Controls of bedrock properties, climate, and biota on hillslope and fluvial denudation in the Coastal Cordillera of Chile

Abstract

This thesis describes the effects of bedrock properties, climate, and biota on erosion, weathering, and landscape morphology along the Coastal Cordillera of Chile. Field sites sit along a climate and vegetation gradient, and include a semi-arid, mediterranean, and humid site, all underlain by granitoid lithology. In situ 10Be cosmogenic radionuclide analysis was used to measure erosion and weathering rates of bedrock, boulders, soils, and stream sediment in each field site, and topographic analysis tools (Topotoolbox in MATLAB) were used to quantify topographic metrics such as slope and drainage density. Field surveys were additionally conducted, including sediment and boulder grain size distributions, and bedrock geochemistry and mineralogy. The first study focuses on the effects of bedrock fractures and immobile boulders on differential denudation rates within in each field site. Results from cosmogenic radionuclide analysis and field measurements indicate that unfractured bedrock and large hillslope boulders erode more slowly than the surrounding soil, and form topographic highs. The second study focuses on boulders in streams, and results from cosmogenic radionuclide analysis indicate that boulders in more humid climates are more easily transported and therefore have shorter residence times in streams. The third study focuses on lithological controls on landscape morphology, and results imply that subtle differences in granitoid lithology can set drainage density through differences in infiltration and erodibility.

Diese Doktorarbeit beschreibt die Auswirkungen von Grundgesteinseigenschaften, Klima und Biota auf Erosion, Verwitterung und Landschaftsmorphologie entlang der Küstenkordillere Chiles. Feldstandorte liegen entlang eines Klima- und Vegetationsgradienten, einschließlich halbtrockener, mediterraner und feuchter Standorte, die alle von Granitoidlithologie unterlegt sind. Zur Messung der Erosions- und Verwitterungsraten von Grundgestein, Felsbrocken, Böden und Bachsedimenten an jedem Feldstandort wurde eine In-situ-10Be-Analyse kosmogener Radionuklide verwendet. Darüber hinaus wurden topografische Analysetools (Topotoolbox in MATLAB) zur Quantifizierung topografischer Metriken wie Neigung und Entwässerungsdichte verwendet . Darüber hinaus wurden Felduntersuchungen durchgeführt, einschließlich der Korngrößenverteilung von Sedimenten und Geröll sowie der Geochemie und Mineralogie des Grundgesteins. Die erste Studie konzentriert sich auf die Auswirkungen von Grundgesteinsbrüchen und unbeweglichen Felsbrocken auf die unterschiedlichen Entblößungsraten innerhalb der einzelnen Feldstandorte. Ergebnisse der Analyse kosmogener Radionuklide und Feldmessungen deuten darauf hin, dass ungebrochenes Grundgestein und große Felsbrocken an Hügeln langsamer erodieren als der umgebende Boden und topografische Höhen bilden. Die zweite Studie konzentriert sich auf Felsbrocken in Flüssen, und Ergebnisse der kosmogenen Radionuklidanalyse deuten darauf hin, dass Felsbrocken in feuchteren Klimazonen leichter transportiert werden können und daher kürzere Verweilzeiten in Flüssen haben. Die dritte Studie konzentriert sich auf lithologische Kontrollen der Landschaftsmorphologie, und die Ergebnisse deuten darauf hin, dass subtile Unterschiede in der Granitoidlithologie die Entwässerungsdichte durch Unterschiede in der Infiltration und Erodierbarkeit beeinflussen können.