Structural and morphotectonic evolution of the Sierras Pampeanas (Argentina) constrained by a multithermochronometer approach

Die Sierras Pampeanas in Zentral- und Nordwestargentinien stellen ein ausgeprägtes morphotektonisches Merkmal im Bereich der flach subduzierenden Nazca Platte unter die Südamerikanische Platte zwischen ~27° S und ~33° S dar. Diese flache Subduktion wurde bisher als Ursache für die Heraushebung und Deformation von Höhenzügen innerhalb der Sierras Pampeanas während des Neogens angenommen. Auf Basis von Apatit Spaltspurendatierungen, Zirkon und Apatit (U-Th)/He Thermochronometern sowie K-Ar Datierungen von Störungsletten werden in der vorliegenden Arbeit neue thermochronologische Daten vorgestellt, deren Interpretation eine veränderte Modellvorstellung bezüglich der thermischen, strukturellen und morphotektonischen Entwicklung der argentinischen Sierras Pampeanas aufzeigt. So ist die Abkühlung unter ~175 °C in den Östlichen und Westlichen Sierras Pampeanas auf eine Permo-Triassische flache Subduktion innerhalb dieser Bereiche zurückzuführen, während die Entwicklung des nördlichen Teils des Arbeitsgebietes davon nicht beeinflusst wurde. Im allgemeinen fand während des Mesozoikums weiterhin Abkühlung und Exhumation statt. Nur lokal begrenzte Gebiete, wie z.B. die Sierra de El Gigante, erfuhren eine Wiedererwärmung durch Sedimentablagerung in Riftbecken, die durch Extension im Bereich von reaktivierten spätpaläozoischen Hauptstrukturen gebildet wurden. Die finale Abkühlung und Exhumation zu oberflächennahen Temperaturen erfolgte in den Östlichen und Westlichen Sierras Pampeanas zwischen der späten Kreide und dem Paläogen, wodurch die Theorie, dass diese Bereiche schon seit mindestens der späten Kreide durch ein positives Relief charakterisiert waren, das während des Neogens nur noch unwesentlich weiter ausgebildet wurde, unterstützt wird. Dieses widerspricht der bisher postulierten Modellvorstellung, dass die Heraushebung der pampeanischen Höhenzüge im wesentlichen durch die andine, flache Subduktion begründet sei. Der Bereich der nördlichen Sierras Pampeanas ist dem gegenüber durch eine känozoische Abkühlungsgeschichte charakterisiert, die durch die Heraushebung des Puna Plateaus beeinflusst gewesen ist. In diesem Gebiet geht der finalen Abkühlung und Exhumation im späten Miozän eine Wiedererwärmung, bedingt durch Sedimentablagerung, während des Paläogens und des frühen Neogens voraus.The Sierras Pampeanas in central and northwestern Argentina constitute a distinct morphotectonic feature above the shallow subducting Nazca Plate beneath the South American Plate between ~27 ° S and ~33° S. Uplift and deformation of the mountain ranges within this area are interpreted to be closely related to this flat-slab subduction during the Neogene. New thermochronological data, derived from application of the apatite fission-track, zircon and apatite (U-Th)/He thermochronometers as well as from K-Ar dating of fault gouges, presented in this thesis, reveal new and improved insights of the thermal, structural, and morphotectonic evolution of the Argentine Pampean ranges. In the Eastern and Western Sierras Pampeanas pronounced cooling below ~175 °C is related to a Permo-Triassic flat-slab subduction period affecting these regions, whereas the northern Pampean ranges were presumably unaffected by this process. During the Mesozoic locally restricted areas experienced burial re-heating, e.g. the Sierra de El Gigante, due to rifting along reactivated Late Paleozoic major structures, but in general cooling and exhumation continued in this phase, even though mainly decelerated. Final cooling and exhumation to near-surface temperatures in the Eastern and Western Sierras Pampeanas occurred between the Late Cretaceous and the Paleogene. This facilitates the idea of an already existing positive topography since at least that time, which was just accentuated during the Neogene, hence contradicts previous theories that the uplift of the mountain ranges in these areas is completely linked to the Andean flat-slab subduction. Contrastingly, the region of the northern Pampean ranges is characterised by a significantly different Cenozoic cooling history, which is presumably influenced by the uplift of the Puna Plateau. Final cooling in this area occurred in the Late Miocene following a period of burial re-heating during the Paleogene to Early Neogene