Lithospheric structure across the Himalayan-Tibetan orogen: a petrological and geophysical study

Abstract HKT-ISTP 2013 A

Advances in the modeling of the Iberian thermal lithosphere and perspectives on deep geothermal studies

Renewable energy sources are key to achieve the transition toward clean energy system. Among them, the geothermal energy has a production whose effectiveness requires sufficient understanding of the temperature distribution and fluid circulation at depth, as well as of the lithological and petrophysical properties of the crust. The focus of this paper is twofold: first, we summarize the main advances in the development of new methodologies and numerical codes to characterize the properties of the thermal lithosphere in terms of its, temperature, density and composition; second, based on the compilation of available thermal modelling results, we present the depth of the thermal Lithosphere-Asthenosphere Boundary (LAB) of the Iberian Peninsula and the temperature distribution at crustal depths of 5, 10, and 20 km, in addition to at Moho level. At 5 km depth, the temperature is above 110 °C with local anomalies (> 130 °C) located in the Iberian Massif and Cenozoic volcanic provinces. A similar pattern is observed at 10 and 20 km depth, where temperatures are above 190 °C and 350 °C, respectively. At 20 km depth, anomalies above > 500 °C, delineate the SE and NE Cenozoic volcanic provinces. At Moho depths, temperature ranges from 450 to 800 °C with hot regions mainly located along the Iberian Massif and the SE and NE volcanic provinces. The compiled results do not show any lithospheric anomaly that could give rise to high temperatures at shallow depths, but they do show an acceptable exploitation potential at intermediate depths. With regard to the direct use of district and greenhouse heating and for industrial processes, the potential is great throughout the Peninsula, the main challenges being the availability of groundwater and drilling costs

Pliocene-Quaternary crustal melting in central and northern Tibet and insights into crustal flow

There is considerable controversy over the nature of geophysically recognized low-velocity-high-conductivity zones (LV-HCZs) within the Tibetan crust, and their role in models for the development of the Tibetan Plateau. Here we report petrological and geochemical data on magmas erupted 4.7-0.3 Myr ago in central and northern Tibet, demonstrating that they were generated by partial melting of crustal rocks at temperatures of 700-1,050°C and pressures of 0.5-1.5 GPa. Thus Pliocene-Quaternary melting of crustal rocks occurred at depths of 15-50 km in areas where the LV-HCZs have been recognized. This provides new petrological evidence that the LV-HCZs are sources of partial melt. It is inferred that crustal melting played a key role in triggering crustal weakening and outward crustal flow in the expansion of the Tibetan Plateau

Whole-genome sequencing reveals host factors underlying critical COVID-19

Critical COVID-19 is caused by immune-mediated inflammatory lung injury. Host genetic variation influences the development of illness requiring critical care1 or hospitalization2,3,4 after infection with SARS-CoV-2. The GenOMICC (Genetics of Mortality in Critical Care) study enables the comparison of genomes from individuals who are critically ill with those of population controls to find underlying disease mechanisms. Here we use whole-genome sequencing in 7,491 critically ill individuals compared with 48,400 controls to discover and replicate 23 independent variants that significantly predispose to critical COVID-19. We identify 16 new independent associations, including variants within genes that are involved in interferon signalling (IL10RB and PLSCR1), leucocyte differentiation (BCL11A) and blood-type antigen secretor status (FUT2). Using transcriptome-wide association and colocalization to infer the effect of gene expression on disease severity, we find evidence that implicates multiple genes—including reduced expression of a membrane flippase (ATP11A), and increased expression of a mucin (MUC1)—in critical disease. Mendelian randomization provides evidence in support of causal roles for myeloid cell adhesion molecules (SELE, ICAM5 and CD209) and the coagulation factor F8, all of which are potentially druggable targets. Our results are broadly consistent with a multi-component model of COVID-19 pathophysiology, in which at least two distinct mechanisms can predispose to life-threatening disease: failure to control viral replication; or an enhanced tendency towards pulmonary inflammation and intravascular coagulation. We show that comparison between cases of critical illness and population controls is highly efficient for the detection of therapeutically relevant mechanisms of disease

Desenvolupament de models numèrics de placa prima per a l'estudi de la deformació litosfèrica. Aplicació a la zona Açores-Gibraltar

[cat] Les observacions, tant geològiques com geofísiques, indiquen que les plaques litosfèriques mostren una deformació considerable, no només als seus contorns, sinó també al seu interior. Estudis recents de laboratori indiquen que les roques es deformen fràgil o ductilment depenent de la seva composició, temperatura i règim d’esforços a les que estan sotmeses. En els darrers anys, s’ha fet un avanç considerable en la modelització numèrica del comportament termomecànic de les roques i, en particular, en la deformació de la litosfera. Degut a l’elevat temps de computació i la complexitat inherents als estudis tridimensionals, els experiments numèrics per a l’estudi de la deformació litosfèrica solen basar-se en certes aproximacions simplificadores. Les aproximacions més utilitzades són les de deformació planar (on el flux de material és sempre paral·lel a un pla que conté dos eixos) i les d’esforç planar (on els gradients verticals de la velocitat són petits comparats amb els horitzontals). L’aplicació d’una o altra aproximació depèn de la zona d’estudi i finalitat de l’estudi. En aquest treball s’ha desenvolupat un model numèric utilitzant l’aproximació d’esforç planar o placa prima. La litosfera és tractada com un fluid viscós, fent una mitjana vertical de la reologia. Això permet fer un tractament quasi tridimensional a expenses de perdre detall sobre la deformació interna de la litosfera. El programa de càlcul numèric desenvolupat en aquest treball utilitza la tècnica de les diferències finites, acoblant les equacions tèrmica i mecànica. S’ha incorporat la producció radiogènica de calor seguint un model de distribució de fonts radiogèniques a l’escorça exponencial i constant. Un estudi detallat de la reologia i la producció de calor ha mostrat que aquest és un paràmetre tèrmic prou important com per que s’hagi de tenir en compte. El model desenvolupat s’ha utilitzat per a fer un estudi de l’evolució de la litosfera en tres contextos compressius i, per a l’estudi neotectònic del límit de plaques entre Euràsia i Àfrica en el segment Açores-Gibraltar. En un model evolutiu de la litosfera, cal que existeixin heterogeneïtats inicials per a localitzar la deformació. Aquestes heterogeneïtats poden ser de diferents tipus: en les condicions de contorn, la geometria, tèrmiques, reològiques, ... Per altra banda, el mode de deformació dependrà dels valors relatius de la viscositat o resistència litosfèrica entre les diferents àrees, més que dels seus valors absoluts. S’ha observat que variacions de gruixos corticals inicials o litosferes amb diferents produccions de calor, actuen com heterogeneïtats reològiques. Per a l’estudi neotectònic de la zona Açores-Gibraltar, s’ha fet una aplicació del model en règim estacionari; és a dir, amb deformadors infinitesimals. L’estructura cortical i litosfèrica, juntament amb el regim tèrmic, s’ha determinat integrant dades d’elevació, flux de calor superficial i gruixos cortical i litosfèric. A partir d’aquesta estructura litosfèrica s’ha determinat les variacions laterals de la resistència litosfèrica o viscositat. La cinemàtica entre les dues plaques està regida per la rotació antihorària de la placa Africana respecte l’Eurasiàtica. La comparació dels resultats del model amb observacions de velocitats de deformació (obtingudes a partir de dades de sismicitat) i direccions d’esforços(a partir de diferents indicadors d’esforços) mostra que, entre tots els pols de rotació publicats, el determinat per Argus et al. (1989) (8.8ºN, 20.3°W i velocitat angular 0.104º/Ma) és el que millor ajusta aquestes dades. El límit de plaques s’ha considerat com una zona amb una viscositat o resistència litosfèrica menor. El límit entre Açores i el Banc de Gorringe és molt marcat obtenint-se una resistència molt baixa (µ~0.06). L’extensió del límit de plaques cap a l’est no és clara, i el model que millor ajusta tots els observables és amb un limit de plaques que es bifurca pel nord d’Àfrica i pel sud de la Península Ibèrica. La debilitat d’aquests límits (µ~0.3) és menor que la de l’oest del límit de plaques i, per tant, la deformació no està tan localitzada. Amb el límit de plaques determinat, les zones amb velocitats de deformació màximes coincideixen amb la distribució regional de la sismicitat observada. També s’obté un bon ajust de les direccions de compressió màxima. L’activitat resultant de les falles de l’interior de la Península Ibèrica és d’un moviment direccional molt poc important comparat amb el del límit de plaques. Per una altra banda, l'Atlas és una zona força activa, amb velocitats de deformació elevades, sent comparables a les del límit de plaques[eng] Geophysical and geological observations show an important deformation of the lithospheric plates, not only at their boundaries, but also at their interior. Recent studies show that rocks can deform in a brittle or ductile manner depending on its composition, temperature and stress regime. During the last few years, there have been important advances on numerical modelling of the thermo-mechanical behaviour of rocks, and its application to lithospheric deformation. Owing to the high time of computing and the complexity of the three-dimensional studies, numerical experiments to study the lithospheric deformation usually are based on some simplified approximations. The more common approximations are either plane strain (where the flux of material is parallel to a plane) or plane stress (where the vertical gradient of the velocity is small in front the horizontal). The approximation used will depend on the zone and goal of the study. In this work the numerical model has been developed using the plane stress or thin sheet approximation. The lithosphere is treated like a viscous fluid, with a vertical averaged rheology. This allows doing a quasi 3-D treatment, loosing details about the internal deformation of the lithosphere. The numerical code developed in this work uses the finite difference method, coupling the thermal and mechanical equations. The radiogenic heat production has been incorporated with models using both exponential and constant distribution of radiogenic sources in the crust. A detailed study of the rheology and heat production shows that heat production plays a majar role in lithospheric deformation. The code has been used to study: I) the lithospheric evolution in three theoretical compressive tectonic settings, and II) the neotectonics at the boundary between the Eurasia and Africa plates, along the Azores-Gibraltar segment. I) In this part of the thesis we show that lithospheric dynamic modelling needs of initial heterogeneities to localise deformation. These heterogeneities can affect the boundary conditions, the initial geometry, the temperature distribution, rheological behaviour and many other conditions. The mode of deformation will depend on the relative lateral variations of viscosity or lithospheric strength rather than on their absolute values. Initial crustal thickness variations and radiogenic heat production can act as rheological heterogeneities. II) A steady state model has been applied to study the neotectonics of the Azores­ Gibraltar region. The crustal and lithospheric structure and the lithospheric thermal regime have been calculated by integrating elevation, surface heat flow; and crustal and lithospheric thickness. The resulting lithospheric structure has allowed us to calculate the lateral variations of viscosity and the strength of the lithosphere. The kinematics of the two plates is governed by the counterclockwise rotation of Africa relative to Eurasia. The comparison between results of the model and the observations of strain rate (from seismic data) and stress orientation (from various stress indicators) suggests that the rotation pole proposed by Argus et al. (1989) (located at 18.8"N, 20.3"W. with an angular velocity of 0.104º/Ma) is the best fit. The plate boundary has been modelled as a weak zone with a lower viscosity or lithospheric strength. The plate boundary between Azores and Gorringe Bank is well defined and the estimated strength very low (µ-0.06). The extension of the plate boundary lo the east is not so well defined, and the model which provides the best fit to the observations is considering a double plate boundary, with one of the branches striking along north Africa and the other one along the southern part of the Iberian Peninsula. The relative weakness of this double boundary (µ-0.3) is lesser than at the west plate boundary, and therefore deformation is not so localized. The maximum strain rates and stress orientations resulting from this plate boundary geometry fits considerably well with the observations. The tectonic regime obtained from the model in the Iberian Peninsula is mainly characterised by strike-slip deformation with relatively low strain rates. In contrast, the tectonic activity of the Atlas region is noticeably higher, with strain rates similar to the ones obtained along the Eurasian-African plate boundary

Desenvolupament de models numèrics de placa prima per a l'estudi de la deformació litosfèrica. Aplicació a la zona Açores-Gibraltar

Les observacions, tant geològiques com geofísiques, indiquen que les plaques litosfèriques mostren una deformació considerable, no només als seus contorns, sinó també al seu interior. Estudis recents de laboratori indiquen que les roques es deformen fràgil o ductilment depenent de la seva composició, temperatura i règim d’esforços a les que estan sotmeses. En els darrers anys, s’ha fet un avanç considerable en la modelització numèrica del comportament termomecànic de les roques i, en particular, en la deformació de la litosfera. Degut a l’elevat temps de computació i la complexitat inherents als estudis tridimensionals, els experiments numèrics per a l’estudi de la deformació litosfèrica solen basar-se en certes aproximacions simplificadores. Les aproximacions més utilitzades són les de deformació planar (on el flux de material és sempre paral·lel a un pla que conté dos eixos) i les d’esforç planar (on els gradients verticals de la velocitat són petits comparats amb els horitzontals). L’aplicació d’una o altra aproximació depèn de la zona d’estudi i finalitat de l’estudi. En aquest treball s’ha desenvolupat un model numèric utilitzant l’aproximació d’esforç planar o placa prima. La litosfera és tractada com un fluid viscós, fent una mitjana vertical de la reologia. Això permet fer un tractament quasi tridimensional a expenses de perdre detall sobre la deformació interna de la litosfera. El programa de càlcul numèric desenvolupat en aquest treball utilitza la tècnica de les diferències finites, acoblant les equacions tèrmica i mecànica. S’ha incorporat la producció radiogènica de calor seguint un model de distribució de fonts radiogèniques a l’escorça exponencial i constant. Un estudi detallat de la reologia i la producció de calor ha mostrat que aquest és un paràmetre tèrmic prou important com per que s’hagi de tenir en compte. El model desenvolupat s’ha utilitzat per a fer un estudi de l’evolució de la litosfera en tres contextos compressius i, per a l’estudi neotectònic del límit de plaques entre Euràsia i Àfrica en el segment Açores-Gibraltar. En un model evolutiu de la litosfera, cal que existeixin heterogeneïtats inicials per a localitzar la deformació. Aquestes heterogeneïtats poden ser de diferents tipus: en les condicions de contorn, la geometria, tèrmiques, reològiques, ... Per altra banda, el mode de deformació dependrà dels valors relatius de la viscositat o resistència litosfèrica entre les diferents àrees, més que dels seus valors absoluts. S’ha observat que variacions de gruixos corticals inicials o litosferes amb diferents produccions de calor, actuen com heterogeneïtats reològiques. Per a l’estudi neotectònic de la zona Açores-Gibraltar, s’ha fet una aplicació del model en règim estacionari; és a dir, amb deformadors infinitesimals. L’estructura cortical i litosfèrica, juntament amb el regim tèrmic, s’ha determinat integrant dades d’elevació, flux de calor superficial i gruixos cortical i litosfèric. A partir d’aquesta estructura litosfèrica s’ha determinat les variacions laterals de la resistència litosfèrica o viscositat. La cinemàtica entre les dues plaques està regida per la rotació antihorària de la placa Africana respecte l’Eurasiàtica. La comparació dels resultats del model amb observacions de velocitats de deformació (obtingudes a partir de dades de sismicitat) i direccions d’esforços(a partir de diferents indicadors d’esforços) mostra que, entre tots els pols de rotació publicats, el determinat per Argus et al. (1989) (8.8ºN, 20.3°W i velocitat angular 0.104º/Ma) és el que millor ajusta aquestes dades. El límit de plaques s’ha considerat com una zona amb una viscositat o resistència litosfèrica menor. El límit entre Açores i el Banc de Gorringe és molt marcat obtenint-se una resistència molt baixa (µ~0.06). L’extensió del límit de plaques cap a l’est no és clara, i el model que millor ajusta tots els observables és amb un limit de plaques que es bifurca pel nord d’Àfrica i pel sud de la Península Ibèrica. La debilitat d’aquests límits (µ~0.3) és menor que la de l’oest del límit de plaques i, per tant, la deformació no està tan localitzada. Amb el límit de plaques determinat, les zones amb velocitats de deformació màximes coincideixen amb la distribució regional de la sismicitat observada. També s’obté un bon ajust de les direccions de compressió màxima. L’activitat resultant de les falles de l’interior de la Península Ibèrica és d’un moviment direccional molt poc important comparat amb el del límit de plaques. Per una altra banda, l'Atlas és una zona força activa, amb velocitats de deformació elevades, sent comparables a les del límit de plaques.Geophysical and geological observations show an important deformation of the lithospheric plates, not only at their boundaries, but also at their interior. Recent studies show that rocks can deform in a brittle or ductile manner depending on its composition, temperature and stress regime. During the last few years, there have been important advances on numerical modelling of the thermo-mechanical behaviour of rocks, and its application to lithospheric deformation. Owing to the high time of computing and the complexity of the three-dimensional studies, numerical experiments to study the lithospheric deformation usually are based on some simplified approximations. The more common approximations are either plane strain (where the flux of material is parallel to a plane) or plane stress (where the vertical gradient of the velocity is small in front the horizontal). The approximation used will depend on the zone and goal of the study. In this work the numerical model has been developed using the plane stress or thin sheet approximation. The lithosphere is treated like a viscous fluid, with a vertical averaged rheology. This allows doing a quasi 3-D treatment, loosing details about the internal deformation of the lithosphere. The numerical code developed in this work uses the finite difference method, coupling the thermal and mechanical equations. The radiogenic heat production has been incorporated with models using both exponential and constant distribution of radiogenic sources in the crust. A detailed study of the rheology and heat production shows that heat production plays a majar role in lithospheric deformation. The code has been used to study: I) the lithospheric evolution in three theoretical compressive tectonic settings, and II) the neotectonics at the boundary between the Eurasia and Africa plates, along the Azores-Gibraltar segment. I) In this part of the thesis we show that lithospheric dynamic modelling needs of initial heterogeneities to localise deformation. These heterogeneities can affect the boundary conditions, the initial geometry, the temperature distribution, rheological behaviour and many other conditions. The mode of deformation will depend on the relative lateral variations of viscosity or lithospheric strength rather than on their absolute values. Initial crustal thickness variations and radiogenic heat production can act as rheological heterogeneities. II) A steady state model has been applied to study the neotectonics of the Azores­ Gibraltar region. The crustal and lithospheric structure and the lithospheric thermal regime have been calculated by integrating elevation, surface heat flow; and crustal and lithospheric thickness. The resulting lithospheric structure has allowed us to calculate the lateral variations of viscosity and the strength of the lithosphere. The kinematics of the two plates is governed by the counterclockwise rotation of Africa relative to Eurasia. The comparison between results of the model and the observations of strain rate (from seismic data) and stress orientation (from various stress indicators) suggests that the rotation pole proposed by Argus et al. (1989) (located at 18.8"N, 20.3"W. with an angular velocity of 0.104º/Ma) is the best fit. The plate boundary has been modelled as a weak zone with a lower viscosity or lithospheric strength. The plate boundary between Azores and Gorringe Bank is well defined and the estimated strength very low (µ-0.06). The extension of the plate boundary lo the east is not so well defined, and the model which provides the best fit to the observations is considering a double plate boundary, with one of the branches striking along north Africa and the other one along the southern part of the Iberian Peninsula. The relative weakness of this double boundary (µ-0.3) is lesser than at the west plate boundary, and therefore deformation is not so localized. The maximum strain rates and stress orientations resulting from this plate boundary geometry fits considerably well with the observations. The tectonic regime obtained from the model in the Iberian Peninsula is mainly characterised by strike-slip deformation with relatively low strain rates. In contrast, the tectonic activity of the Atlas region is noticeably higher, with strain rates similar to the ones obtained along the Eurasian-African plate boundary

Desenvolupament de models numèrics de placa prima per a l'estudi de la deformació litosfèrica. Aplicació a la zona Açores-Gibraltar

Les observacions, tant geològiques com geofísiques, indiquen que les plaques litosfèriques mostren una deformació considerable, no només als seus contorns, sinó també al seu interior. Estudis recents de laboratori indiquen que les roques es deformen fràgil o ductilment depenent de la seva composició, temperatura i règim d’esforços a les que estan sotmeses. En els darrers anys, s’ha fet un avanç considerable en la modelització numèrica del comportament termomecànic de les roques i, en particular, en la deformació de la litosfera. Degut a l’elevat temps de computació i la complexitat inherents als estudis tridimensionals, els experiments numèrics per a l’estudi de la deformació litosfèrica solen basar-se en certes aproximacions simplificadores. Les aproximacions més utilitzades són les de deformació planar (on el flux de material és sempre paral·lel a un pla que conté dos eixos) i les d’esforç planar (on els gradients verticals de la velocitat són petits comparats amb els horitzontals). L’aplicació d’una o altra aproximació depèn de la zona d’estudi i finalitat de l’estudi. En aquest treball s’ha desenvolupat un model numèric utilitzant l’aproximació d’esforç planar o placa prima. La litosfera és tractada com un fluid viscós, fent una mitjana vertical de la reologia. Això permet fer un tractament quasi tridimensional a expenses de perdre detall sobre la deformació interna de la litosfera. El programa de càlcul numèric desenvolupat en aquest treball utilitza la tècnica de les diferències finites, acoblant les equacions tèrmica i mecànica. S’ha incorporat la producció radiogènica de calor seguint un model de distribució de fonts radiogèniques a l’escorça exponencial i constant. Un estudi detallat de la reologia i la producció de calor ha mostrat que aquest és un paràmetre tèrmic prou important com per que s’hagi de tenir en compte. El model desenvolupat s’ha utilitzat per a fer un estudi de l’evolució de la litosfera en tres contextos compressius i, per a l’estudi neotectònic del límit de plaques entre Euràsia i Àfrica en el segment Açores-Gibraltar. En un model evolutiu de la litosfera, cal que existeixin heterogeneïtats inicials per a localitzar la deformació. Aquestes heterogeneïtats poden ser de diferents tipus: en les condicions de contorn, la geometria, tèrmiques, reològiques, ... Per altra banda, el mode de deformació dependrà dels valors relatius de la viscositat o resistència litosfèrica entre les diferents àrees, més que dels seus valors absoluts. S’ha observat que variacions de gruixos corticals inicials o litosferes amb diferents produccions de calor, actuen com heterogeneïtats reològiques. Per a l’estudi neotectònic de la zona Açores-Gibraltar, s’ha fet una aplicació del model en règim estacionari; és a dir, amb deformadors infinitesimals. L’estructura cortical i litosfèrica, juntament amb el regim tèrmic, s’ha determinat integrant dades d’elevació, flux de calor superficial i gruixos cortical i litosfèric. A partir d’aquesta estructura litosfèrica s’ha determinat les variacions laterals de la resistència litosfèrica o viscositat. La cinemàtica entre les dues plaques està regida per la rotació antihorària de la placa Africana respecte l’Eurasiàtica. La comparació dels resultats del model amb observacions de velocitats de deformació (obtingudes a partir de dades de sismicitat) i direccions d’esforços(a partir de diferents indicadors d’esforços) mostra que, entre tots els pols de rotació publicats, el determinat per Argus et al. (1989) (8.8ºN, 20.3°W i velocitat angular 0.104º/Ma) és el que millor ajusta aquestes dades. El límit de plaques s’ha considerat com una zona amb una viscositat o resistència litosfèrica menor. El límit entre Açores i el Banc de Gorringe és molt marcat obtenint-se una resistència molt baixa (µ~0.06). L’extensió del límit de plaques cap a l’est no és clara, i el model que millor ajusta tots els observables és amb un limit de plaques que es bifurca pel nord d’Àfrica i pel sud de la Península Ibèrica. La debilitat d’aquests límits (µ~0.3) és menor que la de l’oest del límit de plaques i, per tant, la deformació no està tan localitzada. Amb el límit de plaques determinat, les zones amb velocitats de deformació màximes coincideixen amb la distribució regional de la sismicitat observada. També s’obté un bon ajust de les direccions de compressió màxima. L’activitat resultant de les falles de l’interior de la Península Ibèrica és d’un moviment direccional molt poc important comparat amb el del límit de plaques. Per una altra banda, l'Atlas és una zona força activa, amb velocitats de deformació elevades, sent comparables a les del límit de plaques.Geophysical and geological observations show an important deformation of the lithospheric plates, not only at their boundaries, but also at their interior. Recent studies show that rocks can deform in a brittle or ductile manner depending on its composition, temperature and stress regime. During the last few years, there have been important advances on numerical modelling of the thermo-mechanical behaviour of rocks, and its application to lithospheric deformation. Owing to the high time of computing and the complexity of the three-dimensional studies, numerical experiments to study the lithospheric deformation usually are based on some simplified approximations. The more common approximations are either plane strain (where the flux of material is parallel to a plane) or plane stress (where the vertical gradient of the velocity is small in front the horizontal). The approximation used will depend on the zone and goal of the study. In this work the numerical model has been developed using the plane stress or thin sheet approximation. The lithosphere is treated like a viscous fluid, with a vertical averaged rheology. This allows doing a quasi 3-D treatment, loosing details about the internal deformation of the lithosphere. The numerical code developed in this work uses the finite difference method, coupling the thermal and mechanical equations. The radiogenic heat production has been incorporated with models using both exponential and constant distribution of radiogenic sources in the crust. A detailed study of the rheology and heat production shows that heat production plays a majar role in lithospheric deformation. The code has been used to study: I) the lithospheric evolution in three theoretical compressive tectonic settings, and II) the neotectonics at the boundary between the Eurasia and Africa plates, along the Azores-Gibraltar segment. I) In this part of the thesis we show that lithospheric dynamic modelling needs of initial heterogeneities to localise deformation. These heterogeneities can affect the boundary conditions, the initial geometry, the temperature distribution, rheological behaviour and many other conditions. The mode of deformation will depend on the relative lateral variations of viscosity or lithospheric strength rather than on their absolute values. Initial crustal thickness variations and radiogenic heat production can act as rheological heterogeneities. II) A steady state model has been applied to study the neotectonics of the Azores­ Gibraltar region. The crustal and lithospheric structure and the lithospheric thermal regime have been calculated by integrating elevation, surface heat flow; and crustal and lithospheric thickness. The resulting lithospheric structure has allowed us to calculate the lateral variations of viscosity and the strength of the lithosphere. The kinematics of the two plates is governed by the counterclockwise rotation of Africa relative to Eurasia. The comparison between results of the model and the observations of strain rate (from seismic data) and stress orientation (from various stress indicators) suggests that the rotation pole proposed by Argus et al. (1989) (located at 18.8"N, 20.3"W. with an angular velocity of 0.104º/Ma) is the best fit. The plate boundary has been modelled as a weak zone with a lower viscosity or lithospheric strength. The plate boundary between Azores and Gorringe Bank is well defined and the estimated strength very low (µ-0.06). The extension of the plate boundary lo the east is not so well defined, and the model which provides the best fit to the observations is considering a double plate boundary, with one of the branches striking along north Africa and the other one along the southern part of the Iberian Peninsula. The relative weakness of this double boundary (µ-0.3) is lesser than at the west plate boundary, and therefore deformation is not so localized. The maximum strain rates and stress orientations resulting from this plate boundary geometry fits considerably well with the observations. The tectonic regime obtained from the model in the Iberian Peninsula is mainly characterised by strike-slip deformation with relatively low strain rates. In contrast, the tectonic activity of the Atlas region is noticeably higher, with strain rates similar to the ones obtained along the Eurasian-African plate boundary

A 3-D shear velocity model of the southern North American and Caribbean plates from ambient noise and earthquake tomography

We use group velocities from earthquake tomography together with group and phase velocities from ambient noise tomography (ANT) of Rayleigh waves to invert for the 3-D shear-wave velocity structure (5–70 km) of the Caribbean (CAR) and southern North American (NAM) plates. The lithospheric model proposed offers a complete image of the crust and uppermost-mantle with imprints of the tectonic evolution. One of the most striking features inferred is the main role of the Ouachita–Marathon–Sonora orogeny front on the crustal seismic structure of the NAM plate. A new imaged feature is the low crustal velocities along the USA-Mexico border. The model also shows a break of the east–west mantle velocity dichotomy of the NAM and CAR plates beneath the Isthmus of the Tehuantepec and the Yucatan Block. High upper-mantle velocities along the Mesoamerican Subduction Zone coincide with inactive volcanic areas while the lowest velocities correspond to active volcanic arcs and thin lithospheric mantle regions