University, Diss., 2005--Kiel.

Landscapes evolve in a complex interplay between climate and tectonics. Thus, the geomorphic characteristics of a landscape can only be understood if both, climatic and tectonic signals of past and ongoing processes can be identified. In order to evaluate the impact of both forcing factors it is crucial to quantify the evolution of geomorphic markers in natural environments. The Cenozoic Andes are an ideal setting to evaluate tectonic and climatic aspects of landscape evolution at different time and length scales in different natural compartments. The Andean Cordillera constitutes the type subduction orogen and is associated with the subduction of the oceanic Nazca Plate beneath the South American continent since at least 200 million years. In Chile and the adjacent regions this convergent margin is characterized by active tectonics, volcanism, and mountain building. Importantly, along the coast of Chile megathrust earthquakes occur frequently and influence landscape evolution. In fact, the largest earthquake ever recorded occurred in south-central Chile in 1960 and comprised a rupture zone of ~ 1000 km length. However, on longer time scales beyond historic documentation of seismicity it is not well known, how such seismotectonic segments have behaved and how they influence the geomorphic evolution of the coastal realms. With several semi-independent morphotectonic segments, recurrent megathrust earthquakes, and a plethora of geomorphic features indicating sustained tectonism, the margin of Chile is thus a key area to study relationships between surface processes and tectonics. In this study, I combined geomorphology, geochronology, sedimentology, and morphometry to quantify the Pliocene-Pleistocene landscape evolution of the tectonically active south-central Chile forearc. Thereby, I provide (1) new results about the influence of seismotectonic forearc segmentation on the geomorphic evolution and (2) new insights in the interaction between climate and tectonics with respect to the morphology of the Chilean forearc region. In particular, I show that the forearc is characterized by three long-term segments that are not correlated with short-lived earthquake-rupture zones that may. These segments are the Nahuelbuta, Toltén, and Bueno segments, each recording a distinct geomorphic and tectonic evolution. The Nahuelbuta and Bueno segments are undergoing active tectonic uplift. The long-term behavior of these two segments is manifested in form of two doubly plunging, growing antiforms that constitute an integral part of the Coastal Cordillera and record the uplift of marine and river terraces. In addition, these uplifting areas have caused major changes in flow directions or rivers. In contrast, the Toltén segment, situated between the two other segments, appears to be quasi-stable. In order to further quantify uplift and incision in the actively deforming Nahuelbuta segment, I dated an erosion surface and fluvial terraces in the Coastal Cordillera with cosmogenic 10Be and 26Al and optically stimulated luminescence, respectively. According to my results, late Pleistocene uplift rates corresponding to 0.88 mm a-1 are faster than surface-uplift rates averaging over the last 5 Ma, which are in the range of 0.21 mm a-1. This discrepancy suggests that surface uplift is highly variable in time and space and might preferably concentrate along reverse faults as indicated by a late Pleistocene flow reversal. In addition, the results of exposure dating with cosmogenic 10Be and 26Al indicate that the morphotectonic segmentation of this region of the forearc has been established in Pliocene time, coeval with the initiation of uplift of the Coastal Cordillera about 5 Ma ago, inferred to be related to a shift in subduction mode from erosion to accretion. Finally, I dated volcanic clasts obtained from alluvial surfaces in the Central Depression, a low-relief sector separating the Coastal from the Main Cordillera, with stable cosmogenic 3He and 21Ne, in order to reveal the controls of sediment accumulation in the forearc. My results document that these gently sloping surfaces have been deposited 150 to 300 ka ago. This deposition may be related to changes in the erosional regime during glacial episodes. Taken together, the data indicates that the overall geomorphic expression of the forearc is of post-Miocene age and may be intimately related to a climatic overprint of the tectonic system. This climatic forcing is also reflected in the topography and local relief of the Central and Southern Andes that vary considerably along the margin, determined by the dominant surface process that in turn is eventually controlled by climate. However, relief also partly reflects surface processes that have taken place under past climatic conditions. This emphasizes that due care has to be exercised when interpreting landscapes as mirrors of modern climates. / Landschaften entwickeln sich im komplexen Zusammenspiel von Klima und Tektonik. Demzufolge können sie nur verstanden werden, wenn sowohl klimatische als auch tektonische Signale vergangener und rezenter Prozesse identifiziert werden. Um den Einfluss beider Faktoren zu bewerten, ist es deshalb wichtig, die Evolution geomorphologischer Marker in der Natur zu quantifizieren. Die känozoischen Anden sind eine ideale Region, um tektonische und klimatische Aspekte der Landschaftsentwicklung auf verschiedenen Zeit- und Längenskalen zu erforschen. Sie sind das Modell-Subduktionsorogen, assoziiert mit der Subduktion der ozeanischen Nazca-Platte unter den südamerikanischen Kontinent seit ca. 200 Mio Jahren. In Chile ist dieser konvergente Plattenrand geprägt von aktiver Tektonik, Vulkanismus und Gebirgsbildung. Bedeutenderweise ereignen sich entlang der Küste häufig Megaerdbeben, die die Landschaftsentwicklung stark beeinflussen. Tatsächlich ereignete sich das größte jemals aufgezeichnete Erdbeben mit einer Bruchzone von ca. 1000 km Länge 1960 im südlichen Zentralchile. Nichtsdestotrotz ist auf längeren Zeitskalen über historische Dokumentationen hinaus nicht bekannt, wie sich solche seismotektonischen Segmente verhalten und wie sie die geomorphologische Entwicklung der Küstengebiete beeinflussen. Mit semi-unabhängigen morphotektonischen Segmenten, wiederkehrenden Megaerdbeben und einer Fülle geomorphologischer Marker, die aktive Tektonik anzeigen, ist somit der Plattenrand von Chile ein Schlüsselgebiet für das Studium von Zusammenhängen zwischen Oberflächenprozessen und Tektonik. In dieser Arbeit kombiniere ich Geomorphologie, Geochronologie, Sedimentologie und Morphometrie, um die plio-pleistozäne Landschaftsentwicklung des tektonisch aktiven süd-zentralchilenischen Forearcs zu quantifizieren. Mit dieser Analyse liefere ich (1) neue Ergebnisse über den Einfluss seismotektonischer Forearc-Segmentierung auf die geomorphologischen Entwicklung und (2) neue Erkenntnisse über die Interaktion zwischen Klima und Tektonik bezüglich der Gestaltung des chilenischen Forearcs. Ich zeige, dass der Forearc in drei langlebige morphotektonische Segmente gegliedert ist, die nicht mit kurzlebigen Erdbebenbruchzonen korrelieren. Die Segmente heißen Nahuelbuta, Toltén und Bueno Segment, wovon jedes eine andere geomorphologische und tektonische Entwicklung durchläuft. Die Nahuelbuta und Bueno Segmente unterliegen aktiver tektonischer Hebung. Das langfristige Verhalten dieser beiden Segmente manifestiert sich in zwei beidseitig abtauchenden, wachsenden Antiklinalen, die integraler Bestandteil des Küstengebirges sind und die Hebung von marinen und fluvialen Terrassen aufzeichnen. Die Hebung verursachte weitreichende Veränderungen in den Fließrichtungen des Gewässernetzes. Im Gegensatz dazu ist das Toltén Segment, das sich zwischen den beiden anderen Segmenten befindet, quasi-stabil. Um die Hebung und Einschneidung in dem tektonisch aktiven Nahuelbuta Segment zu quantifizieren, habe ich eine Erosionsfläche und fluviale Terrassen in dem Küstengebirge mit kosmogenem 10Be und 26Al bzw. optisch stimulierter Lumineszenz datiert. Meinen Ergebnissen zufolge sind die spätpleistozänen Hebungsraten, die ca. 0,88 mm a-1 betragen, höher als die Oberflächenhebungsraten, die über die letzten 5 Mio Jahre mitteln und ca. 0,21 mm a-1 betragen. Diese Diskrepanz deutet an, dass die Hebung der Oberfläche räumlich und zeitlich sehr stark variiert und sich präferiert an Aufschiebungen konzentriert. Zusätzlich zeigen die Ergebnisse der Expositionsdatierung mit kosmogenem 10Be und 26Al, dass die morphotektonische Segmentierung im Pliozän etabliert wurde, zeitgleich mit dem Beginn der Hebung des Küstengebirges vor ca. 5 Mio Jahren infolge eines Wechsels des Subduktionsmodus von Erosion zu Akkretion. Schließlich habe ich vulkanische Klasten, die aus alluvialen Flächen im Längstal stammen, mit den stabilen kosmogenen Nukliden 3He und 21Ne datiert, um Aufschluss über die Faktoren zu erhalten, die die Sedimentablagerung im Forearc bestimmen. Meine Ergebnisse weisen darauf hin, dass diese flach einfallenden Oberflächen, die vor 150.000 bis 300.000 Jahren abgelagert wurden, in Zusammenhang mit Änderungen des Erosionsregimes in glazialen Episoden entstanden sind. Zusammenfassend zeigen die Daten, dass der heutige geomorphologische Ausdruck des Forearcs post-Miozän und eng mit einer klimatischen Überprägung des tektonischen Systems verknüpft ist. Der klimatische Einfluss spiegelt sich ebenfalls in der Topographie und dem lokalen Relief der Zentral- und Südanden wider. Beide Parameter variieren stark entlang des Plattenrandes, bestimmt durch den jeweils dominierenden Oberflächenprozess, der wiederum letztendlich vom vorherrschenden Klima abhängt. Allerdings reflektiert das Relief teilweise Oberflächenprozesse, die unter vergangenen Klimaten aktiv waren. Das betont die äußerst große Vorsicht, die nötig ist, wenn Landschaften als Spiegel des aktuellen Klimas interpretiert werden.

Receiver functions are a good tool to investigate the seismotectonic structure beneath the a seismic station. In this study we apply the method to stations situated on or near Sumatra to find constraints on a more detailed velocity model which should improve earthquake localisation. We estimate shallow Moho-depths (~ 21 km) close to the trench and depths of ~30 km at greater distances. First evidences for the dip direction of the slab of ~60° are provided. Receiver functions were calculated for 20 stations for altogether 110 earthquakes in the distance range between 30° and 95° from the receiver. However the number of receiver functions per station is strongly variable as it depends on the installation date, the signal-to-noise-ratio of the station and the reliability of the acquisition. / Receiver Funkttion stellen eine gut Methode zur Untersuchung von Seismotektonischen Strukturen unterhalb einer seismischen Station dar. In dieser Arbeit wenden wir die Methode auf Station auf oder nahe Sumatra an um Hinweise für ein detaillierteres Geschwindigkeitsmodell zu erhalten, welches die Lokalisierung von Erdbeben verbessern sollte. Wir ermitteln flache Moho-Tiefen (~21 km) in der Nähe des Trenchs und Tiefen um die 30 km in größeren Distanzen. Erste Hinweise für eine Einfallsrichtung des Slabs von ~60° konnten gefunden werden. Receiver Funktionen wurden für 20 Stationen für insgesamt 110 Erdbeben im Distanzbereich zwischen 30° und 95° berechnet. allerdings ist die Anzahl von Receiver Funktionen pro Station sehr variabel, da sie vom Installationszeitpunkt, dem Signal-Rausch-Verhältnis und der Zuverlässigkeit der Datenaufnahme an der Station abhängt.

Thesis (doctoral)--Universität Potsdam, 2003. / "August 2004"--P. [2] of cover. Added thesis t.p. Vita. Includes bibliographical references (p. [83]-93). Also available via the World Wide Web.

Thesis (Ph. D.)--Universität Potsdam, 2007. / Includes bibliographical references (p. 83-93). Also available on the Internet.

Subduction zones are regions of intense earthquake activity up to great depth. Sources are located inside the subducting lithosphere and, as a consequence, seismic radiation from subduction zone earthquakes is strongly affected by the interior slab structure. The wave field of these intraslab events observed in the forearc region is profoundly influenced by a seismically slow layer atop the slab surface. This several kilometer thick low-velocity channel (wave guide) causes the entrapment of seismic energy producing strong guided wave phases that appear in P onsets in certain regions of the forearc. Observations at the Chile-Peru subduction zone presented here, as well as observations at several other circum-pacific subduction zones show such signals. Guided wave analysis contributes details of immense value regarding the processes near the slab surface, such as layering of subducted lithosphere, source locations of intraslab seismicity and most of all, range and manner of mineralogical phase transitions. <br><br> Seismological data stem from intermediate depth events (depth range 70 km - 300 km) recorded in northern Chile near 21 Grad S during the collaborative research initiative " Deformation Processes in the Andes" (SFB 267). A subset of stations - all located within a slab-parallel transect close to 69 Grad W - show low-frequency first arrivals (2 Hz), sometimes followed by a second high-frequency phase. <br><br> We employ 2-dimensional finite-difference simulations of complete P-SV wave propagation to explore the parameter space of subduction zone wave guides and explain the observations. Key processes underlying the guided wave propagation are studied: Two distinct mechanisms of decoupling of trapped energy from the wave guide are analyzed - a prerequisite to observe the phases at stations located at large distances from the wave guide (up to 100 km). Variations of guided wave effects perpendicular to the strike of the subduction zone are investigated, such as the influence of phases traveling in the fast slab. Further, the merits and limits of guided wave analysis are assessed. Frequency spectra of the guided wave onsets prove to be a robust quantity that captures guided wave characteristics at subduction zones including higher mode excitation. They facilitate the inference of wave guide structure and source positioning: The peak frequency of the guided wave fundamental mode is associated with a certain combination of layer width and velocity contrast. The excitation strength of the guided wave fundamental mode and higher modes is associated with source position and orientation relative to the low-velocity layer. <br><br> The guided wave signals at the Chile-Peru subduction zone are caused by energy that leaks from the subduction zone wave guide. On the one hand, the bend shape of the slab allows for leakage at a depth of 100 km. On the other, equalization of velocities between the wave guide and the host rocks causes further energy leakage at the contact zone between continental and oceanic crust (70 km depth). Guided waves bearing information on deep slab structure can therefore be recorded at specific regions in the forearc. These regions are determined based on slab geometry, and their locations coincide with the observations. <br><br> A number of strong constraints on the structure of the Chile-Peru slab are inferred: The deep wave guide for intraslab events is formed by a layer of 2 km average width that remains seismically slow (7 percent velocity reduction compared to surrounding mantle). This low-velocity layer at the top of the Chile-Peru slab is imaged from a depth of 100 km down to at least 160 km. Intermediate depth events causing the observed phases are located inside the layer or directly beneath it in the slab mantle. The layer is interpreted as partially eclogized lower oceanic crust persisting to depth beyond the volcanic arc. / Subduktionszonen sind bis in große Tiefen von intensiver Erdbebentätigkeit geprägt. Die Erdbebenquellen befinden sich in der subduzierten Lithosphäre (Slab), ihr Wellenfeld wird deshalb stark von der internen Slab-Struktur beeinflusst. Eine Schicht mit reduzierter seismischer Geschwindigkeit im oberen Bereich der Platte kann als Wellenleiter für diese Signale fungieren. In der nur wenige Kilometer dicken Schicht entstehen sogenannte geführte Wellen, die in Teilen des Forearc beobachtet werden. Diese Phasen bergen wertvolle Informationen über die Struktur nahe der Slab-Oberfläche, wie zum Beispiel Dicke der Schichtung, Herdlokationen und vor allem Tiefe und Art mineralogischer Umsetzungen. <br><br> Die Beobachtungen stammen von mitteltiefen Beben (70 km - 300 km) im Untersuchungsgebiet in Nord-Chile und wurden im Rahmen des Sonderforschungsbereich 267 " Deformationsprozesse in den Anden" aufgezeichnet. Stationen in einem Streifen um 69 Grad W, der sich parallel zum Streichen der Subduktionszone erstreckt, zeigen niederfrequente Ersteinsätze, denen teilweise höherfrequente Phasen folgen. <br><br> Mit Hilfe eines 2-dimensionalen Finite-Differenzen-Algorithmus werden die P-SV Wellenausbreitung simuliert, und die Beobachtungen erklärt. Zentrale Fragestellungen zu Wellenleitern in Subduktionszonen werden untersucht: Es werden zwei Mechanismen, die das Auskoppeln seismischer Energie aus dem Wellenleiter ermöglichen beschrieben - eine Grundvoraussetzung für das Auftreten von geführten Wellen in großen Entfernungen vom Wellenleiter (bis zu 100 km). Des weiteren werden Stärken und Grenzen der Analyse von geführten Wellen erörtert. <br><br> Die Spektren der geführten Wellenzüge erweisen sich als robuste Messgröße, um die Charakteristika des Wellenleiters zu bestimmt. Struktur des Wellenleiters und Quellpositionen können so für festgelegte Quell-Empfänger-Geometrien abgeleitet werden. Die Peak-Frequenz der Grundmode wird durch eine Kombination aus Dicke der Schicht und Geschwindigkeitskontrast bestimmt. Die Stärke der Anregung der Grundmode und höherer Moden lässt auf die Lage und Orientierung der Erdbebenquelle relativ zur Schicht schließen. Geschwindigkeitskontrast, Schichtdicke und Quellposition sind von herausragender Bedeutung, um mineralogische Interpretationen des Wellenleiters zu überprüfen. <br><br> Aufbauend auf die Simulationen werden die Beobachtungen interpretiert und Auskunft über die Struktur der Chile-Peru Subduktionszone erhalten: Eine dünne Schicht an der Slab-Oberfläche (durchschnittlich 2 km dick) trägt geringere seismische Geschwindigkeiten als der umgebende Mantel und fungiert als Wellenleiter für intra-platten Ereignisse in Tiefen von 100 bis mindestens 160 km. Ereignisse, die geführte Wellen hervorrufen, liegen in dieser Schicht oder direkt darunter im subduzierten Mantel. Um zu den Stationen in der Forearc-Region zu gelangen, entkoppelt ein Teil der geführten Wellen in einer Tiefe von circa 100 km aus der Niedergeschwindigkeitsschicht. Die Krümmung des Slab erlaubt das Austreten der Wellen und nimmt auch Einfluss auf die Pulsformen. <br><br> Der Wellenleiter in der Chile-Peru Subduktionszone ergibt sich als unregelmäßige Schicht mit reduzierter seismischer Geschwindigkeit, in der geführte Wellen entstehen, in unterschiedlichen Tiefen wieder austreten, und an die freie Oberfläche gelangen. Die Beobachtungsgebiete befinden sich im Forearc und werden durch die Geometrie und Struktur der subduzierten Platte festgelegt. <br><br> Die nur wenige Kilometer dicke, seismisch langsame Schicht an der Oberfläche des Chile-Peru Slab legt nahe, dass die Unterkruste der subduzierten Platte bis in große Tiefen besteht und nicht vollständig eklogitisiert ist. Abgeleitete Schichtdicke, Geschwindigkeitskontrast

Das Phänomen der Subduktion eines aktiven Spreizungszentrums an der Südspitze Südamerikas ist seit langem bekannt. Eine Vielzahl von geologischen Beobachtungen wurden mit diesem Phänomen in Verbindung gebracht, trotzdem ist der genaue Mechanismus der Beeinflussung des aktiven Kontinentalrandes weitgehend unbekannt. <br /> <br /> Die Zusammenhänge zwischen den Subduktionsprozessen und der Entwicklung der patagonischen Anden zwischen 47&#176;S und 48&#176;S stehen im Mittelpunkt der Untersuchungen. Um eine detaillierte zeitliche Auflösung der zugrunde liegenden Prozesse untersuchen zu können, wurde die Entwicklung der Vorlandsedimentation, die thermische Entwicklung und die Heraushebung der Oberkruste des andinen Orogens untersucht und diese in Bezug zur Subduktion des Chile-Rückens gesetzt. <br /> <br /> Im Bereich von 47&#176;30&prime;S wurden die synorogenen Vorlandsedimente der Santa Cruz Formation sedimentologisch untersucht. Diese fluviatilen Sedimente wurden in einem reliefarmen Vorlandgebiet durch häufige Rinnenverlagerung und dem Aufbau von Rinnenumlagerungsgürteln in Kombination mit assoziierten großräumigen Überflutungsablagerungen akkumuliert. Sie stehen in einem engen Zusammenhang mit der orogenen Entwicklung im andinen Liefergebiet. Dies spiegelt sich in dem nach oben gröber werdenden Zyklus der Santa Cruz Formation wider. Die magnetostratigraphischen Untersuchungen einer 270 m mächtigen Sequenz aus der Basis der Santa Cruz Formation, die mit 329 Einzelproben aus 96 Probenpunkten beprobt wurde, ergab 7 Umkehrungen der geomagnetischen Feldrichtung. Mit Hilfe der geomagnetischen Polaritätszeitskala (CANDE AND KENT, 1995) konnte der untersuchte Abschnitt der Santa Cruz Formation zwischen 16.2 und 18.5 Ma datiert werden. Als Träger der Sedimentations-Remanenz konnten überwiegend Pseudoeinbereichs-Magentitpartikel und untergeordnet Hämatitpartikel identifiziert werden. <br /> <br /> An drei Profilen der Santa Cruz Formation wurden aus Sandsteinlagen unterschiedlicher stratigraphischer Position detritische Apatite mit Hilfe der thermochronologischen Spaltspurmethode untersucht. Die thermisch nicht rückgesetzten, detritischen Apatite spiegeln das Auftreten unterschiedlicher Altersdomänen im Liefergebiet der Sedimente wider. In der Kombination mit den geochemischen Gesamtgesteinsuntersuchungen der Sedimente und den petrographischen Untersuchungen der Sandsteine, die ein überwiegend andesitisch-vulkanisch geprägtes Liefergebiet widerspiegeln, kann nachgewiesen werden, dass die Erosion im Liefergebiet um 16.5 Ma in tiefere, deformierte Krustensegmente einschneidet. Dies bedeutet, dass aufgrund der Denudation im andinen Orogen erste Sockelgesteinseinheiten in den Bereich der Abtragung gelangen und dass dieser Eintrag um 12 bis 10 Ma ein Volumen einnimmt, das zu signifikanten Änderungen der Gesamtgesteinsgeochemie der Vorlandsedimente führt. <br /> <br /> Die thermochronologische Untersuchung von Apatiten aus rezenten topographischen Höhenprofilen aus der Kernzone der patagonischen Anden im Bereich von 47&#176;30&prime;S zeigen den Beginn einer beschleunigten Heraushebung des Orogens um 7.5 Ma. Aus diesen Untersuchungen kann eine Denudationsrate im Zeitraum der letzen 7 bis 8 Ma von 600 bis 650 m/Ma abgeschätzt werden. Die Modellierung der Apatit-Spaltspurergebnisse zeigt eine signifikante Temperaturerhöhung im Zeitraum zwischen 12 und 8 Ma um 20 bis 30&#176;C für diesen Krustenbereich, die mit der Subduktion des aktiven Chile-Rückens in diesem Bereich der Anden in Verbindung gebracht wird. <br /> <br /> Aus den gewonnen Daten kann ein Modell für die Entwicklung der patagonischen Anden seit dem frühen Miozän abgeleitet werden. In diesem Modell wird die orogene Entwicklung in den patagonischen Anden auf eine erhöhte Konvergenzrate zwischen der Nazca Platte und der Südamerikanischen Platte zurückgeführt, die für die Heraushebung und Denudation der Anden sowie für die damit verbundene Entwicklung im Vorlandbereich verantwortlich ist. Diese orogene Entwicklung wird in einer späten Phase durch die nordwärts wandernde Subduktion des aktiven Spreizungszentrums des Chile Rückens überprägt und beeinflusst. Das auf der Integration von geologischen, chronologischen sowie thermochronologischen Daten beruhende Modell kann zahlreiche geologische und geophysikalische Beobachtungen in diesem Bereich der südlichen Anden konsistent erklären. / The phenomenon of active ridge subduction to the continental margin of southern South America has been well known for a long time. A diversity of geological observations are related to this phenomenon, however, the exact mechanism of the influence of ridge subduction to the active continental margin is unknown.<br /> <br /> The aim of the present investigations is to determine connections between the subduction processes and the development of the Patagonian Andes between 47&#176;S and 48&#176;S. In order to reach that objective, the development of the foreland basin settings, the uplift of the upper crust of the Andean Orogeny, and the relation with the subduction of the Chile Ridge were investigated to obtain a detailed temporal resolution of the basic geological processes.<br /> <br /> Within the area of 47&#176;30'S the style and sedimentological pattern of the synorogenic foreland deposits of the Santa Cruz Formation were investigated. These fluvial sediments were accumulated in a foreland basin of small scale topography by frequent progradational avulsions, which were accompanied by deposition of avulsion-belt sediments associated with thick overbank deposits. <br /> <br /> The upward-coarsening is best explained by progradation of fan deposits during an eastwards advancement of the deformation in the western Andes at that time. <br /> <br /> Magnetostratigraphic investigations of a total of 329 drill cores, which were collected at 96 sites, show seven major reversals in a thick stratigraphic section of 270 m from the base of the Santa Cruz Formation. A comparison with the geomagnetic polarity timescale of Cande and Kent (1995) gives a sedimentation age between 16.2 and 18.5 Ma for the investigated section of the Santa Cruz Formation. The investigation of rock-magnetism predominantly indicates magnetite and subordinated haematite as the dominant carrier of remanence. All results from hysteresis data determination cluster in the coarse pseudo-single (PSD) to multi-domain (MD) grain size range of the Day Diagram (DAY ET AL. 1977)<br /> <br /> Fission track analysis was applied to detrital apatite of sandstone samples at different stratigraphic positions within three sections of the Santa Cruz Formation. The fission track ages of the not reseted detrital apatite are assumed to be related to the age of the sediment provenance area. In combination with sandstone petrographic investigations, which indicate a dominant andesitic volcanic source for the sediment and geochemical whole rock investigations can be shown, that the erosion cuts into the basement of the source area at 16.5 Ma. This means, that due to the denudation in the Andean Orogen first deformed basement units arrive into the sedimentation cycle. In the range of 12 to 10 Ma this sediment input attained such a volume, that the whole-rock geochemistry of the sediments was changed .<br /> <br /> The thermochronological investigations of apatites from vertical profiles covering the largest elevation range of the central zone of the Patagonian Andes within the range of 47&#176;30'S show the beginning of an accelerated cooling and related uplift phase of the orogen at approximately 7.5 Ma. The calculated denudation rate in the period of the last 7 to 8 Ma ranges from 600 to 650 m/Ma. The modelling of apatite fission-track data shows a significant reheating in the range of 20 to 30&#176;C between 12 and 8 Ma for the upper crust. This is interpreted as an influence of the active Chile rise mid-oceanic spreading center on the overriding plate.<br /> <br /> The modelling of the apatite fission-track results shows a significant rise in temperature between 12 and 8 Ma around 20 to 30&#176;C for this crust area, which is associated with the subduction of the active Chile back in this area of the Andes. <br /> <br /> A model has been derived from the obtained data to explain the evolution of the Patagonian Andes since the early Miocene. In this model, orogeny is attributed to the increasing convergence rate between the Nazca plate and South America and its response due to uplift and denudation of the Patagonian Andes and the development of the adjacent foreland basin. In a late phase, orogeny is influenced and overprinted by the northward migration of the Chile ridge subduction. The model consistently explains many of the geological and geophysical observations.