Abstract
Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Erforschung der Subsidenzgeschichte des südlichen Segmentes des Südatlantiks. Die Subsidenzgeschichte wird aus Paleobathymetrien abgeleitet, die basierend auf Informationen der heutigen strukturellen Konfiguration und des thermischen Feldes der Kontinentalränder rekonstruiert werden. Diese Herangehensweise liefert genauere als die bislang vorliegenden Erkenntnisse bezüglich der post-rift Subsidenz. Darüber hinaus lassen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit Rückschlüsse auf die Mechanismen zu, welche die Subsidenzgeschichte beeinflusst haben.Im ersten Teil dieser Arbeit wird eine 1D Rückwärtsmodellierung durchgeführt, um Paleobathymetrien des Kontinentalrandes vor SW Afrika zu rekonstruieren. Für diese Rekonstruktion werden einzelne Subsidenzkomponenten entsprechend der sedimentären Last und der thermischen Abkühlung der Lithosphäre separiert. Der Betrag der last-induzierten Subsidenz wird berechnet, indem durch „backstripping“ einzelne Sedimentpakete, beginnend mit dem heutigen Zeitpunkt, schrittweise entfernt werden. Im Gegensatz dazu wird der Betrag der thermischen Subsidenz unter der Annahme uniformer Lithosphärendehnung berechnet. Unter Berücksichtigung beider Subsidenzkomponenten ist es schlussendlich möglich, Paleobathymetrien zu rekonstruieren und daraus die Subsidenzgeschichte abzuleiten. Die Ergebnisse zeigen, dass der SW Afrikanische Kontinentalrand durch die Zeit abgesunken ist, jedoch einzelne Phasen vertikaler Aufwärtsbewegungen (d.h. Meeresboden-Hebung) auftraten. Letztere lassen sich durch Erhebungen oberhalb des Meeresspiegels identifizieren und belaufen sich auf einen Gesamtbetrag von 1200 m für die Gesamtdauer der post-rift Phase. Ihr zeitliches Auftreten und ihre Magnitude geben Hinweise darauf, dass ein Mantel-Mechanismus für die Hebung verantwortlich ist.Um die Subsidenzentwicklung der passiven Kontinentalränder des Südatlantiks genauer zu verstehen, ist zusätzlich eine Erforschung des konjugierten Kontinentalrandes vor SE Südamerika notwendig. Aus diesem Grund wird im zweiten Teil der Arbeit das Colorado Becken vor der Küste Argentiniens auf seine Subsidenzentwicklung hin untersucht. Für diese Untersuchung wird der heutige Zustand der strukturellen Konfiguration des Colorado Beckens verwendet und dabei dieselbe Methode genutzt, wie sie im ersten Teil der Arbeit für das Untersuchungsgebiet vor SW Afrika verwendet wurde. Im Gegensatz zu dem Sedimentbecken am konjugierten Kontinentalrand SW Afrikas mit seinen Phasen der Meeresboden-Hebung ist im Colorado Becken seit dem Aufbrechen Gondwanas ausschließlich kontinuierliche Subsidenz zu erkennen. In Bezug auf die charakteristische Subsidenzentwicklung beider Kontinentalränder ist es den Ergebnissen nach eher unwahrscheinlich, dass einzig „Ridge-Push“ (durch Spreizung des Südatlantiks) eine treibende Kraft für etwaige Hebung ist, da diese sich auf beide Seiten des Südatlantiks mit einer ähnlichen Stärke auswirken sollte. Diese Erkenntnis stützt die Hypothese eines Mantelmechanismus, welcher Einfluss auf die Subsidenzgeschichte des SW Afrikanischen Kontinentalrandes genommen hat.Im dritten Teil der Arbeit wird eine 3D Vorwärtsmodellierung entlang des SW Afrikanischen Kontinentalrandes durchgeführt und mit den vorherigen Ergebnissen der 1D Rückwärtsmodellierung verglichen. Die 3D Vorwärtsmodellierung hat den Vorteil, dass neben der Subsidenz während post-rift Phase auch die der syn-rift Phase berücksichtigt wird. Zusätzlich werden thermische und mechanische Prozesse während der post-rift Phase gekoppelt, sodass die Wechselbeziehung zwischen thermischem Abkühlen der Lithosphäre und flexurell-isostatischer Kompensation durch Sedimentauflast berücksichtigt wird. Die Ergebnisse zeigen, ähnlich wie die der 1D Rückwärtsmodellierung, Erhebungen oberhalb des Meeresspiegels gleicher Magnitude, jedoch mit leicht unterschiedlichem zeitlichem Auftreten. Allerdings lassen die Ergebnisse der Vorwärtsmodellierung eine starke Abhängigkeit zur syn-rift Phase erkennen. Unter Berücksichtigung methodischer Einschränkungen bei der Rekonstruktion der syn-rift Phase zeigt sich, dass die Erhebungen oberhalb des Meeresspiegels auf fehlende Subsidenz während der syn-rift Phase zurückzuführen sind. Diese könnte mit möglichem Fließen der Unterkruste während der syn-rift Phase zusammenhängen, welches bei der Vorwärtsmodellierung nicht berücksichtigt wird. Die beschriebenen Untersuchungen zeigen, dass eine Analyse der Subsidenzgeschichte unter Verwendung von Informationen über die heutige Konfiguration der Kontinentalränder möglich ist. Aus den Ergebnissen lässt sich folgern, dass die Subsidenzgeschichte des SW Afrikanischen Kontinentalrands sehr wahrscheinlich durch einen Mantelmechanismus beeinflusst wurde, welcher für die Meeresbodenhebung verantwortlich ist.
Even though the present-day structure of the South Atlantic passive continental margins has been thoroughly investigated, uncertainties remain, particularly regarding the subsidence evolution during the post-rift phase and its causative processes. This thesis therefore focuses on the subsidence history of the passive continental margins within the Southern Segment of the South Atlantic Ocean. The subsidence history is inferred from restored paleobathymetries along the passive margins using their present-day structural configuration as well as their thermal field.In a first part of this thesis a 1D backward modelling approach is used to reconstruct the paleobathymetries offshore SW Africa. Therefore, individual subsidence components are separated according to the load induced by the sediments and the thermal cooling of the lithosphere. Starting from the present-day configuration, sedimentary units are successively “backstripped” to quantify the amount of load induced subsidence. The amount of thermal subsidence is calculated assuming uniform stretching of the lithosphere. Considering both subsidence components allows reconstructing paleobathymetries of the SW African margin in order to infer its subsidence history. The results obtained show a general subsidence of the margin with intermittent phases of seafloor uplift, as indicated by elevations above sea level in some parts of the research area. Summing up, the amount of elevations above sea level (i.e., seafloor uplift) during the post-rift phase yields about 1200 m. Although this quantification cannot fully identify the causative processes behind the vertical movements, their timing and magnitude give evidence for a mantle mechanism causing seafloor uplift rather than ridge-push related to spreading of the South Atlantic Ocean.Improving the understanding of the subsidence evolution of the South Atlantic passive margins requires also a subsidence analysis along the conjugate margin offshore SE South America. Hence the Colorado Basin along the Argentine margin is investigated. To accomplish this, the present-day structural configuration of the Colorado Basin is used and the same subsidence analysis used to analyse the SW African margin is applied. The results of the backward modelling approach show continuous subsidence of the Colorado Basin since the breakup of Gondwana. Therefore, they are in contrast with the subsidence history of the sedimentary basin on the conjugate margin, where the general subsidence pattern was interrupted by multiple phases of seafloor uplift. In terms of causative processes responsible for the subsidence history, a tectonic force alone, such as ridge-push due to seafloor spreading, is unlikely to cause the seafloor uplift along the SW African margin, since the effects of ridge-push should have the same impact on both margins. This further supports the hypothesis of a mantle mechanism rather than ridge-push as cause for the seafloor uplift along the SW African margin.Finally, to assess how far the obtained seafloor uplift is influenced by the assumptions of the 1D backward modelling and in order to also take the initial syn-rift subsidence into account, 3D forward modelling is performed for the same research area along the SW African margin as in the first part of this work. The 3D forward modelling approach used in this study has the particular advantage of coupling the thermal and mechanical subsidence components. Hence, the interaction between thermal relaxation of the lithosphere and the flexural isostatic response due to sedimentary loading, as well as the interplay of both is considered. The results also indicate elevations above sea level with a similar magnitude, as shown in the backward modelling approach and only minor temporal variations. Following the interpretation of the forward modelling results, it appears that the elevations above sea level are strongly related to the syn-rift phase. Taking the limitations of the approach used to reconstruct the syn-rift phase into account leads to the conclusion that the elevation above sea level might be the result of missing subsidence during the syn-rift phase. This missing subsidence component might be related to unconsidered lower crustal flow while calculating the syn-rift subsidence. According to the previously described approaches, a successful analysis of the subsidence history of the South Atlantic passive continental margins based on present-day observations is possible. After summarizing the results of the three parts of this work and integrating them into a comprehensive discussion of the possible causative processes behind the evolution of the South Atlantic passive continental margins, it is evident that a mantle mechanism affected the SW African margin causing phases of uplift.
