Messung von Gesteinshebungsraten mithilfe kalibrierter inverser Landschaftsentwicklungsmodellierung

• Antragsteller: Dr. Fergus McNab
• Fachliche Zuordnung: Geologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 559578079

Hebung der Erdkruste („Gesteinshebung“) ist ein entscheidender Treiber der Oberflächenentwicklung. Sie bildet Gebirge mit zahlreichen Naturgefahren und hat einen dominanten Einfluss auf Klimasysteme und Biodiversität. Gesteinshebung kann zudem Paläo-Meeresspiegelmarker verschieben, was die Rekonstruktion vergangener Meeresspiegel und Eisschilde erschwert. Das Verständnis der vielfältigen Ursachen und Folgen von Gesteinshebung erfordert detaillierte Beobachtungen ihrer raum-zeitlichen Entwicklung, doch direkte Hebungsmarker sind in vielen Umgebungen rar. Eine Landschaft, die dieses Problem veranschaulicht, ist das südliche Afrika, wo ein Hochplateau über 1 km über dem Meeresspiegel liegt, trotz einer großen Distanz zu aktiven Plattengrenzen und einer alten, dicken Lithosphäre. Die Hebung der Region wurde ihrer außergewöhnlichen Biodiversität und den Mustern atmosphärischer Zirkulation zugeschrieben. Möglicherweise hat sie auch seltene Meeresspiegelmarker der mittelpliozänen Warmzeit, einem Klima-Analogon der nahen Zukunft, verdrängt. Mangelnde Evidenz trägt zu Kontroversen hinsichtlich Zeitpunkt und Mechanismen der regionalen Hebung bei. Im Gegensatz zu spärlichen Hebungsmarkern, wie exponierten marinen Gesteinen, sind Landschaftsformen allgegenwärtig. Die Beziehungen zwischen Gesteinshebung und Topografie könnten daher die Ableitung von Hebungsmustern über Kontinente hinweg ermöglichen. Bisherige Bemühungen konzentrierten sich auf die inverse Modellierung von Flusslängsprofilen, um diesen passende Hebungsgeschichten zuzuschreiben. In letzter Zeit wurden jedoch effiziente Modelle erarbeitet, die zusätzlich Hangprozesse und laterale Flussmigration berücksichtigen. Diese Fortschritte bilden die Grundlage für die inverse Modellierung der gesamten Landschaft, dem Schwerpunkt dieses Projekts. Durch die Analyse simulierter und reeller Topografien werde ich untersuchen, wie sich Hebungsmuster in gesamten Landschaften widerspiegeln. Ich werde auch erforschen, inwieweit Landschaftsmodelle mit Erosionsraten, abgeleitet von Thermochronologie und kosmogenen Radionukliden, kalibriert werden können. Diese Erkenntnisse werden zur Methodenentwicklung von kalibrierten inversen Landschaftsentwicklungsmodellen beitragen, die sämtliche Oberflächenprozesse einbeziehen und in vielen Umgebungen anwendbar sind. Dieser Ansatz bietet auch die Möglichkeit zum Vergleich von Vorhersagen diverser Landschaftsentwicklungsmodelle. Diese Methoden werde ich auf Basis von Feld- und Laborarbeiten zur Generierung lokaler Erosionsraten im südlichen Afrika anwenden. Diese Arbeit wird neue Erkenntnisse über die kontroverse Hebungsgeschichte des südlichen Afrikas liefern, die die Korrektur lokaler Meeresspiegelmarker ermöglichen und das Verständnis globaler Veränderungen des Meeresspiegels während der mittelpliozänen Warmperiode verbessern. Die hier entwickelten Methoden werden der Gemeinschaft zur Verfügung gestellt, mit Anwendungspotential in verschiedenen geologischen Disziplinen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Pieter van der Beek