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The Neoproterozoic to recent evolution of SW Gondwana - From an orogen to a passive continental margin environment induced by the "plate" and "plume mode".

Krob, Florian

German Title: Die neoproterozoische bis rezente Entwicklung SW Gondwanas - Von einem Orogen zu einem passiven Kontinentalrand bedingt durch den Einfluss des „Platten“ und „Plume Modes“.

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Abstract

The overarching goal of this thesis is the reconstruction of a coherent Late Neoproterozoic to recent time-temperature-evolution to connect individual geological stages (environments) of the Wilson Cycle, and consequently, follow the development from an active orogeny to an intraplate and later passive continental margin environment induced by the interaction of the “plate“ and “plume mode”. The research is based on the thermochronological analysis of Neoproterozoic basement rocks along the South Atlantic passive continental margins in SE Brazil and NW Namibia as well as the numerical modeling of the collected data. Moreover, the study combines multiple geological archives, e.g. geo- and thermochronological data from the published geological record and the stratigraphic records of sedimentary basins to constrain the entire timetemperature-evolution. In addition, the research aims to retrieve signals and traces of the Paraná-Etendeka vertical and horizontal plume movement during the Mesozoic SW Gondwana intraplate environment. It quantifies the possibly plume-induced rock and surface uplift (dynamic topography) preceding the Paraná-Etendeka Large Igneous Province integrating all available thermochronological data sets along the South Atlantic passive continental margins and the stratigraphic records of the major sedimentary basins surrounding the Paraná-Etendeka Large Igneous Province. By combining multiple geological archives, this thesis succeeds to reconstruct a possible and coherent Late Neoproterozoic to recent time-temperature evolution. Thereby, this research quantifies the timing, magnitude und rates of cooling and heating, or rather exhumation and subsidence during the development of the individual geological environments. The thesis therefore comprises the post-Pan African/Brasiliano orogenic cooling of rocks, the burial and subsidence involving the heating of the Neoproterozoic basement rocks during the Late Paleozoic Gondwana intraplate basin formation, and the thermal overprint caused by the Paraná-Etendeka flood basalt deposition and magmatic activity and following cooling during the post-South Atlantic rift and breakup exhumation. Furthermore, signals and traces of the Paraná-Etendeka plume movement causing large scale rock and surface uplift prior to the emplacement of the Paraná-Etendeka Large Igneous Province are retrieved. As a result, it is possible to determine spatial and temporal ranges for the plume movement-influenced area on the Earth’s surface during the Mesozoic SW Gondwana intraplate environment. Thereby, this thesis contributes to the understanding of the complex evolution of the individual yet interconnected geological environments and the dynamic interplay of the driving endo- and exogenous forces.

Translation of abstract (German)

Das übergeordnete Ziel dieser Dissertation ist die zusammenhängende Rekonstruktion der Zeit-Temperatur-Entwicklung seit dem späten Neoproterozoikum, um die einzelnen geologischen Stadien (Environments) des Wilson Zyklus zu verknüpfen und somit der gesamtheitlichen Entwicklung von einer aktiven Orogenese, über ein Zwischenplatten-, zu einem passivem Kontinentalrand-Environment, bedingt durch den Einfluss des „Platten“ und „Plume Modes“ zu folgen. Um diese Entwicklung zu untersuchen, basiert die Arbeit auf der thermochronologischen Analyse von neoproterozoischen Gesteinen entlang der passiven Kontinentalränder im Südosten Brasiliens und Nordwesten Namibias und der numerischen Modellierung der gewonnen Daten. Darüber hinaus verbindet diese Arbeit verschiedene geologische Archive, wie z.B. geo- und thermochronologische Daten aus der veröffentlichten geologischen Datenbank und stratigraphische Tabellen der sedimentären Becken, um eine höhere Wahrscheinlichkeit der gesamtheitlichen Zeit-Temperaturentwicklung, auf Basis der Archive, zu gewährleisten. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist es, Signale und Spuren der vertikalen und horizontalen Konvektion des aufsteigenden Paraná-Etendeka Plumes während des mesozoischen, südwestlichen Gondwana-Zwischenplatten-Environments in den geologischen Archiven aufzuspüren. Im Zuge dessen quantifiziert diese Arbeit die, der Paraná-Etendeka magmatischen Großprovinz vorausgehende und durch den möglichen Plume Aufstieg beeinflusste, Gesteins- und Oberflächenhebung (Dynamic Topography) und integriert dabei alle verfügbaren thermochronologischen Datensätze entlang der südatlantischen Kontinentalränder von Süd Amerika und dem südwestlichen afrikanischen Kontinents und die stratigraphischen Tabellen der wichtigsten, und an die Paraná-Etendeka magmatische Großprovinz angrenzenden, sedimentären Becken. Durch die Verknüpfung mehrerer geologischer Archive gelingt es dieser Arbeit eine mögliche und zusammenhängende Zeit-Temperaturentwicklung seit dem Neoproterozoikum zu rekonstruieren. Dadurch kann die Forschung die zeitlichen Abschnitte, die Größenordnung und Raten der Abkühlung und Aufheizung, bzw. Exhumation und Subsidenz während der Entwicklung der einzelnen geologischen Stadien quantifizieren. Somit umfasst diese Dissertation die Abkühlung der Gesteine nach der Pan Afrikanischen/Brasilianischen Orogenese, die Überlagerung und Subsidenz und damit verbundene Aufheizung der Gesteine des neoproterozoischen Grundgebirges während der spät paläozoischen Beckenbildung im Zwischenplattenstadium, und der thermischen Überprägung der Gesteine, ausgelöst durch die Ablagerung der Paraná-Etendeka Flutbasalte und der begleiteten magmatischen Aktivität, und der nachfolgenden Abkühlung während der, dem Aufbrechen des südatlantischen Ozeans folgenden Exhumation. Zusätzlich gelingt es der Studie die Signale und Spuren von der, dem Auftreten der Paraná-Etendeka magmatische Großprovinz hervorgehenden großflächigen Gesteins- und Oberflächenhebung in den geologischen Archiven zu finden. Folglich ist es möglich Grenzen der räumlichen und zeitlichen Dimension der, während des mesozoischen südwestlichen Gondwana Zwischenplatten-Environments und vom Paraná-Etendeka Plume Aufstieg, beeinflussten Fläche auf der XXII Erdoberfläche zu bestimmen. Durch diese Erkenntnisse kann diese Studie dazu beitragen, das Verständnis der komplexen Entwicklung der einzelnen jedoch verbundenen geologischen Environments und das dynamische Zusammenspiel der treibenden endogenen und exogenen Kräfte zu verbessern.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Glasmacher, Prof. Dr. Ulirch A.
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 16 July 2020
Date Deposited: 29 Sep 2020 13:47
Date: 2020
Faculties / Institutes: Fakultät für Chemie und Geowissenschaften > Institut für Geowissenschaften
Subjects: 550 Earth sciences
Controlled Keywords: Plate and Plum Mode, Paraná-Etendeka plume, Thermochronology, Langzeitliche Landschaftsentwicklung, Dynamic Topography
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