Long-term denudation rates from the Central Andes (Chile) estimated from a Digital Elevation Model using the Black Top Hat function and Inverse Distance Weighting: implications for the Neogene climate of the Atacama Desert Translated title: Tasas de denudación de largo tiempo en los Andes Centrales, Chile, estimadas a partir de un modelo digital de elevación usando la función 'Top Hat' por cierre y la interpolación ponderada por el inverso de la distancia: implicancias del clima Neógeno del Desierto de Atacama

Abstract

A methodology for determining long-term denudation rates from morphologic markers in a Digital Elevation Model (DEM) is checked by a comparative study of two drainage basins in the PrecordiUera of the Central Andes. In both cases the initial configuration of an incised pediment surface has been restored by using two different methods: the Black Top Hat (BTH) function and the Inverse Distance Weighting (IDW) interpolation. Where vertical incision and hillslope erosion are recorded, the IDW appears to be the most adequate to reconstitute the pediment surfaces. Conversely, where only vertical incision is observed, the BTH describes more precisely the former pediment surfaces and it is easier to solve. By subtracting the DEM from the reconstructed marker we calculated an eroded volume, and estimated its uncertainty by considering Root Mean Square Error (RMSE) and DEM grid error. For the last ~10 Myr we obtained long-term denudation rates of 7.33±1.6 m/Myr in the San Andrés drainage basin and 13.59±1.9 m/Myr in the El Salado drainage basin. These estimations are largely in agreement with other reported estimates of long-term denudation rates in the Atacama Desert. Comparison with long-term denudation rates reported in a wide range of climatic regimes suggests that our estimates cannot be explained by the current rainfall in the PrecordiUera. However they could be explained by a rainfall similar to that reported 40 km to the east in the Puna. This suggests that during the time span concerned the geomorphologic evolution of the study area, this evolution is dominated by an orographically controlled rainfall pattern. The preserved pediment surface and the small long term denudation rates determined in this study also indicate that the PrecordiUera was never reached by humid tropical air masses and precipitation as currently observed in the Altiplano during the summer months

Translated abstract

Una metodología para determinar tasas de denudación de largo tiempo a partir de marcadores geomorfológicos obtenidos desde un Modelo Digital de Elevación (MDE), ha sido comprobada considerando un estudio comparativo de dos cuencas vertientes de la precordillera de los Andes Centrales. Para ambas cuencas, la configuración inicial de una superficie de pedimentación afectada por incisión, ha sido reconstruida usando dos métodos diferentes: la función 'Top Hat' por Cierre (THC) y la Interpolación Ponderada por el Inverso de la Distancia (IPID). Cuando se observa tanto incisión vertical como erosión de laderas, la IPID es más apropiada para reconstruir las superficies de pedimentación. Por el contrario, donde solo se observa incisión vertical, la THC describe con mayor precisión las superficies de pedimentación, y es de más fácil implementation. En este trabajo, se calculó un volumen erosionado por medio de la sustracción del MDE del marcador geomorfológico reconstruido, y se estimó su incertitud al considerar un Error Cuadrático Medio y un MDE representando una grilla de errores. Para los últimos 10 Myr se obtuvo tasas de denudación de largo tiempo de 7,33±1,6 m/Myr en la cuenca vertiente de San Andrés y de 13,59±1,9 m/Myr en la cuenca vertiente de El Salado. Estas estimaciones son similares a otras estimaciones de tasas de denudación de largo tiempo publicadas para el Desierto de Atacama. La comparación con valores de tasas de denudación de largo tiempo reportadas para un amplio rango de regímenes climáticos sugiere que estas estimaciones no pueden ser explicadas por las actuales tasas de precipitación de la Precordillera. Sin embargo, podrían ser explicadas por tasas de precipitación similares a aquellas actualmente imperantes 40 km al este, en la Puna. Esto sugiere que durante el lapso de tiempo concerniente a la evolución geomorfológica del área de estudio, esta evolución es dominada por el control orográfico de las precipitaciones. La preservación de superficies de pedimentación y los bajos valores de las tasas de denudación de largo tiempo determinadas en este estudio indican, por otra parte, que la Precordillera no fue afectada por precipitaciones y masas de aire húmedas tropicales como las que actualmente se observan en el Altiplano durante los meses de verano