3D numerical modeling of the physical characterictics of slow-spreading ridge segments
Modélisation numérique 3D des caractéristiques physiques des segments de dorsale lente
Résumé
I developed 3D thermal and physical numerical models of the slow-spreading ridge segments to investigate whether the presence of a hot zone beneath the segment center may account for off-axis and along-axis geophysical observations and determine the characteristics of such a hot zone. Observations from the Mid-Atlantic Ridge show along-axis variations of geophysical characteristics from segment center to ends. Off-axis observations show the existence of rhomb-shaped patterns suggesting that a segment lengthens then shortens through time over a period of 3-9 My. In my model the thermal structure is controlled by the geometry and the dimensions of a permanent hot zone imposed beneath the segment center, where is simulated the adiabatic ascent of magmatic material. The physical processes at the origin of such a hot zone are not considered. From the thermal structure, geophysical parameters (gravity anomalies, magnetic anomalies, maximum depth of earthquakes, and along-axis variation of crustal thickness) are simulated and compared to the observed ones to identify the particular geometries and dimensions of the hot zone which reproduces geophysical observations. Thermal structures of different types of segment, characterized by different length, are determined in such a way. The models show that, with her parameters remaining equal, the lengthening of the hot zone is sufficient to account for the varying characteristics of the different segment types. This simple evolution of the hot zone suggests that the different "segment types" indeed represent different phases in the evolution of a unique segment type. In order to test whether such an evolution can account for off-axis observations I modeled this evolution of the hot zone and the resulting thermal structure and evolution. Such a evolution accounts for off-axis observations if the hot zone progressively lengthens for 3 My then shortens for 3 My.
J'ai développé des modèles numériques 3D de l structure thermiques et des caractéristiques géophysiques résultants des segments de dorsale lente pour vérifier si la présence d'une zone chaude sous les centres de segment rend compte des observations géophysiques axiales et hors-axe et pour déterminer les caractéristiques d'une telle zone chaude. Les observations sur la dorsale Médio-Atlantique montrent des variations le long de l'axe des caractéristiques géophysiques des centres de segment vers leurs extrémités. Les observations hors-axe montrent l'existence de formes rhomboédriques suggérant qu'un segment s'allonge puis se raccourcit au cours du temps sur une période de 3 à 9 Ma. Dans mon modèle, la structure thermique est contrôlée par la géométrie et les dimensions d'une zone chaude permanente impose sous le centre du segment, dans laquelle est simulée la remontée adiabatique de matériel mantellique. Les processus physiques à l'origine d'une telle zone chaude ne sont pas considérés. A partir de la structure thermique, les paramètres géophysiques (anomalies gravimétriques, anomalies magnétiques, profondeur maximale des microséismes et variation axiale de l'épaisseur crustale) sont simulées et comparées à ceux observés pour identifier les dimensions et géométrie particulières de la zone chaude qui reproduisent les observations géophysiques. Les structures thermiques de différents types de segment, caractérisés par des longueurs différentes, sont déterminées de cette façon. Les modèles montrent que, les autres paramètres restant constants, l'allongement de la zone chaude est suffisant pour rendre compte de la variation des caractéristiques des différents types de segment. Cette simple évolution de la zone chaude suggère que les différents types de segment représentent différentes phases dans l'évolution d'un type unique de segment. Pour tester si une telle évolution peut rendre compte des observations hors-axe j'ai modélisé cette évolution de la zone chaude et les structure et évolution thermiques résultantes. Une telle évolution rend compte des observations hors-axe si la zone chaude s'allonge progressivement pendant 3 Ma puis se raccourcit pendant 3 Ma.
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