This thesis explores the dynamics of faulting, vertical deformation, and stress within the Hellenic Subduction System (HSS) forearc, focusing on the islands of Kythira, Antikythira, Kassos, Karpathos, and Rhodes. Using techniques such as field mapping, analysis of high-resolution Digital Elevation Models (DEMs), seabed bathymetry, stress inversion and dating methods like radiocarbon and Sr-isotope dating, the study uncovers the geological processes that contribute to shaping the region's landscape over several different time-scales during the Quaternary.
The investigation of normal faults in Kythira and Antikythira unveils their unique characteristics. These faults, which accommodate NE-SW extension, exhibit a wide range of variations in terms of length and cumulative displacement (over short and long-term term scales). The study also reveals a significant increase in fault activity on some faults since the Last Glacial Maximum, indicating periods of intense earthquake activity. Notably, while shorter faults demonstrate more variability in their displacement rates, the overall network of faults displays a more stable net cumulative extension due to fault interactions.
On Karpathos Island, the research undertakes a comprehensive mapping and dating of marine terraces and sediments to unravel the intricate vertical motion of the island's landmass over time. The findings bring to light the complex nature of this motion, with uplift rates showing a much faster pace over short time scales compared to longer periods. The vertical motion of Karpathos is influenced by a multitude of factors, including sediment underplating, which adds material to the base of the upper plate, large earthquakes at the plate boundaries, and smaller earthquakes caused by horizontal stretching of the Aegean crust. Thus, several processes interact across time-scales to deform the island.
This thesis also examines the stress state of the Hellenic subduction forearc by analyzing 43 active faults along the forearc along all islands *(including Crete). It identifies the obliquity of the convergence as critical factors shaping fault kinematics and geometry. In the western part of the margin, where the obliquity is low, faults run parallel to the trench. In the eastern region, where the obliquity is high, faults accommodate extension oblique to the margin, leading to different patterns of crustal deformation.
This thesis provides a comprehensive look at the tectonic processes (over a range of time scales) shaping the Hellenic Subduction System. Bridging time scales is crucial to improving our understanding of the phenomena that interact to shape the earth. Hence, the studies presented in the following chapters have used datasets on various time scales.
Diese Dissertation untersucht die Dynamik der Verwerfungsaktivität, der vertikalen Deformationen und des Spannungszustands im Vorbogen des Hellenischen Subduktionssystems (HSS) mit einem Fokus auf die Inseln Kythira, Antikythira, Kassos, Karpathos und Rhodos. Mithilfe von Methoden wie Geländekartierung, der Analyse hochauflösender Digitaler Höhenmodelle, Meeresboden-Bathymetrie, Spannungsinversion sowie Datierungstechniken wie Radiokarbon- und Strontium-Isotopen-Datierung werden die geologischen Prozesse analysiert, die über verschiedene Zeitskalen hinweg während des Quartärs zur Formung der Region beitragen.
Die Untersuchung von Abschiebungen auf Kythira und Antikythira offenbart ihre einzigartigen Eigenschaften. Diese Störungen, die eine nordost-südwest gerichtete Dehnung aufnehmen, zeigen eine breite Variationsspanne hinsichtlich Länge und kumulativer Versetzung über kurze und lange Zeitskalen. Zudem zeigt die Studie eine deutliche Zunahme der Aktivität einiger Störungen seit dem Letzten Glazialen Maximum, was auf Phasen intensiver Erdbebenaktivität hindeutet. Auffällig ist, dass kürzere Störungen eine höhere Variabilität in ihren Versetzungsraten aufweisen, während das gesamte Netzwerk eine stabilere kumulative Dehnung aufgrund von Interaktionen zwischen den Störungen zeigt.
Auf der Insel Karpathos wurden Meeres-Terrassen und Sedimente umfassend kartiert und datiert, um die komplexe vertikale Bewegung der Landmasse im Laufe der Zeit zu rekonstruieren. Die Ergebnisse verdeutlichen die vielschichtige Natur dieser Bewegung, wobei die Hebungsraten über kürzere Zeitskalen deutlich höher ausfallen als über längere Zeiträume. Die vertikale Bewegung von Karpathos wird durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst, darunter sedimentäres Unterlagern, das neues Material an der Basis der oberen Platte anlagert, große Erdbeben an den Plattengrenzen sowie kleinere Erdbeben, die durch die horizontale Dehnungstektonik der Ägäiskruste entstehen. Somit interagieren mehrere Prozesse über unterschiedliche Zeitskalen hinweg, um die Insel zu deformieren.
Diese Dissertation untersucht zudem den Spannungszustand des Hellenischen Subduktionsvorbogens anhand von 43 aktiven Störungen entlang des gesamten Vorbogens (einschließlich Kreta). Dabei wird die Schrägstellung der Plattenkonvergenz als ein entscheidender Faktor für die Kinematik und Geometrie der Störungen identifiziert. Im westlichen Teil des Randes, wo die Schrägstellung gering ist, verlaufen die Störungen parallel zum Tiefseegraben. Im östlichen Teil, wo die Schrägstellung hoch ist, erfolgt die Dehnung schräg zur Randstruktur, was zu unterschiedlichen Mustern der Krustendeformation führt.
Diese Dissertation liefert eine umfassende Analyse der tektonischen Prozesse, die das Hellenische Subduktionssystem über verschiedene Zeitskalen hinweg formen. Die Verknüpfung verschiedener Zeitskalen ist entscheidend für ein verbessertes Verständnis der interagierenden Phänomene, die die Erde gestalten. Daher basieren die in den folgenden Kapiteln präsentierten Studien auf Datensätzen unterschiedlicher zeitlicher Reichweite.
