Contribution of tectonic processes to the exhumation of the Cycladic blueschist unit, Greece and Turkey

In dieser Studie werden strukturgeologische, metamorphe und geochronologische Daten benutzt, um eine Quantifizierung tektonischer Prozesse vorzunehmen, die für die Exhumierung der Kykladischen Blauschiefereinheit in der Ägäis und der Westtürkei verantwortlich waren. Bei den beiden tektonischen Prozessen handelt es sich um: (1) Abschiebungstektonik und (2) vertikale duktile Ausdünnung. Eine finite Verformungsanalyse an Proben der Kykladischen Blauschiefereinheit ermöglicht eine Abschätzung des Beitrags von vertikaler duktiler Ausdünnung an der gesamten Exhumierung. Kalkulationen mit einem eindimensionalen, numerischen Model zeigt, daß vertikale duktile Ausdünnung nur ca. 10% an der gesamten Exhumierung ausmacht. Kinematische, metamorphe und geochronologische Daten erklären die tektonische Natur und die Evolution eines extensionalen Störungssystems auf der Insel Ikaria in der östlichen Ägäis. Thermobarometrische Daten lassen erkennen, daß das Liegende des Störungssystems aus ca. 15 km Tiefe exhumiert wurde. Sowohl Apatit- und Zirkonspaltspurenalter als auch Apatit (U-Th)/He-Alter zeigen, daß sich das extensionale Störungssystem zwischen 11-3 Ma mit einer Geschwindigkeit von ca. 7-8 km/Ma bewegte. Spät-Miozäne Abschiebungen trugen zur Exhumierung der letzten ~5-15 km der Hochdruckgesteine bei. Ein Großteil der Exhumierung der Kykladischen Blauschiefereinheit muß vor dem Miozän stattgefunden haben. Dies wird durch einen Extrusionskeil erklärt, der ca. 30-35 km der Kykladischen Blauschiefereinheit in der Westtürkei exhumierte. 40Ar/39Ar und 87Rb/86Sr Datierungen an Myloniten des oberen Abschiebungskontakts zwischen der Selçuk Decke und der darunterliegenden Ampelos/Dilek Decke der Kykladischen Blauschiefereinheit als auch des unteren Überschiebungskontakts zwischen der Ampelos/Dilek Decke und den darunterliegenden Menderes Decken zeigt, daß sich beide mylonitische Zonen um ca. ~35 Ma formten, was die Existenz eines Spät-Eozänen/Früh-Oligozänen Extrusionskeils beweist.In this study structural, metamorphic and geochronological data are used to quantify how tectonic exhumation processes, i.e. normal faulting and vertical ductile thinning, contribute to the total exhumation of the deeply buried Cycladic blueschist unit in the Aegean and western Turkey. A finite-strain analysis on samples of the Cycladic blueschist unit demonstrates how much vertical ductile thinning contributed to the total exhumation of the high-pressure rocks. Calculations with a one-dimensional numerical model suggest that ductile thinning contributed only ~10% to the total exhumation. Kinematic, metamorphic and geochronological data elucidate the tectonic nature and evolution of the extensional fault system on Ikaria Island in the eastern Aegean. Thermobarometric data show that the footwall of the extensional fault system was exhumed from a depth of ~15 km. Zircon and apatite fission track and apatite (U-Th)/He ages indicate that the extensional fault system slipped at fast rates of ~7-8 km Myr-1 between 11-3 Ma. The late Miocene low-angle normal fault detachments accomplished only the final ~5-15 km of the total exhumation of the Cycladic blueschist unit. Available P-T data show that ~30-35 km of exhumation was already accomplished in an extrusion wedge in western Turkey before the Miocene. 40Ar/39Ar and 87Rb/86Sr dating of mylonite of the upper normal fault contact between the Selçuk nappe and the underlying Ampelos/Dilek nappe of the Cycladic blueschist unit as well as of the lower thrust contact between the Ampelos/Dilek nappe and the underlying Menderes nappes shows that both mylonite zones formed at ~35 Ma and prove the existence of a Late Eocene/Early Oligocene extrusion wedge

Vertical ductile thinning and its contribution to the exhumation of high-pressure rocks: the Cycladic blueschist unit in the Aegean

<p>The contribution of vertical ductile thinning to the exhumation of high-pressure rocks is evaluated by estimating finite strain in 75 exhumed high-pressure rocks of the Cycladic blueschist unit in the Aegean Sea, Greece, and western Turkey. Strain data indicate heterogeneous deformation; principal stretches are 1.24–5.03 for <em>S</em>_<em>X</em>, 0.63–2.53 for <em>S</em>_<em>Y</em> and 0.10–0.81 for <em>S</em>_<em>Z</em>, with a tensor average of <em>S</em>_<em>X</em>:<em>S</em>_<em>Y</em>:<em>S</em>_<em>Z</em>=1.52:1.28:0.51. A 1D numerical model, which integrates velocity gradients along a vertical flow path with a steady-state orogen, is used to estimate the contribution of ductile thinning of the overburden of the high-pressure rocks to exhumation. Using a strain-rate law that is proportional to depth, averaged results show that ductile flow contributed <em>c</em>. 20% to exhumation. A major implication is that the vertical strain in the exhumed rocks is an overestimate of the contribution that ductile flow makes to the total exhumation. A proportional strain-rate law that scales linearly with depth implies that material points rising towards the surface move quickly out of the more rapidly deforming part of the orogen. Therefore, very large vertical strains >90% in deeply exhumed rocks are needed for vertical ductile thinning to be a major exhumation process. </p

Risk assessment of landslides by the increase of extreme weather events

Vor dem Hintergrund der erwarteten zukünftigen Klimaentwicklung mit veränderten Temperatur- und Niederschlagsverhältnissen wird das Gefährdungspotential für Schutzgüter durch Böschungsrutschungen möglicherweise ansteigen. Für den Neu- und Ausbau von Bundesfernstraßen und für die Unterhaltung des bestehenden Straßennetzes können sich hieraus zwangsläufig höhere Risiken ergeben. Daher soll eine geeignete Methodik zur Abschätzung des zukünftigen Gefährdungspotentials durch Rutschungen entwickelt und diese an Fallbeispielen angewendet werden. Anhand einer exemplarischen Auswahl von drei regionaltypischen Fallbeispielen, der Altmündener Wand (Südniedersachsen), dem Rutschhang Pünderich (Moseltal) und dem Wißberg (Rheinhessen) wurde eine Bewertung der dort bereits eingetretenen Rutschereignisse im besonderen Hinblick auf klimatologische Einflussgrößen durchgeführt. Die Rutschereignisse wurden mit gemessenen Niederschlags- und Temperaturdaten (Beobachtungsdaten) des Deutschen Wetterdienstes korreliert, wobei sowohl der Rutschungszeitpunkt als auch der Zeitraum vor einem Rutschereignis berücksichtigt wurde. Zur Abschätzung der zukünftigen Klimaentwicklung in den drei Regionen und der damit möglicherweise verbundenen Zunahme von Rutschungen wurden simulierte Klimaparameter aus dem regionalen Klimamodell REMO (Szenario A1B) verwendet. Dabei wurden die Parameter Niederschlag, Starkniederschlagsereignis und Frost ausgewählt, die sich bereits bei der Analyse mittels der Beobachtungsdaten als rutschungsrelevant herausgestellt haben. Es erfolgte eine Korrelation der Beobachtungsdaten mit den Klimamodelldaten für heutiges Klima (Kontrolllauf). Mittels des Vergleiches der Kontrolllaufdaten mit den entsprechenden Klimamodelldaten für zukünftiges Klima (Szenariolauf) wurde eine erste Trendbetrachtung der zukünftigen Klimaentwicklung innerhalb der drei Untersuchungsgebiete vorgenommen. In allen drei Untersuchungsgebieten ist der Trend in Bezug auf die Klimaänderung gleich, allerdings ist die Varianz bei den einzelnen Klimaparametern unterschiedlich. Die Sommerhalbjahre sind zum einen durch die generelle Abnahme der Niederschlagsmenge und zum anderen durch die Zunahme von Starkniederschlagsereignissen gekennzeichnet. In den Winterhalbjahren werden die Niederschlagsmenge und vor allem die Starkniederschlagsereignisse zunehmen. Hinzu kommt die deutliche Abnahme sowohl der einzelnen Frosttage als auch der Frostperioden. Diese klimatische Entwicklung wird sich auf die Eintrittswahrscheinlichkeit und das Schadensausmaß von Rutschungen dahingehend auswirken, dass bei Lockergesteinsböschungen mit einer Zunahme von oberflächennahen Rutschungen, Schlamm- und Schuttströmen im Sommerhalbjahr und einem Anstieg des Rutschungsrisikos gegen Ende des Winterhalbjahres zu rechnen ist. Bei Festgesteinsböschungen werden zunehmende Verwitterungs- und Erosionsprozesse zu einer erhöhten Rutschungshäufigkeit führen. Da sich klimatische Veränderungen regional zeitlich verzögert einstellen werden, wurde eine empirisch-statistische Einschätzung und eine Ausweisung regionaler Gefährdungsbereiche in Hinblick auf zeitabhängige Eintrittswahrscheinlichkeiten von Rutschungen entlang des Bundesfernstraßennetzes vorgenommen. Dies erfolgte mittels eines graphischen klimatisch-ingenieurgeologischen Modellansatzes für jedes Fallbeispiel. Dabei wurden die Klimaparameter aus dem Klimamodell mit dem rutschungsrelevanten ingenieurgeologischen Parameter Böschungsneigung verschnitten und korreliert, was mit Hilfe des jeweiligen digitalen Geländemodells realisiert wurde. Zusätzlich wurden das digitale Bundesfernstraßennetz und ein digitales Punktekataster von Rutschereignissen in das Modell integriert. Für die Abschätzung des Gefährdungspotentials wurden die Daten aus der Kontrolllauf-Zeitperiode 1971-2000 mit den Daten der Szenariolauf-Zeitperiode 2011-2100 korreliert. Die entsprechenden prozentualen Abweichungen für jeden einzelnen Parameter wurden in Bezug auf ihre Relevanz für das Auslösen von Rutschungen zum einen jahreszeitlich und zum anderen über das Jahr betrachtet und bewertet, wobei auch die Gewichtung aus ingenieurgeologischer Sicht berücksichtigt wurde. Im Ergebnis ist in allen drei Modellgebieten tendenziell im Sommerhalbjahr zwischen 2011 und 2080 und im Winterhalbjahr ab der zweiten Jahrhunderthälfte mit einem erhöhten Rutschungsrisiko zu rechnen. Durch die Korrelation der Klimaparameter mit der Böschungsneigung kann das zukünftige Gefährdungspotential durch Rutschungen entlang des Bundesfernstraßennetzes in einem ersten Schritt zeitabhängig eingestuft und somit abgeschätzt werden. Durch die Weiterentwicklung des Modells könnte so eine bundesweite Risikokarte generiert werden.Against the background of predicted climate change, with modified temperature and precipitation conditions, a future increase in the hazard potential for protective goods by landslides and embankment failures cannot be excluded. This will inevitably lead to higher risks for the new construction and upgrading of federal roads as well as for the maintenance of the existing road system. Based on three typical case studies, Altmuendener Wand (southern Lower Saxony), Puenderich and Wissberg (Rhineland Palatinate), the causes of landslides have been studied and assessed with special emphasis on the climatic factors and their effects. The damaging events, respectively the embankment failures recorded in the case study areas were correlated with the precipitation and temperature data of the German Meteorological Service and relationships were identified. In this analysis both the moment of the event itself as well as the time before it were considered. For estimating the degree of a possible future change of climate within the three regions that might result in an increase of landsliding events, climate parameters of the REMO regional climate model were made use of. From scenario A1B precipitation, heavy rainfall events and temperature, respectively freezing temperatures, were selected, as these parameters had already been shown to be landslide-relevant during analysis of the observation data. By comparing the parameter figures of the scenario run with the corresponding control run, a first trend analysis was made with respect to the future climate change in the regions of each of the case studies. The trend is the same in all three study areas, but there are differences in variance of the climate parameters. The amount of precipitation during the summer half year will decrease, but the days with intense rainfall will increase. The winter half years will be influenced by the increase of precipitation and especially by the significantly increase of days with intense rainfall. Also the significantly decrease of the period of frost and the freezing days will be characteristic for the winter. This climatic development will have the effects on the probability of occurrence and the amount of damage of landsliding events that in case of slopes and embankments in unconsolidated rocks and embankments the near-surface landslides, mud and debris flows will increase over the summer half year. Also the landsliding frequency towards the end of the winter half year will increase. In case of bedrock slopes and embankments weathering and erosion processes in the winter half year will speed up. The climatic factors affecting the stability will react with a regionally different time lag. Therefore it was attempted to achieve the identification of regional risk areas with respect to time-dependent probabilities of occurrence of damaging events along the federal roads system. The assessment is made by means of a graphic climatic and engineering-geological model approach, with which risk classes of time-dependent landslide susceptibility along the federal roads system are empirically and statistically determined. The climate parameters of the climate model were linked and correlated with the landslide-relevant engineering-geological parameter of angle of slope. The digital elevation model of each model area in which the graphic presentation of the future climatic development and also of the different angles of slope were included, represents the basis. Additional a digital spot register of damaging events and the digitally presented federal roads system were included into the model. For assessing the hazard potential the data of the control run period 1971-2000 were correlated with the data of the scenario run period 2011-2100. In the next step the interaction of the various parameters has to be considered and evaluated. To that end the climate parameters were grouped by seasons (summer and winter half year) as well as for the whole year, evaluated and ranked by their hazard potential, while considering both the percentage deviations as well as the weighting from the engineering-geological perspective. In all three case studies the hazard potential over the summer half year will be very high between 2011 and 2080. Considering the winter half year the hazard potential will be very high from the second half of the century. In a first step, the future hazard potential of landslides along the federal highways network can be time-dependent classified and therefore assessed by the correlation of climate parameters with the angle of slope. Thus, a nationwide land-slide hazard map, in which further parameters should be included, could be developed