for the initial stage of the Colorado rifting and the evolution of Sierras Australes. - International Journal of Earth Sciences, 111, 1519-1538. https://doi.org/10.1007/s00531-022-02197-y

Vazquez Lucero, S. E., Prezzi, C., Scheck-Wenderoth, M., Bott [Sippel], J., Gomez Dacal, M. L., Balestrini, F. I., Vizán, H. (2021): 3D gravity modelling of Colorado and Claromecó basins: new evidences for the evolution of the southwestern margin of Gondwana. - International Journal of Earth Sciences, 110, 2295-2313. https://doi.org/10.1007/s00531-020-01944-3

Gomez Dacal, M. L., Scheck-Wenderoth, M., Aragón, E., Bott [Sippel], J., Cacace, M., Tocho, C. (2021): Unraveling the lithospheric-scale thermal field of the North Patagonian Massif Plateau (Argentina) and its relations to the topographic evolution of the area. - International Journal of Earth Sciences, 110, 2315-2331. https://doi.org/10.1007/s00531-020-01953-2

Daten

Rodriguez Piceda, C., Scheck-Wenderoth, M., Bott [Sippel], J., Gomez Dacal, M. L., Pons, M., Prezzi, C., Strecker, M. (2021): 3D rheological model of the Southern Central Andes.
https://doi.org/10.5880/GFZ.4.5.2021.001

Rodriguez Piceda, C., Scheck-Wenderoth, M., Cacace, M., Bott [Sippel], J., Strecker, M. (2021): 3D rheological model of the Southern Central Andes.
https://doi.org/10.5880/GFZ.4.5.2021.002

Gomez Dacal, M. L., Tocho, C., Aragón, E., Bott [Sippel], J., Scheck-Wenderoth, M. (2020): North Patagonian Massif, Argentina: Lithospheric 3D gravity modelling using upper-mantle density constraints. https://doi.org/10.5880/GFZ.4.5.2020.002

Rodriguez Piceda, C., Scheck-Wenderoth, M., Gomez Dacal, M. L., Bott [Sippel], J., Prezzi, C., Strecker, M. (2020): Lithospheric-scale 3D model of the Southern Central Andes. https://doi.org/10.5880/GFZ.4.5.2020.001

Meeßen C, Bott [Sippel] J, Scheck-Wenderoth M, et al (2018) Crustal Structure of the Andean Foreland in Northern Argentina: Results From Data-Integrative Three-Dimensional Density Modeling. J Geophys Res Solid Earth 123:1875–1903. https://doi.org/10.1002/2017JB014296

Meeßen, C. (2019) The thermal and rheological state of the Northern Argentinian foreland basins, PhD Thesis, Potsdam : Universität Potsdam, 151 p. https://doi.org/10.25932/publishup-43994

Rodriguez Piceda, C, Scheck-Wenderoth M, Gómez Dacal ML., Bott, J, Prezzi C, and Strecker M (2020) Lithospheric density structure of the Southern Central Andes and their forelands constrained by 3D gravity modelling, EGU General Assembly 2020, Online, EGU2020-3313, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-3313, 2020

Software

Meeßen, C.(2019): pyGMS: lithosphere-scale rheological analyses of GMS models in Python, Zenodo. https://doi.org/10.5281/zenodo.3338065

Meeßen, C.(2019): VelocityConversion, Zenodo. https://doi.org/10.5281/zenodo.3338156

Meeßen, C. (2018): VeloDT: Fast Conversion of Upper Mantle Seismic Velocities to Density and Temperature (Version v1.0). https://doi.org/10.5281/zenodo.1172629

Dissertation

Rodriguez Piceda, C. (2022): Thermomechanical state of the southern Central Andes, PhD Thesis, Potsdam : Universität Potsdam, xx, 228 p.
https://doi.org/10.25932/publishup-54927

Meeßen, C. (2019): The thermal and rheological state of the Northern Argentinian foreland basins, PhD Thesis, Potsdam : Universität Potsdam, 151 p.
https://doi.org/10.25932/publishup-43994