Beschleunigt die durch slab avalanching induzierte Mantelströmung die Absenkung nach dem Rift in Extensionsbecken? (Laufend, 2026–2028)

PIs: Giridas Maiti (KIT), Nevena Tomašević (KIT)

Extensionale Becken bilden sich durch lithosphärische Dehnung, wobei die Krustenverdünnung durch Abschiebungen zunächst zu einer raschen Absenkung des Beckens führt (Syn-Rift-Stadium). Darauf folgt eine thermische Abkühlung der ausgedehnten Lithosphäre, die zu einer passiven Absenkung mit exponentiell abnehmender Absenkungsrate führt (Post-Rift-Stadium). Viele Extensionsbecken weichen jedoch von dieser Norm ab und weisen eine beschleunigte Absenkung nach dem Rift auf, die bis zu 6 km erreichen kann. Dies kann nicht durch bestehende weit verbreitete Modelle erklärt werden, die ausschließlich auf dem Ausmaß der lithosphärischen Dehnung während des Syn-Rift-Stadiums basieren. Interessanterweise korrelieren Becken, die eine übermäßige Absenkung nach dem Rift aufweisen, räumlich und zeitlich mit den Prozessen der slab stagnation und der slab avalanching in der Übergangszone des Mantels. Dies deutet darauf hin, dass der durch die Plattenstagnation induzierte Wärmefluss die übergeordnete Lithosphäre schwächen könnte, während die nachfolgende Abwärtsströmung des Mantels durch slab avalanching eine dynamische Absenkung erzeugen könnte, die zu der beobachteten übermäßigen Absenkung nach dem Rift beiträgt. Dies beruht jedoch auf deduktiver Argumentation und es fehlt eine quantitative Bewertung dieser Prozesse zu einer übermäßigen Absenkung nach dem Rift. Um dies zu untersuchen, werden wir modernste thermomechanische numerische Simulationen einsetzen, die geodynamische Modelle von slab avalanching mit Oberflächenprozessmodellen koppeln und Erosion und Sedimentation in Becken berücksichtigen. Dieser Ansatz wird es uns ermöglichen, die Entwicklung von Verwerfungsnetzwerken und ihre Wechselwirkungen mit sedimentären Sequenzen sowie den Einfluss von Oberflächenprozessen wie Sedimentations- und Erosionsraten, externer Sedimentzufuhr und relativen Meeresspiegelschwankungen innerhalb und um das Becken herum zu verfolgen. Dies ermöglicht eine quantitative Bewertung der Absenkungsraten während der Syn- und Post-Rift-Phasen, beeinflusst durch Plattenstagnation und slab avalanching. Wichtige Ergebnisse, einschließlich der Absenkungsraten nach Syn- und Post-Rifts, der Stärke der überschüssigen Absenkung nach dem Rift, des Wärmeflusses, der bathymetrischen Änderungen und der Dicke der Sedimentsequenz, werden direkt mit zusammengestellten und überprüften veröffentlichten Daten aus Becken verglichen, die eine beschleunigte Absenkung nach dem Rift aufwiesen. Schließlich werden wir durch die Integration modernster Modellierungsergebnisse mit geologischen und geophysikalischen Daten die Rolle der durch Schneebrettlawinen induzierten Mantelströmung und Oberflächenprozesse bei der Förderung der übermäßigen Absenkung nach dem Rift bewerten.

Erzwangen die Dinarischen Alpen während des miozänen Klimaoptimums ein arides Klima und die Artenbildung? (Laufend, 2024–2027)

PIs: Nevena (Andrić-)Tomašević, (KIT), Oleg Mandic (Natural History Museum Vienna) | PhD: Robert Šamarija (KIT)

Es wurde nachgewiesen, dass zwischen der Entstehung großer Gebirgsketten wie den Anden und dem Himalaya und dem Klima ein kausaler Zusammenhang besteht. Dort führt eine signifikante Hebung zu einem Klimawandel, der zu unterschiedlichen Ablagerungsumgebungen und einer unterschiedlichen Artenbildung der Fauna innerhalb des Gebirgszugs führt. In Anbetracht der sedimentären und paläontologischen Aufzeichnungen prüfen wir die Hypothese, dass diese Beziehung besteht und sich in ähnlichem Maße auf die Ablagerung und Artenbildung in den niedrigeren Gebirgszügen wie den Dinarischen Alpen (Dinariden) in Südosteuropa auswirkt. Sedimentologische und paläontologische Daten deuten darauf hin, dass die topografische Hebung der Dinariden eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der regionalen Gegensätze, d. h. der ariden und feuchten Bedingungen und der Verteilung der Fauna in den Dinariden während des miozänen Klimaoptimums (MCO) gespielt hat. Die Analyse der kausalen Zusammenhänge wird jedoch durch die Ungewissheit erschwert, ob die Becken im gesamten Gebirge koexistent waren oder nicht. Diese Ungewissheit beruht auf der sehr schlechten Altersbestimmung der sedimentären Abfolgen im inneren Teil der Dinariden. In dieser Studie werden wir die Hypothese testen, dass das Wachstum der Dinariden unterschiedliche klimatische Bedingungen beeinflusste, die zu unterschiedlichen Ablagerungsumgebungen und Faunenarten in den Becken der Dinariden während des MCO führten. Diese Hypothese wird durch eine systematische Datierung der Becken im inneren Teil der Dinariden anhand von U-Pb-Datierungen von Tuffschichten und Karbonatsedimenten überprüft. Darüber hinaus wird dies durch die Überprüfung der zeitlichen und räumlichen Verteilung der Fauna in diesem Gebiet unterstützt. Schließlich wird die Integration der neuen numerischen Altersbestimmungen, die diese Arbeit liefert, mit den bestehenden numerischen Altersbestimmungen (die sich größtenteils auf den äußeren Teil der Dinariden beschränken) uns eine orogenweite Korrelation der Sediment- und Faunenabfolgen in den isolierten Becken ermöglichen. Der daraus resultierende Datenrahmen wird uns in die Lage versetzen, die kausalen Zusammenhänge zwischen dem Wachstum "kleiner" Gebirgszüge wie der Dinariden, dem regionalen Klimawandel und der adaptiven Radiation ihrer Biota genau zu bewerten.

Integrierte Aufzeichnungen von tektonischen und klimatischen Wechselwirkungen in der Sedimentarchitektur des Nördlichen Alpenvorlandsbeckens (Abgeschlossen, 2021–2024)

PIs: Nevena (Andrić-)Tomašević (KIT), Todd A. Ehlers (Uni Tübingen) | PhD: Lucas Eskens (KIT)

Dieses Projekt befasst sich mit Thema 2 "Reaktion der Oberfläche auf Veränderungen der Tiefenstruktur auf verschiedenen Zeitskalen", indem es sich auf die Auswirkungen der Plattendynamik auf die Architektur des Nördlichen Alpenvorlandsbeckens (NAFB) konzentriert. In dieser Studie werden wir die Hypothese testen, dass Plattenrisse und -abbrüche die heterogene Architektur des NAFB entlang des Streiches beeinflussen. Die Hypothese wird getestet durch (1) 3D-Simulation der Ablagerungsdynamik des Vorlandbeckens oberhalb von Plattenabbruch und -riss unter Verwendung eines integrierten geodynamischen und stratigraphischen 3D-(Ablagerungs-)Modells und durch (2) Bewertung von Endglied-Modellszenarien durch detaillierten Vergleich mit der heutigen NAFB-Architektur. Dieser hochmoderne Modellierungsansatz in Verbindung mit geologischen und geophysikalischen Beobachtungsdaten wird es uns ermöglichen, die Auswirkungen des Plattenabbruchs und -risses auf die NAFB-Architektur zu trennen und zu quantifizieren. Außerdem können wir so beurteilen, inwieweit das Abreißen und der Abbruch von Platten durch andere tektonische Prozesse, Klimaveränderungen und Schwankungen des Meeresspiegels überlagert werden können. Unsere Forschungsergebnisse werden als Grundlage für die Prüfung verschiedener Hypothesen dienen, die aus geologischen und geophysikalischen Feldstudien sowie aus geodynamischen, landschaftlichen und klimatischen Entwicklungsmodellen im Rahmen des 4DMB-Programms abgeleitet wurden.

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Wir haben zwei End-Member-Szenarien vorgeschlagen, die im Rahmen dieser Forschung getestet werden sollen. Die Auswirkungen von a) Plattenabriss und -abbruch und b) gleichzeitigem Plattenabbruch auf die Architektur des Vorlandbeckens und des Hinterlands.