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Evolution and decay of peneplains in the northern Lhasa terrane, Tibetan Plateau

Revealed by low-temperature thermochronology, U-Pb geochronology, provenance analyses, and geomorphometry

dc.contributor.advisorDunkl, István Dr.
dc.contributor.authorHaider, Viktoria L.
dc.date.accessioned2014-10-21T09:26:57Z
dc.date.available2014-10-21T09:26:57Z
dc.date.issued2014-10-21
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0023-990C-4
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-4741
dc.description.abstractDiese Dissertation befasst sich mit der Entwicklung von “Fastebenen”, die im Weiteren einheitlich als “Peneplains” bezeichnet werden, sowie dem Zerfall dieses markanten geomorphologischen Erscheinungsbildes im südlichsten Teil des tibetischen Plateau dem sogenannten Lhasa Block. Im Zuge dieser Arbeit konnten neue Erkenntnisse über die Hebungsgeschichte und der Sedimentverteilung in diesem Untersuchungsgebiet gewonnen werden. Diese Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis der geodynamischen Entwicklung Asiens bei, die bis heute viele Fragen aufwirft. Ende des 19. Jahrhunderts wurden Peneplains als metastabile geomorphologische Formen angesehen, die im Zuge großflächiger Erosion entstehen. Die Bezeichnung Peneplain und das dahinter stehende Konzept werden seitdem von der geomorphologischen Gemeinschaft jedoch kontrovers diskutiert. Bis heute gibt es keine standardisierte bzw. repräsentative Definition für das nicht zu übersehende landschaftsbildende Phänomen der Peneplains. Dementsprechend gibt es auch nur wenige Ansätze zu Modellierungen oder Berechnungen mit Geoinformationssystemen. Hier, in dieser Dissertation, werden idealisierte Peneplains als erhöhte, gleichmäßige und großflächige Ebenen mit abfallenden Hängen verstanden, auch wenn sich landschaftsbildende Peneplains oft gekippt darstellen und durch tektonische Prozesse gestört bzw. bereits durch fortschreitende Erosionsprozesse angegriffen sind. Gut erhaltene Peneplains sind speziell für das Gebiet um den höchstgelegenen See der Welt, dem Nam Co, im nördlichen Teil des Lhasa Blocks im Hochland von Tibet charakteristisch. Die Peneplains zerschneiden das dort vorkommende viel ältere und vorwiegend granitische Gestein sowie die angrenzenden Metasedimente. Zur Bestimmung der Abkühl- und Hebungsalter der Granite wurden geo- und thermochronologische Methoden wie Zirkon U-Pb, Zirkon (U-Th)/He, Apatit (U-Th)/He und Apatit-SpaltspurenDatierung angewendet. Neben der Hebungsrate konnte auch die Freilegung des granitischen Gesteines ermittelt werden. Mit der Methode zur Bestimmung des U-Pb-Zirkonalters konnten zwei Intrusionsgruppen, um 118 Ma und 85 Ma, festgestellt werden. Ebenso wurden vulkanische Aktivitäten nachgewiesen und auf einen Zeitraum zwischen 63 Ma und 58 Ma datiert. Thermische Modelle, aufbauend auf Zirkon- und Apatit-(U-Th)/He-Datierungen sowie auf ApatitSpaltspuren-Daten der untersuchten Granitoide, ergeben einen Hebungs- und Abkühlungszeitraum von 75 Ma bis 55 Ma mit einer Hebungsrate von 300 m/Ma, welche im Zeitfenster zwischen 55 Ma und 45 Ma stark abfällt auf 10 m/Ma. Die Auswertung der Messdaten unserer Kooperationspartner an der Universität Münster zu kosmogenen Nukliden zeigen sehr niedrigen Erosionsraten von 6-11 m/Ma und 11-16 m/Ma, in den letzten 10.000 Jahren die in den einzelnen Einzugsgebieten ermittelt wurden. Diese Daten zeugen von einer noch immer andauernden Periode der Stabilität und tragen zur Erhaltung der Peneplains bei. Während der anhaltenden Phase der Erosion und Einebnung sind vor ungefähr 45 Ma in der untersuchten Region zwischen 3 km und 6 km Gestein abgetragen und weg transportiert worden. Es ist naheliegend, dass das abgetragene Material als Sediment über das vorhandene Flusssystem fast vollständig in die heute bestehenden Ozenane transportiert wurde. Im Lhasa Block können nur verhältnismäßig wenig Sedimente aus dieser Zeit nachgewiesen werden. Alle bisherigen Untersuchungsergebnisse sowie die durchgeführte Sediment-Herkunftsanalyse untermauern die Theorie, dass die Peneplainbildung und ihre Erosionsprozesse in niedriger Höhe - höchstwahrscheinlich auf Meeresniveau - stattgefunden haben muss. Dieser Prozess wurde durch die Kollision des indischen Kontinents mit Asien gestoppt. Die resultierende Krustenverdickung führte zu einer Hebung der Landschaft mit den Peneplains, von Meeresniveau auf 5.000 bis 7.000 Höhenmeter. Die auf dem “das Dach der Welt” vorherrschenden idealen Klimabedingungen haben anschließend für die fast vollständige Erhaltung der Peneplains gesorgt. Der zweite Teil der Dissertation befasst sich mit der Entwicklung einer robusten Methode Peneplains anhand digitale Höhenmodelle (DEM) zu berechnen bzw. zu kartieren. Frei zugängliche DEMs machen es möglich, Erdoberflächen repräsentativ mathematisch und statistisch zu analysieren und zu charakterisieren. Diese Analysemethode stellt eine ausgezeichnete Möglichkeit dar, die Peneplains mittels aussagekräftiger Algorithmen zu charakterisieren und digital zu kartieren. Um Peneplains algorithmisch von der Umgebung klar abgrenzen zu können, wurde ein komplett neuer Ansatz der Fuzzylogik angewandt. Als DEM-Basis wurde ein 90 arcsec-DEM der Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) verwendet. Mithilfe eines Geoinformationssystems (GIS) wurden Algorithmen geschrieben, die vier verschiedene kritische Parameter zur Beschreibung von Peneplains berücksichtigen: (I) Gefälle, (II) Kurvigkeit, (III) Geländerauhigkeit und (IV) Relative Höhe. Um die Eignung der Methode zu prüfen, wurde auf Basis der SRTM-DEM weltweit kartiert und mit schon in der Literatur beschriebenen Peneplains verglichen. Die dabei erhaltenen Ergebnisse von den Appalachen, den Anden, dem Zentralmassif und Neuseeland bestätigen dass ein Einsatz des Modells, weltweit und unabhängig von der Höhenlage möglich ist.de
dc.language.isodeude
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/
dc.subject.ddc910de
dc.subject.ddc550de
dc.titleEvolution and decay of peneplains in the northern Lhasa terrane, Tibetan Plateaude
dc.title.alternativeRevealed by low-temperature thermochronology, U-Pb geochronology, provenance analyses, and geomorphometryde
dc.typedoctoralThesisde
dc.contributor.refereeEynatten, Hilmar von Prof. Dr.
dc.date.examination2014-07-01
dc.description.abstractengThe key issue of this thesis is the evolution and decay of peneplains, which are distinctive geomorphological structures in the southern area of the Tibetan Plateau. Additionally, evidence concerning the uplift history and sediment dispersion patterns of the southern Tibetan Plateau was attained. These processes are, still not well understood but heavily debated and especially crucial for the understanding of the geodynamic and paleoclimatologic evolution of Asia. The concept of peneplains exists since the end of the 19th century, and its definition and genesis are controversially discussed by the geomorphological community. Neither has a standardized definition for peneplains been developed yet, nor an established procedure to identify well preserved peneplains using geospatial methods. In this thesis, representative peneplains are understood as elevated geomorphological features with a plain top and a hillside, although most of the existing peneplains are actually disturbed due to tilting in the process of tectonic activity or intersected by linear erosional features. Highly elevated and well-preserved peneplains are characteristic geomorphic features of the Tibetan Plateau. The area under investigation of this thesis is located in the northern Lhasa terrane, north-northwest of Nam Co, one of the highest lakes in the world. Here the peneplains were carved into granitoids and into their metasedimentary host formations. The post-emplacement thermal history of the granitoids was constrained by applying a multimethod geochronology including zircon U-Pb, zircon (U-Th)/He apatite (U-Th)/He, and apatite fission track dating. Additionally, these investigation methods provided a good benchmark for the rate of final exhumation of the peneplains. U-Pb geochronology of zircons yields two narrow age groups for the intrusions at around 118 Ma and 85 Ma, and a third group shows Paleocene igneous activity (63 - 58 Ma). Thermal modeling based on zircon and apatite (U-Th)/He, and apatite fission track data indicates cooling and exhumation of the granitoids between ca. 75 and ca. 55 Ma. and a rapid decline in the exhumation rate from about 300 m/m.y. during the above mentioned period to ~ 10 m/m.y. in the subsequent period between ca. 55 and ca. 45 Ma. Cosmogenic nuclide data gained by our co-operation partner at the University of Münster yield a low local and catchment-wide erosion rates of 6 - 11 and 11 - 16 m/m.y. in the last 10,000 years and indicate an ongoing period of stability for the geomorphic feature of the peneplain. During the prolonged phase of erosion and planation, between 3 and 6 km of rock layer were removed from the peneplain region until ca. 45 Ma. The ablated rock material transformed to sediments and was most probably transported towards the ocean by existing rivers. This can be assumed by the lack of huge amounts of sediments on the Lhasa block. These facts as well as the performed provenance analysis lead to the conclusion that peneplanation and subsequent erosion´proceeded at low elevation, most probably near sea level. This leveling process was stopped by the collision of the India plate and the Asian continent. Crustal thickening and related surface uplift transported the peneplains onto the “roof of the world”. Due to dry climatic conditions the peneplains could be preserved until present day. The second part of the thesis deals with the establishment of a robust geospatial method to detect and analyze peneplains. Since digital elevation models (DEM) with same resolutions and quality are available worldwide, it is possible to analyze and characterize the morphology of the Earth’s surface in a representative way and to a significant extend. DEM offers an excellent opportunity to map distinctive peneplains. For this purpose, a new unbiased DEM-based numerical fuzzy-logic approach was developed for the delineation of peneplains, merely from a morphological point of view. The approach is based on a morphometrical analysis of 90 arcsec Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) - DEM of the field area at the central Tibetan Plateau. A model involving the critical parameters of (I) slope, (II) curvature, (III) terrain ruggedness index, and (IV) relative height was implemented in a geographic information system (GIS). These parameters turned out to be valuable for the correct description and calculation of peneplains. In order to verify the applied method, peneplains, which already had been described in the literature, were delineated in different regions around the world with various geological settings. The obtained results from the Appalachian Mountains, the Andes, the Massif Central, and New Zealand confirm the robustness of the proposed approach.de
dc.contributor.coRefereeKley, Jonas Prof. Dr.
dc.subject.gerFastebenede
dc.subject.gerLhasa Blockde
dc.subject.gerTibet Plateaude
dc.subject.gerDigitale Höhenmodellede
dc.subject.gerU-Pb Datierungde
dc.subject.gerSpaltspurendatierungde
dc.subject.gerSediment Herkunftsanalysede
dc.subject.engPeneplainde
dc.subject.engLhasa Terrainde
dc.subject.engTibet Plateaude
dc.subject.eng(U-Th)/He datingde
dc.subject.engFissiontrack datingde
dc.subject.engZircon U-Pb datingde
dc.subject.engdigital elevation modelde
dc.subject.engPeneplain analysis toolde
dc.subject.engBangoin Batholithde
dc.subject.engprovenance analysesde
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-0023-990C-4-1
dc.affiliation.instituteFakultät für Geowissenschaften und Geographiede
dc.subject.gokfullGeologische Wissenschaften (PPN62504584X)de
dc.identifier.ppn79885166X


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