Quantifizierung der relativen Meeresspiegelentwicklung entlang der Küsten des Omans

Abstract

Zentrales Thema dieser Promotion sind die Ursachen und Auswirkungen von Meeresspiegelschwankungen auf die Küste des Omans, welche auf verschiedenen Zeitskalen beleuchtet werden. Anhand der Küstenmorphologie, der Topographie und anhand von Sedimenten werden Rückschlüsse auf quartäre Meeresspiegelschwankungen gezogen und diese quantifiziert. Historische Naturkatastrophen wie Stürme oder Tsunamis werden datiert und analysiert sowie neotektonische und isostatische Prozesse im Oman untersucht.<br /> Entlang der Ostküste des Omans ist eine Reihe von gehobenen und tektonisch deformierten, marinen Terrassen erhalten. Diese Terrassen wurden in dieser Arbeit mithilfe von modernen Vermessungsverfahren (dGPS, Laserscanning und Photogrammmetrie), hochauflösenden Satellitendaten (TanDEM-X) und neu entwickelten Modellierungsmethoden analysiert und rekonstruiert. Basierend auf einem hochauflösendem 3D-Modell der Terrassen und deren Datierung mithilfe von Kosmogenen Nukliden (10Be und 36Cl) und optisch stimulierter Lumineszenz (OSL) wurden die räumlich und zeitlich variierenden Hebungsraten bestimmt und so die Hebungsgeschichte des küstennahen Al Hajar-Gebirges im seit dem MIS 19 (790 ka) rekonstruiert. Die raumzeitlich differentiellen Vertikalbewegungen der Lithosphäre werden mit einer flexurartigen Krustenaufwölbung (forebulge) erklärt. Zusätzlich wird spekuliert, dass Komponenten der differentiellen Hebung mit einer Serpentinisierung von Peridotiten sowie karst-isostatischen Prozessen erklärt werden können.<br /> Zusätzlich zu Meeresspiegelschwankungen mit langer Periodendauer, treten an den Küsten des Omans kurzfristige, aber energiereiche Meeresspiegelschwankungen auf. Beispiele in jüngerer Zeit stellen hier der Makran-Tsunami von 1945 und Zyklon Gonu im Jahr 2007 dar, beide mit Wellenhöhen von etwa 2 m. Um zusätzliche historische Starkwellenereignisse zu identifizieren und deren Magnituden besser eingrenzen zu können wurden Sedimente untersucht, welche von Tsunamis oder Stürmen bewegt und abgelagert wurden. Dazu wurde eine neue Analysemethode entwickelt, bei der mithilfe von terrestrischem Laserscanning (TLS) hochauflösende 3D-Modelle der Blöcke erstellt und untersucht werden. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass die Küste des Omans im Holozän mehreren Starkwellenereignissen ausgesetzt war, welche den Makran-Tsunami von 1945 und Zyklon Gonu im Jahr 2007 in ihrer Magnitude übertroffen haben. Die Ergebnisse hinsichtlich potenzieller Frequenzen und Magnituden von historischen Tsunamis im Golf von Oman stellen nachfolgend eine Grundlage zur Bestimmung des Tsunamirisikos im Oman dar.<br /> Um das Tsunamirisiko an der nordöstlichen Küste des Omans zu evaluieren wurden die Wellenhöhen historischer Tsunamis auf die moderne Infrastruktur der Hauptstadtregion Maskat projiziert. Die Ergebnisse offenbaren ein hohes und künftig weiter steigendes Tsunamirisiko im Oman, was sich mit der starken Urbanisierung, dem Bevölkerungszuwachs in tiefliegenden Küstenregionen sowie dem erwarteten relativen Meeresspiegelanstieg begründen lässt.<br /> Der relative Meeresspiegel in im nördlichen Oman wird auf Basis der präsentierten Ergebnisse und aktueller Prognosen des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) zwischen 0.48 m und 0.98 m bis zum Jahr 2100 ansteigen. Dieser geht mit einer Vielzahl negativer Begleiterscheinungen für den Oman einher. Dazu zählen beispielsweise Landverluste aufgrund Überflutungen, eine verstärkte Erosion an der Küste und eine Versalzung küstennaher Aquifere und Böden. Es daher wird erwartet, dass das Tsunami- und Sturmrisiko im Oman ohne entsprechende Gegenmaßnahmen künftig weiter steigen wird.

<strong>Quaternary sea-level change along the coastline of Oman</strong><br /> This work focuses on the impacts of sea-level fluctuations along the coastline of Oman on different timescales. Studying coastal geomorphology, landforms as marine terrace and sediments allows reconstructing and quantifying various coastal processes, such as past sea-level fluctuations, historical coastal hazards including tsunamis and tropical cyclones as well as related neotectonic and isostatic processes.<br /> An impressive example of elevated and deformed marine terraces is exposed along the coastline of north-eastern Oman. To reconstruct and quantify the Quaternary sea-level history and neotectonic activities in Oman, high-resolution surveying technologies (dGPS, laserscanning and photogrammetry) and remote sensing technologies (TanDEM-X data) in combination with newly developed modeling methods are applied on those terraces. Dating of the terraces was done using cosmogenic nuclide dating (10Be und 36Cl) and optically stimulated luminescence (OSL). The vertical crustal movement was quantified to reconstruct the spatial and temporal uplift history of north-eastern Oman since MIS 19 (790 ka). The results suggest that migrating flexural forebulge components connected to the Makran Subduction Zone (MSZ) can be partially held responsible for coastal uplift processes and for differential vertical uplift along the study area. Other factors which also contribute to the differential uplift are the serpentinization and volume-expansion peridotites underlying the Hajar Mountain Range and isostatic processes.<br /> Additionally, the shores of Oman have repeatedly been hit by tsunamis and tropical cyclones in historical times, examples being the 1945 Makran Tsunami or Cyclone Gonu in 2007, both not exceeding wave heights of 2m. To identify new historical extreme wave events, archives of block and boulder deposits which are believed to result from historical tsunami or storms along the eastern coast of Oman have been studied. Hereby, a new approach in acquiring high-resolution geometric data based on laserscanning of coastal boulder deposits related to extreme wave events is presented. The results indicate that the coastline of Oman experienced several large-scale inundation events during the late Holocene, which exceeded all modern examples in the study area in size and magnitude. By analyzing the results, conclusions about the possible tsunami hazard along the shorelines of Oman can be drawn.<br /> Various tsunami inundation scenarios based on historical tsunamis were created and analyzed to evaluate the potential tsunami risk in Oman. The inundation and run-up heights of historical tsunami events are projected onto the modern infrastructural setting of the Muscat Capital Area in order to analyze possible effects of potential tsunami events on the coastline of Oman. The results reveal an increasing tsunami risk in the future, which is amplified by rapid urbanization processes in the Muscat Capital Area, a demographic and economic growth in low-lying coastal areas and by the expected future sea-level rise.<br /> The expected relative sea-level rise in northern Oman until 2100 is currently expected in the range between 0.47 m and 0.98 m, depending on factors as future development of global greenhouse gas emissions, global warming and the eustatic sea level rise. The expected sea-level rise is accompanied by various negative effects for the coastline of Oman, including loss of land, intensified coastal erosion and salinization of coastal aquifers and soils. Without adequate measures, sea-level rise additionally increases the risk from tsunamis and tropical cyclones along the shoreline of Oman.