SFB 1211 „Earth – Evolution at the dry limit“, Projekt C2: Transport und Deposition

  Zerschneidung der Küstenkordillere der hyperariden Atacamawüste Urheberrecht: J. Walk

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Janek Walk

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Phase 2 (2020/2 – 2024/1): Die spätneogene und quartäre Genese der Schwemmfächer entlang der Küstenkordilleren in der Atacama- und der Namibwüste

Nach einer sehr erfolgreichen ersten Phase des Sonderforschungsbereiches 1211, kurz SFB 1211 (siehe unten), ist auch unser Teilprojekt C2 zum Juli 2020 in die zweite Phase gegangen. Unser wissenschaftlicher Mitarbeiter Dr. Janek Walk wird mit Unterstützung vom Dr. Dominik Brill des Geographischen Instituts der Universität zu Köln, Dr. Tobias Ullmann des Instituts für Geographie und Geologie der Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Anna Nguno des Geologischen Dienstes in Namibia und Andrés Quezada des Geologischen Dienstes in Chile an den neuen interdisziplinären Fragestellungen hinsichtlich der quartären bis neogenen Landschaftsentwicklung der Küstenwüsten in Nordchile und Nordwestnamibia und die dortige Interaktion zwischen fluvialen, äolischen und marinen Prozessen arbeiten.

 
Schematische Landschaftstranssekte durch die Atacama und Namib Urheberrecht: J. Walk Landschaftstransekte durch (oben) die Atacamawüste in Nordchile und (unten) die Skelettwüste und deren Hinterland in Nordwestnamibia.

Forschungsvorhaben

Zum einen untersuchen wir die Transport- und Sedimentationsdynamik unter Hyperaridität von der Küste der Atacama in die innere Küstenkordillere. Zum anderen wird ein interkontinentaler Vergleich zwischen der externen Steuerung der Schwemmfächermorphodynamik am aktiven Kontinentalrand Nordchiles mit jener am passiven Kontinentalrand an der Skelettküste in Nordwestnamibia gezogen. In enger Kooperation mit den anderen Teilprojekten im SFB wird in der Atacamawüste außerdem der Einfluss der Lomavegetation auf die Sedimentbereitstellung untersucht. Eine weitere Forschungsfrage beschäftigt sich mit der Funktion von Textur und spektralen Signaturen von Oberflächen sowie der Verwitterungs- und Bodenbildungsintensität für morphostratigraphische Charakterisierungen.

Methoden

Innerhalb der vier Jahre sind mehrere Geländekampagnen in die Küstenkordillere der Atacama als auch an die Skelettküste geplant. Dr. Janek Walk wird in diesem Projekt bewährte Methoden aus der ersten Phase zusammen mit einem Portfolio an neuen Methoden anwenden. Dabei liegt weiterhin ein Fokus auf der Fernerkundung in Kombination mit geochronologischen Untersuchungen. Hydromorphometrische, klimatische, und geologische Raum- und Trendanalysen in Nordwestnamibia sollen mit denen aus der Atacamawüste verglichen werden. Zudem wird ein besseres Verständnis von Starkregenereignissen auf die fluviale Morphodynamik in hyperariden Wüsten durch eine Kombination von hochaufgelöster Fernerkundung und in-situ Messungen erlangt. Des Weiteren wird die Genese der Sedimentationsformen – überwiegend Schwemmfächer – mittels einer Kombination von kosmogener Nukliddatierung und Lumineszenzdatierung chronologisch gefasst. Die Verschneidung der Einzelergebnisse liefert schließlich neue Erkenntnisse über die geomorphologischen Prozesse und der Landschaftsgenese hyperarider Räume.

 
Probennahme zur Oberflächenexpositionsdatierung Urheberrecht: G. Stauch Probennahme zur Datierung der Schwemmfächeroberfläche mittels kosmogener Nuklide.

Phase 1 (2016/2 – 2020/1): Deciphering the evolution of the alluvial fans between 21°S and 25°S – the interplay between climatic and tectonic control

Im Rahmen des SFB 1211 „Earth – Evolution at the dry limit“ bearbeiten wir seit Anfang 2017 zusammen mit der Arbeitsgruppe für Geoarchäologie, Küstenmorphologie und Geochronologie der Universität zu Köln unter Leitung von Professor Helmut Brückner das Teilprojekt „Transport and deposition“, in dem die Entwicklung der Schwemmfächer entlang der Küste der hyperariden Atacamawüste von etwa 21 bis 25 Grad südlicher Breite untersucht werden. Mithilfe von Fernerkundungsauswertung und Detailkartierungen sollen die Schwemmfächeroberflächen sowie die Einzugsgebiete geomorphologisch charakterisiert werden. Darüber hinaus dienen stratigraphische Untersuchungen in Kombination mit verschiedenen physikalischen Datierungsmethoden dazu, den Schwemmfächergenerationen absolute Alter zuzuordnen.

Methoden

Innerhalb dieses Projektes ist das Promotionsvorhaben unseres wissenschaftlichen Mitarbeiters Janek Walk angesiedelt. Sein Fokus liegt einerseits auf der geomorphologischen Analyse mittels Fernerkundung. Zudem arbeitet er an der Expositionsdatierung der verschiedenen Schwemmfächeroberflächen anhand in-situ produzierter kosmogener Nuklide. Melanie Bartz, Kollegin aus der Arbeitsgruppe für Geoarchäologie, Küstenmorphologie und Geochronologie, hat sich auf die Datierung der Schwemmfächersedimente mittels post-Infrarot Infrarot-stimulierter Lumineszenz, kurz pIR-IRSL, sowie Elektronenspin-Resonanz, kurz ESR, spezialisiert.

  Geländearbeiten auf einem Schwemmfächer Urheberrecht: J.-P. Francois Geländearbeiten auf dem Schwemmfächer Guanillos.

Geländekampagnen

Im Anschluss an einen einleitenden Workshop des SFB 1211 in Hornitos wurden im März 2017, unterstützt von zwei chilenischen Kollegen, längere Geländearbeiten in der nördlichen Hälfte des Untersuchungsgebietes durchgeführt. Neben der geomorphologischen Kartierung mehrerer Schwemmfächer sowie der zugehörigen Einzugsgebiete, konnten zahlreiche Sediment- und Gesteinsproben für die verschiedenen Datierungsverfahren gewonnen werden. Die Proben befinden sich gegenwärtig in der Aufbereitung.

Im März und April sowie im August 2018 haben wir weitere Geländekampagnen mit einem Fokus auf das südliche Untersuchungsgebiet zwischen Antofagasta und Taltal durchgeführt. Es konnten mehrere interessante, gut aufgeschlossene Küstenschwemmfächer mit in das Forschungsvorhaben aufgenommen werden.

  Schwemmfächer an der Quebrada de Izcuña Urheberrecht: J. Walk Küstenschwemmfächer an der Quebrada de Izcuña nahe Caleta Botija.

Die spannenden Eindrücke aus der Geländearbeit haben uns zudem dazu motiviert im Sommer 2018 eine studentische Exkursion in das nördliche Chile anzubieten.

Fazit

Im Juni 2020 lief die erste Phase des Projektes aus. Während dieser wurden neue Erkenntnisse über die Morphologie, primären Prozesse und spätpleistozänen Entwicklung der Küstenschwemmfächer der Atacamawüste, die zugehörigen Paläoumweltbedingungen entlang eines latitudinalen Klimagradienten sowie methodische Fortschritte in der pIR-IRSL- und ESR-Datierung erlangt und international veröffentlicht:

  • Bartz, M., Duval, M., Brill, D., Zander, A., King, G.E., Rhein, A., Walk, J., Stauch, G., Lehmkuhl, F., Brückner, H. (2020). Testing the potential of K-feldspar pIR-IRSL and quartz ESR for dating coastal alluvial fan complexes in arid environments. Quaternary International, in press. doi:10.1016/j.quaint.2020.03.037
  • Bartz, M., Walk, J., Binnie, S., Brill, D., Lehmkuhl, F., Hoffmeister, D., Brückner, H. (2020). Late Pleistocene alluvial fan evolution along the coastal Atacama Desert (N Chile). Global and Planetary Change 190, 103091. doi:10.1016/j.gloplacha.2019.103091
  • Walk, J., Stauch, G., Bartz, M., Brückner, H., Lehmkuhl, F. (2019). Geomorphology of the coastal alluvial fan complex Guanillos, northern Chile. Journal of Maps 15, 436–447. doi:10.1080/17445647.2019.1611499
  • Walk, J., Stauch, G., Reyers, M., Vásquez, P., Sepúlveda, F.A., Bartz, M., Hoffmeister, D., Brückner, H., Lehmkuhl, F. (2020). Gradients in climate, geology, and topography affecting coastal alluvial fan morphodynamics in hyperarid regions – The Atacama perspective. Global and Planetary Change 185, 102994. doi:10.1016/j.gloplacha.2019.102994

Darüber hinaus sind die thematischen Ergebnisse zudem in der kumulativen Dissertation von Janek Walk veröffentlicht:

  • Walk, J. (2020). Alluvial fans along the coastal Atacama Desert – landforms, processes, and evolution. Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen. doi:10.18154/RWTH-2020-06003
 
Laufzeit 1. Phase: 2016/2 - 2020/1
2. Phase: 2020/2 - 2014/1
Förderung DFG SFB1211
Projektpartner

1. Phase:
Dr. Melanie Bartz – Geographisches Institut, Universität zu Köln
Prof. Dr. Helmut Brückner – Geographisches Institut, Universität zu Köln

2. Phase:
Dr. Dominik Brill Geographisches Institut, Universität zu Köln

Assoziierte Partner

2. Phase:
Dr. Tobias Ullmann – Institut für Geographie und Geologie, Universität Würzburg
Anna Nguno – Geological Survey of Namibia
Andrés Quezada – Servicio Nacional de Geología y Minería, Chile