Biota, Brüche und Schwellenwerte: Emergente Selbstorganisation in der Entwicklung von Landschaften?

• Antragsteller: Professor Dr. Dirk Scherler
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Physische Geographie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280525891

Dieser Antrag stellt ein Fortsetzung unser laufenden Arbeiten aus der ersten Phase des EarthShape SPP dar, in denen wir den biotischen Einfluss auf Sedimentransport und die Einschneidung von Flüssen untersuchen. Unsere Untersuchungen zielen auf den kombinierten Einfluss von Abflussvariabilität und Erosions-Schwellenwerte bei der Flusseinschneidung ab. Während der ersten Phase haben wir den EarthShape Klima- und Vegetationsgradienten ausgenutzt um eine biotische Signatur in der Abflussvariabilität und Erosionseffiezienz zu ermitteln. Unsere Ergebnisse und Geländebeobachtungen haben gezeigt, dass es sowohl entlang als auch quer zum EarthShape Gradienten enorme räumliche Variabilität in der Größe des Flusssediments (Erosions-Schwellenwerte) sowie in der Regolithmächtigkeit gibt. Innerhalb einzelner EarthShape Studienorte, scheinen die beobachteten räumliche Gradienten in der Regolithmächtigkeit, Gradienten in der Bruchdichte im Anstehenden zu folgen. Wir stellen daher die Hypothese auf, dass Biota, durch ihren Einfluss auf die chemische Verwitterung, auch die Sedimentgröße beeinflusst, doch dass dieser Einfluss durch die Bruchdichte begrenzt wird. Unsere Daten zeigen darüberhinaus, dass die Denudationsraten in den EarthShape Studienorten sehr gering sind (~10 m/Myr). Das bedeutet, dass die Landschaften die wir studieren über Zeiträume von mehreren Millionen Jahren entstanden sind, während derer die Umweltbedingungen höchstwahrscheinlich andere waren als die heutigen. Um die biotischen Einflüsse auf chemische Verwitterung, Sedimentgröße und damit Erosions-Schwellenwerte zu entschlüsseln und gleichzeitig Scheinkorrelationen zu vermeiden, erkennen wir den potenziell wichtigen Einfluss der Bruchdichte sowie die zeit-abhängige Natur der Landschaftsentwicklung an. In diesem Projekt wollen wir daher (1) den Zusammenhang zwischen Bruchdichte, Regolithmächtigkeit, und Sedimentgröße quantifizieren, (2) räumliche und zeitliche Variabilität von Hangerosionsraten unterhalb der Einzugsgebiet-Skala erfassen, sowie (3) diese Beobachtungen in Landschafts-entwicklungsmodellen kombinieren, um den Einfluss der Biota auf die Flusseinschneidung zu quantifizieren. Dabei werde wir die Daten und Beobachtungen aller Projekte der ersten Phase mit neuen Geländemessungen in einem neuen Modellierungsansatz kombinieren, in dem wir explizit auf hydrologische und topographische Einflüsse auf die chemische Verwitterung und Sedimentgröße eingehen. Unsere Ergebnisse werden ein Schlüssel für die Bewertung der Vergleichbarkeit der EarthShape Studienorte sein und unser Modellierungsansatz wir eine neue Schnittstelle bereitstellen um die unterschiedlichen wissenschaftlichen Ansätze des EarthShape Programms zu integrieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1803: EarthShape: Earth Surface Shaping by Biota
• Internationaler Bezug: Chile, USA
• Kooperationspartner: Dr. Eric Deal; Professor Dr. Luca Mao
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Jean Braun