A geomorphological perspective of active tectonics and quaternary landscape development at the Dinarides-Hellenides transition (Northern Albania and Southern Montenegro)

Biermanns, Peter; Reicherter, Klaus; Ustaszewski, Kamil

doi:10.18154/RWTH-2021-02119

A geomorphological perspective of active tectonics and quaternary landscape development at the Dinarides-Hellenides transition (Northern Albania and Southern Montenegro)

Biermanns, Peter^RWTH*

2020 & 2021

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Peter Biermanns, M.Sc.

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2020

Umfang1 Online-Ressource (V, 157 Seiten) : Illustrationen, Diagramme, Karten

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2021

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Reicherter, Klaus (Thesis advisor)^RWTH* ; Ustaszewski, Kamil (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2020-12-11

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2021-02119
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/814229/files/814229.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Dinarides-Hellenides (frei) ; active tectonics (frei) ; fault scarps (frei) ; tectonic geomorphology (frei) ; vibracores (frei) ; windgaps (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 550

Kurzfassung
Die küstennahe Grenzregion zwischen Albanien und Montenegro, die sich zwischen dem Shkodrasee und den Städten Bar (Montenegro) und Lezha (Albanien) erstreckt, ist ein Gebiet erhöhter seismischer Aktivität. Dies wird durch teils starke Erdbeben, wie z.B. das Montenegro-Erdbeben im Jahr 1979 widergespiegelt. In der Region befindet sich das südwestliche Ende der Shkodra-Peja-Störungszone, die die Grenze zwischen Dinariden und Helleniden markiert. Die vorherrschenden Überschiebungsbeben resultieren aus der nordost-gerichteten kontinentalen Subduktion der Adria-Mikroplatte unter Eurasien. Einflüsse der ozeanischen Subduktion entlang des Ägäischen Bogens, die in den südöstlich angrenzenden Regionen prägend sind, beeinflussen das Gebiet zusätzlich. Dadurch entsteht eine der komplexesten geologischen Gegebenheiten auf der gesamten Balkan-Halbinsel. Detaillierte wissenschaftliche Studien über das Gebiet existieren zwar, liefern aber unvollständige und teils widersprüchliche Aussagen über das prägende tektonische Regime, sowie das lokale Hebungs- und Senkungsmuster. Um diese Lücke zu schließen, zielt diese Dissertation darauf ab, seismisch bedingte junge Bodenbewegungen und die daraus resultierende Landschaftsentwicklung zu rekonstruieren, um Rückschlüsse über das übergeordnete tektonische Regime zu erlangen. Unsere paläoseismologischen Studien basieren dabei auf teils idealtypischen geomorphologischen Strukturen verschiedener Größen und Alter. Emporgehobene Trockentäler zeigen die tektonisch bedingte Hebung einer Serie von küstenparallelen Antiklinalen (in Form von Höhenrücken). Im Wechsel mit den benachbarten, durch Störungen begrenzten, Synklinalen ergibt sich eine Horst-Graben-ähnliche Struktur. Unterschiedliche Höhenlagen gleichzeitig gebildeter Trockentäler suggerieren dabei eine stärker werdende relative Hebung in Richtung Hinterland und in Richtung Nordwesten. Die Hebung wird dabei aktuell nicht durch Faltung der Antiklinalen hervorgerufen, sondern ist von der Aktivität und Geometrie unterlagernder Überschiebungen abhängig. In ähnlicher Weise werden drei großmaßstäbliche ‚Fault-Scarps‘ von Abschiebungen auf der Rumija-Bergkette interpretiert. Diese stellen sekundäre Strukturen dar, die infolge von Überschiebungserdbeben entstanden sind. Die Eigenschaften der zugehörigen Bruchstufen, die mit einer Höhe von 6-9 m das anstehende Kalkgestein durchziehen, weisen auf wiederholte Erdbebenereignisse mit Magnituden von Mw≈5-7 und Bewegungsraten von ca. 0.3 - 0.5 mm/Jahr seit dem Letzteiszeitlichen Maximum hin. Mithilfe von 17 flachen Sedimentbohrkernen wird im Rahmen dieser Studie die Landschaftsentwicklung der Schwemmlandebene zwischen Shkodra und der Adriaküste im mittleren bis späten Holozän rekonstruiert. Vor 6000 bis 7000 Jahren, während der Holozänen Maximaltransgression reichte die Adriaküste ca. 11 km weiter ins Landesinnere. Eine Kombination aus klimatischen, tektonischen und anthropogenen Faktoren führte im Anschluss zu wiederholten, weitreichenden hydrologischen Veränderungen und Phasen von sich periodisch verlagerndem Deltavorbau. Eine Detailstudie am Šaskosee zeigt dabei, dass klimatische Faktoren eine generell sehr schnelle Verlandung vorantrieben, während tektonische Einflüsse entscheidend dafür waren, an welchen Orten die jeweils stärkste Sedimentation stattfand. Der Šaskosee selbst entwickelte sich von einer ehemaligen Meeresbucht über einen brackischen Restsee zu einem leicht halinen Süßwassersee in seiner heutigen Ausprägung. Mit unserer Studie tragen wir zu einer insgesamt verbesserten Auflösung hinsichtlich der tektonisch bedingten Bewegungsmuster und -raten bei. Wir reproduzieren dabei die Komplexität der Region, die aus einem Mosaik verschieden großer Blöcke besteht, die sich relativ zueinander heben und senken. Die für die Küstenregion typische Aufschiebungstektonik bestimmt dabei die Ausprägung und der Prozesse und Strukturen.

The coastal Albania-Montenegro border region between Bar (Montenegro), Shkodra Lake and Lezha (Albania) is a domain of enhanced seismic activity, as proven by major earthquakes (e.g., Montenegro 1979, Mw = 7.1). The area hosts the southwestern termination of the Shkodra-Peja Fault Zone, marking the transition between the Dinarides and Hellenides fold-and-thrust belts. Seismicity is largely governed by thrust faulting connected to NE-ward continental subduction of the Adriatic microplate below Eurasia. Far-field effects of oceanic subduction along the Aegean arc (mostly expressed in extensional tectonics) affect the area, while representing the dominant force in close-by surrounding regions. These influences endow the target area with one of the most complex geological settings on the entire Balkan peninsula. Few reliable studies exist, but still deliver mostly inconsistent statements on the overall tectonic regime as well as local uplift and subsidence. To overcome this shortcoming, this PhD thesis aims at identifying seismically-induced young patterns of ground movements and landscape development to relate them with responsible large-scale active tectonic processes. The tectonically active area hosts numerous textbook geomorphological features of different scale and age that our paleoseismologic studies are based on. Windgaps show that fault-bound coast-parallel anticlines are actively uplifting with respect to interjacent synclinal valleys to form a horst-graben-like pattern. Different windgap elevations on single anticlines indicate tendentially greater differential offsets toward the hinterland (NE) and toward the NW. We interpret the young and recent uplift of anticlines as non-folding related but driven by the activity and geometry of underlying thrust faults. In a similar sense, we interpret three major normal fault scarp segments on the Rumija mountain chain as secondary structures associated with the dominant thrust-faulting earthquakes. The properties of 6-9-m-high free faces in bedrock limestone evidence repeated Mw≈5-7 seismic events and movement rates of ca. 0.3 - 0.5 mm/yr since the LGM. In the alluvial plains between Shkodra and the coast, 17 shallow sediment vibracores reconstruct aspects of regional landscape development during the middle to late Holocene. Around 6 - 7 kyr ago, during the Holocene transgressional maximum, the Adriatic coastline was situated ca. 11 km further inland. A combination of climatic, tectonic and anthropogenic triggers induced repeated vast hydrological changes with pulses of delta-progradation at different locations. Detailed studies at Šasko Lake reveal that climatic effects induced very rapid siltation as such, while tectonics crucially co-determined the locations of deposition. Šasko Lake itself evolved from a marine bay over a brackish residual lake to its current state. With our overall study, we contribute to a significantly improved resolution in terms of known differential tectonic movement modes and rates in an area that we corroborate as a complex mosaic of different-scale zones of relative uplift and subsidence. We identify the well-acquainted local thrust faulting tectonics and associated earthquakes as decisive drivers responsibe for the characteristics of (partly secondary) structures and processes.

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