Miocene to Recent tephrostratigraphy offshore Central America: Evolution, Provenance and Cyclicities
Final Report Abstract
Der zentralamerikanische Kontinentalrand, welcher auf die Subduktion der Cocos Platte unter der karibischen Platte zurückführen ist, gehört zum pazifischen Feuerring an dem, neben Erdbeben, auch häufig explosiver Vulkanismus auftritt. Prozesse und wie sie ablaufen, welche die Eruptionswiderholungsrate, Zyklizitäten in vulkanischen Zeitreihen und Seismizität an erosiven Subduktionszonen steuern sind deshalb eine starke Motivation um die Naturgefahren welche mit den Vulkanen und den Erdbeben in dieser region einhergehen zu untersuchen. Obwohl man große explosive Eruptionen von Costa Rica, Nicaragua, Honduras, El Salvador und Guatemala kennt sind die vorhandenen Informationen und Daten hinsichtlich ihres älteren Eruptionsverhalten sehr gering und können nicht nur auf Grund von Landdaten untersucht werden. In unserem Projekt haben wir deshalb vorhandene Tephren (~1000) untersucht, welche in marine Sedimente (~1300 Proben) des IODP CRISP Projektes (Leg 334&344) und in älteren ODP und DSDP Ausfahrten entlang des zentralamerikanischen Vulkanbogens (CAVA) erbohrt wurden. Wir haben ihre Provenanz mit Daten aus der Literatur und eigenen Proben (~300) aus der Geländearbeit in diesem Projekt verglichen. Die Anwendung dieses komplemntären Datensatzes von marinen Kernen aus deutschen Forschungsausfahrten sowie den 30 Tiefbohrlokationen aus neun Expeditionen ergab eine einzigartige, nahezu komplette tephrochronologische Zusammenstellung für die ganze CAVA welche bis ins Miozän zurückreicht. Indem man nun den direkten geochemischen Fingerabdruck der Tephren benutzte und zudem die systematischen Variationen der Spurenelemente entlang des Arcs, welche durch die eigene Geländearbeit und Proben verfeinert wurde, zur Hilfe nahm konnten wir ~50 Korrelationen zu spezifischen Eruption etablieren sowie weitere ~60 weitverbreitete Tephralagen spezifischen Herkunftsregionen über die letzen 15 Ma entlang der CAVA zuordnen. Quellen für die CRISP Tephren sind vor allem Costa Rica und Nicaragua, sowie ergänzend El Salvador, Honduras und Guatemala und ein größerer Anteil an einer Quelle welche klar mit einer Ozeaninsel assoziiert werden kann. In dem vorliegenden geographischen Rahmen kommt nur das Galapagos Archipel als mögliche Quelle für diese Lagen in Frage. Wir haben die dementsprechenden Tephren mit Ozeaninselsignatur in den Miozänen Sequenzen der ODP sites 1039, 1241, und 1242 gefunden. In der IODP Site U1381, auf dem Cocos Rücken vor Costa Rica haben wir 67 primäre Miozäne (~8 bis ~16,5 Ma) marine plinianische Aschefallablagerungen erkannt wobei 2/3 davon mafische Zusammensetzungen (<57% SiO2) haben. Die zeitliche Verteilung ihres Auftretens in der Site U1381 zeigt einen eindeutigen Anstieg der Eruptionsfrequenz und damit der vulkanischen Aktivität des Galapagos Hot Spots nach 14 Ma. Wir interpretieren diesen Anstieg als Folge von variablem Magmaproduktionsraten auf Grund von Veränderungen im Zuge von Wechselwirkungen zwischen dem Spreizungszentrum und dem Hot Spot. In einem anderen Fall wurde in der Site 1241, nahe der Cocos Insel, eine einzigartige trachytische Tephra Sequenz identifiziert welche hoch explosiven Vulkanismus, aktiv zwischen 2,4 und 1,4 Millionen Jahren, anzeigt, den wir eher mit einer initialen ozeanischen Insel in Verbindung bringen welche nicht die typischen Wachstumsphasen anderer Ozeaninseln anzeigt als die einer Postschildphase. Die Anwendung der tephrochronostratigraphie und ihrer Provenanz erlaubte es uns auch den Zeitpunkt der Ankunft des Cocos-Rückens am costa-ricanischen Kontinentalhang mit 2,9 Ma zu bestimmen, die Altersmodelle für die Sedimentation entlang des pazifischen Plattenrandes zu revidieren, die Existenz langlebiger magmatischer Systeme an der CAVA zu erkennen und die Eruptionsgeschichte einzelner Vulkankomplexe auf Millionen von Jahren zu erweitern sowie zeitliche und zusammensetzungsbedingte Veränderungen entlang der CAVA zu festigen. Des Weiteren zeigen die Zeitreihen der gesamten Tephren der CAVA und des Miozänen Galapagos Vulkanismuses in den CRISP sedimenten und den Leg 170 Sedimenten zyklisches Verhalten an den beiden geodynamischen unterschiedlichen Regionen welche noch projektabschließend weiter untersucht werden. Zukünftige Wissenschaftler die in Zentralamerika arbeiten wollen werden sehr stark von der erarbeiteten Chronostratigraphie profitieren und die Ergebnisse weisen auf einige Themen hin welche in Fortsetzungsanträgen bearbeitet werden können/sollten.
Publications
- (2015) The Miocene Galápagos ash layer record of IODP Legs 334&344: Ocean-island explosive volcanism during plume-ridge interaction, Geology, 43, 599-602
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Schindlbeck, J.C., Kutterolf, S., Freundt, A., Andrews, G.D.M., Wang, K.-L., Völker, D., Werner, R., Frische, M., Hoernle, K.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2016.10.009) - (2016) Late Cenozoic tephrostratigraphy offshore the southern Central American Volcanic Arc: 1. Tephra ages and provenance, Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 17/11, 4641-4668 pp
Schindlbeck, J.C., Kutterolf, S., Freundt, A., Alvarado, G.E., Wang, K.-L., Straub, S.M., Hemming, S.R., Frische, M., Woodhead, J.D.
(See online at https://doi.org/10.1002/2016GC006503) - (2016) Late Cenozoic tephrostratigraphy offshore the southern Central American Volcanic Arc: 2. Implications for magma production rates and subduction erosion, Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 17/11, 4585-4604 pp
Schindlbeck, J.C., Kutterolf, S., Freundt, A., Straub, S.M., Vannucchi, P., Alvarado, G.E.
(See online at https://doi.org/10.1002/2016GC006504)
