Original paper

Holocene coastal stratigraphy, coastal changes and potential palaeoseismological implications inferred from geo-archives in Central Chile (29?32° S)

May, Simon Matthias; Pint, Anna; Rixhon, Gilles; Kelletat, Dieter; Wennrich, Volker; Brückner, Helmut

Abstract

Coastal geomorphology and the stratigraphy of coastal geoarchives record past coastal and fluctuations of coastal environments. In addition, these archives potentially store traces of past extreme events such as earthquakes and tsunamis, severe storms, and major floodings of the coastal hinterland, e.g. due to El Niño conditions. Studying their characteristics may thus improve the knowledge of past frequency and magnitude patterns of such extreme events. For instance, large scaled spatial information about past earthquakes is needed for the understanding and estimation of seismo-tectonic processes. Misinterpretations in the size of preceding earthquakes may lead to incorrect strain balance estimations along megathrusts. Thus, fundamental research on the occurrence of past earthquakes is needed, which can be reflected in sudden or long-term coastal changes. Using sedimentological, geomorphological and microfaunal evidence, coeval geomorphodynamic and palaeoenvironmental changes at four different locations between 29° 50' and 32° 20' S in Central Chile were identified in estuary systems, coastal swamps and coastal plains. The results may represent possible indirect evidence for palaeoseismicity, affecting the coastal system by vertical tectonic movements. Changes of coastline elevation, morphodynamic activity and/or coastal environments, as well as the formation of a liquefaction layer took place during the last c. 400 years. Moreover, major flooding events related to strong El Niño conditions are assumed to have influenced the coastal stratigraphy by depositing high energy fluvial deposits. Our results suggest that the coastal environment, geomorphology and stratigraphy are considerably influenced by tectonic processes in the study area; a relation of the presented findings to the 1730 Great Valparaíso Earthquake is assumed. In general, the findings may encourage the implementation of comparable detailed studies, which may ultimately contribute to a better understanding of the Holocene coastal evolution and its relation to palaeoseismicity in Central Chile.

Kurzfassung

Küstennahe Geoarchive wie Ästuarsysteme und Küstensümpfe haben das Potential, Informationen über holozäne Küstenentwicklungen und paläoökologische Veränderungen zu speichern. Mit ihrer Hilfe können darüber hinaus wertvolle Rückschlüsse auf Frequenz und Magnitude vergangener Extremereignisse wie Erdbeben, Tsunamis, Sturmfluten oder El Niño induzierte Überflutungen gezogen werden. Beispielsweise sind Erkenntnisse über die räumlichen Ausmaße vergangener Erdbeben für das Verständnis seismo-tektonischer Prozesse von großer Bedeutung. Fehlinterpretationen bezüglich der Größe von Paläobeben können zur fehlerhaften Abschätzung von Krustendeformationsraten oder Spannungsbilanzen entlang von Subduktionszonen und damit der unmittelbaren Erdbebengefahr führen. Nach wie vor werden aus diesem Grunde neue Erkenntnisse zum Auftreten vergangener Erdbeben benötigt, die sich in plötzlichen oder langfristigen Küstenveränderungen widerspiegeln können. Basierend auf sedimentologischen, geomorphologischen und mikrofaunistischen Untersuchungen in küstennahen Geoarchiven wurden geomorphodynamische und paläoökologische Veränderungen in vier unterschiedlichen zentralchilenischen Küstengebieten zwischen 29° 50' und 32° 20' S identifiziert. Die hier vorgestellten Ergebnisse zeigen indirekte Belege für paläoseimische Ereignisse, die zu vertikalen Krustenbewegungen in der untersuchten Küstenregion geführt haben. Sowohl Verlagerungen des Küstenverlaufs, Veränderungen der morphodynamischen Aktivität und/oder der küstennahen ökologischen Bedingungen als auch die Entstehung einer möglichen Liquefaktionslage wurde auf eine Zeit innerhalb der letzten 400 Jahre datiert. Ein Zusammenhang mit dem großen Valparaíso Erdbeben im Jahre 1730 wird vermutet. Des Weiteren beeinflussten größere El Niño Ereignisse die Stratigraphie der küstennahen Sedimentsequenzen in Form von hochenergetischen fluvialen Ablagerungen in jüngerer Zeit. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die ökologischen Bedingungen küstennaher Geoarchive sowie die küstennahe Geomorphologie und Stratigraphie im Arbeitsgebiet von tektonischen Prozessen gesteuert werden. Unsere Ergebnisse unterstreichen den Nutzen ähnlicher, detaillierter Studien, die letztlich zu einem besseren Verständnis der holozänen Küstenentwicklung und ihrer Beziehung zur paläoseismischen Vergangenheit in Zentralchile beitragen können.

Keywords

central chilecoastal changeel niñoliquefactionpalaeoseismologytectonic subsidence/uplift