Entwicklung eines statistischen Verfahrens zur Analyse großer gepaarter geo- und thermochronologischer Datensätze mit einer Anwendung für die Kanadischen Kordilleren

• Antragsteller: Dr. Tobias Stephan
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 439621066

Die Datierung detritischer Minerale mittels Laser-Ablation ist die meistgenutzte Methode zur Sedimentliefergebietsanalyse. Die Methode erlaubt eine schnelle und kostengünstige Erstellung große geochronologische Datensätze sowie die Anwendung verschiedener Datierungsmethoden (z.B. U–Pb, (U–Th)/He und Spaltspuren) am selben Mineralkorn. Die Kombination geochronologischer und thermochronologischer Methoden liefert wertvolle Informationen zum Verständnis von Wechselwirkungen zwischen Tektonik, Erosion, des sedimentären Transports und Recyclings sowie des Paläoklimas.Die Zunahme der Altersdaten erschwert die Datenanalyse und somit die Interpretation. Die Verbindung verschiedener Provenance-Information, v.a. Multi-Methoden-Datierung (double- und triple-Datierung) von Einzelkörnern, erweitert den Datensatz um eine oder mehrere Dimensionen. Die komplizierte multivariate Datenanalyse von mehre als einem Provenance-Proxy beschränkt sich daher auf die separate Analyse der einzelnen Proxys. Diese Herangehensweise erschöpft aber nicht das gesamte Potential der Multi-methoden Datierung, da die initiale Verbindung der verschiedenen Altersinformation jedes einzelnen Korns ignoriert wird und somit fälschlicherweise angenommen wird, dass die verschiedenen Proxys unabhängige Variablen darstellen.Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer statistischen Auswertemethode zur quantitativen Provenance-Analyse an großen Multi-Methoden-Altersdatensätzen. Unter Verwendung moderner statistischer Methoden (Bayessche Inferenz, Dimensionsreduktion und Clusteranalyse) soll die Prozedur die Ähnlichkeiten der Sedimentproben quantifizieren, Liefergebietsendglieder identifizieren, sedimentäre Mischung quantifizieren und die Provenance von Einzeldatierungsdatensätze interpolieren. Um letztlich auch geologisch sinnvolle Ergebnisse zu erhalten, werden zunächst a priori Annahmen getroffen. Mit einer Vorprozessierung der Daten sollen somit Datenfehler und –ungenauigkeiten reduziert werden. Zur Quantifizierung der Ähnlichkeiten der gepaarten Altersdatensätze sollen zwei mathematischer Ansätze verfolgt werden: (i) die nicht-negative Matrixfaktorisierung und (ii) trans-dimensionale Bayessche Modellierung unter Verwendung hierarchischer Modelle der Rauschabschätzung. Liefergebietsendglieder und der Einfluss sedimentäre Vermischung werden durch explorative Datenanalyse, insbesondere Multidimensionale Skalierung und Dichte-basierender Clusteranalyse, identifiziert und gemessen. Die statistische Prozedur wird an künstlich generierten Daten, sowie an double- und triple-datierten Sedimenten der Kanadischen Kordilleren getestet.Dieser neuartige Ansatz kann auch auf andere gepaarte, radio-isotopische Datensätze, z.B. U–Pb und Lu–Hf, angewendet werden, wodurch ein großes Potential für zukünftige geo-thermochronologische Studien entsteht. Weiterhin liefert er robuste und quantitative Ergebnisse zur Liefergebietsanalyse und Kopplung endo- und exogener Prozesse.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Kanada
• Gastgeberin: Professorin Dr. Eva Enkelmann