Geomorphological Dating of Scarps in Temperate Climate Using a Modified Diffusion Model

Abstract

Geomorphological dating of a certain landform or geomorphological structure is based on the evolution of the landscape itself. In this context it is difficult to use common absolute dating techniques because they require datable material which is often not available. Additionally, these methods do not always date the time since the formation of these structures. For these reasons the application of geomorphological dating seems one possibility to date certain geomorphological features.<br /> The aim of this study was to relate present-day shapes of terrace risers to their ages. The time span since scarp formation ceased is reflected by the stage of degradation along with the rounding of the profile edges due to erosive processes. It is assumed that the average rate of downslope soil movement depends on the local slope and can be described by a diffusion equation. Furthermore, present-day scarps are often asymmetric and suggest a higher diffusivity at the base than at the toe of a slope. The diffusion equation has been modified and a linear approach with increasing diffusivity in downslope direction is suggested and assimilated in a model to obtain a better fit between observed and simulated profiles.<br /> In order to date the scarps, the model had to be calibrated. For this purpose, published diffusivities taken from literature were used as well as estimated diffusivities by fitting modelled profiles to observed ones of known age. Field data were collected in the area around Bonn, Germany, and in Valais, Switzerland. In addition, profiles from literature which have already been dated were digitized. For the general use of geomorphological dating, a Java tool was developed where, e.g., different initial profiles and diffusivities can be chosen. Results show a better match between simulated and observed profiles in comparison to models using a constant diffusivity. But a reliable calibration of the model finally failed which brings up the question whether the diffusion equation and the presented modification are really an adequate description of the geomorphological processes degrading a slope.

<strong>Geomorphologische Datierung von Geländekanten im gemäßigten Klima unter Anwendung eines modifizierten Diffusionsmodels</strong><br /> Die geomorphologische Datierung einer bestimmten Geländeform oder geomorphologischen Struktur basiert auf der Entwicklung der Landschaft selber. In diesem Zusammenhang ist es schwierig herkömmliche Datierungsmethoden anzuwenden, da diese in der Regel datierbares Material benötigen was oft nicht zur Verfügung steht. Außerdem datieren diese Methoden nicht immer die vergangene Zeit seit Entstehung der Strukturen. Aus diesen Gründen scheint die Anwendung der geomorphologischen Datierung eine Möglichkeit zu sein, bestimmte geomorphologische Merkmale zu datieren.<br /> Das Ziel dieser Arbeit war es, die heutige Form von Geländekanten in Form von Terrassenstufen und deren Alter in Bezug zu setzen. Der Degradationsgrad sowie die Abrundung der Profilober- und -unterkanten durch erosive Prozesse reflektieren dabei die Zeitspanne seit Beendigung der Terrassenformation. Es wird weiterhin angenommen, dass die durchschnittliche Erosionsrate hangabwärts von der lokalen Hangneigung abhängt und somit durch eine Diffusionsgleichung beschrieben werden kann. Außerdem sind rezente Kanten oft asymmetrisch und deuten eine höhere Diffusivität an der Unterkante als an der Oberkante an. Die Diffusionsgleichung wurde modifiziert und ein linearer Ansatz mit hangabwärts zunehmender Diffusivität angenommen. Dieser wurde in ein Modell integriert um eine bessere Anpassung zwischen natürlichen und simulierten Profilen zu erreichen.<br /> Zur Datierung von Geländekanten musste das Model kalibriert werden. Dazu wurden neben Daten aus der Literatur auch Diffusivitäten abgeschätzt indem simulierte Profile an natürliche Profile bekannten Alters angepasst wurden. Felddaten wurden in Gebieten rund um Bonn in Deutschland sowie im Wallis in der Schweiz erhoben. Zusätzlich wurden bereits datierte Profile aus der Literatur digitalisiert. Zur einfacheren Handhabung dieser Datierungsmethode wurde ein Java Tool entwickelt in dem z.B. das Initialprofil sowie die Diffusivität verändert werden kann. Die Ergebnisse zeigen eine bessere Übereinstimmung von simulierten und natürlichen Profilen als bei der Anwendung von Modellen mit konstanter Diffusivität. Aber eine verlässliche Kalibrierung des Modells konnte letztendlich nicht erreicht werden, so dass in Frage gestellt wird, ob die geomorphologischen Erosionsprozesse wirklich adäquat durch die hier vorgestellte modifizierte Diffusionsgleichung beschrieben werden.