Modelling of intra-oceanic rifting and implications for the Terceira Rift in the Azores
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| Data de Publicação: | 2023 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10451/58758 |
Resumo: | Tese de mestrado, Geologia (Geologia Estrutural), 2023, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências |
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Modelling of intra-oceanic rifting and implications for the Terceira Rift in the AzoresRifting intra-oceânicoRift-to-driftModelação NuméricaTectónicaRift da TerceiraTeses de mestrado - 2023Departamento de GeologiaTese de mestrado, Geologia (Geologia Estrutural), 2023, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasAté à data, estudos de modelação numérica de rifting foram feitos incidindo sobre litosfera continental, com principal enfoque na sua evolução tectono-estrutural e breakup continental. O ciclo de Wilson relata que os oceanos se formam, evoluem e fecham. Este ciclo começa com a abertura de um oceano por meio de um processo de rifting continental, separando assim dois continentes, e terminando com uma colisão continente-continente através da subducção da litosfera oceânica (formando, posteriormente, uma bacia intracratónica). Porém, em situações geotectónicas específicas, verifica-se que a litosfera oceânica também sofre extensão e, daí resultando, de processos de rifting, como no caso do rift da Terceira (Atlântico Norte). O rifting intra-oceânico pressupõe a formação de nova crosta oceânica (e alastramento) no segmento de litosfera oceânica preexistente. Ora, se porventura, um rift intra-oceânico se formar, uma nova crosta oceânica poderá ser criada (causando alastramento oceânico) e impedir que o antigo oceânico feche (seguindo o ciclo de Wilson). Deste modo, a formação de um rift intra-oceânico poderá impedir a evolução tipica do ciclo de Wilson, podendo atrasar o seu fim. Assim, e com vista a compreender o processo de rifting intra-oceânico, recorremos à da evolução rift-to-drift, visto que esta transição engloba as diferentes fases de rifting e seus modos de deformação. A análise desta evolução permite compreender o processo de rifting na sua totalidade, envolvendo as diversas nuances que aqui serão abordadas, com principal foco no tempo de extensão necessário para que a litosfera oceânica atinja a sua ruptura total. O espaço temporal anteriormente referido demonstra-se particularmente útil visto que salienta um comportamento global, permitindo assim aproximar e aferir os processos de primeira e segunda que subjazem tal comportamento. Foi utilizado o código geodinâmico Underworld para levar a cabo a modelação numérica 2D de rifting intra-oceânico. Primeiro, dois conjuntos de experiências foram desenvolvidos, um conjunto sem fraquezas mecânicas e outro conjunto com uma fraqueza mecânica no centro das experiências. Deste modo, foi permitido estudar a influência que uma fraqueza mecânica tem na localização da distorção e na aceleração do tempo de extensão necessário para ruptura da litosfera oceânica. Em segundo lugar, e em ambos os conjuntos, foram sistematicamente tratados dois parâmetros fundamentais, que confluem para a evolução temporal da transição rift-to-drift: a) diferentes velocidades de extensão, que variaram entre 4 mm/yr e 160 mm/yr (velocidade de extensão total); e b) diferentes idades de placas litosféricas oceânicas, que variaram entre 10 Myr e 90 Myr, que atuam como proxy da espessura litosférica. De seguida, a metodologia e abordagem de modelação foram novamente utilizadas para simular a transição rift-to-drift do rift da Terceira e comparar os resultados experimentais com os resultados empíricos. Para este efeito, e de acordo com estudos anteriores, foi implementado uma fraqueza mecânica (simulando a falha Azores-Gibraltar) e usadas velocidades de extensão de 5.4 mm/yr e uma placa oceânica com uma idade de 30 Myr. Os resultados que advêm do presente estudo demonstram que o tempo necessário para atingir a ruptura total da placa litosférica oceânica (i.e., breakup oceânica) desde do inicio da extensão decrescem, descrevendo uma tendência não linear e logarítmica, com o aumento das velocidades de extensão. Do mesmo modo, as experiências revelam um papel secundário das idades das placas litosféricas têm no tempo necessário para atingir a ruptura da litosfera oceânica. Assim, foi possível determinar quantitativamente as influências de primeira ordem e de segunda ordem que as velocidades de extensão (cerca de 98%) e as idades de placas (até 59%) têm no tempo necessário até atingir o breakup oceânico. Esta tendência logarítmica das idades de breakup oceânica foram também aqui abordadas como um produto de dois factores fundamentais, nomeadamente: a) as taxas de distorção mais elevadas (impostas através das diferentes velocidades de extensão) causam tensões mais elevadas que, por sua vez, facilitam o falhamento da litosfera; e, b) a dualidade entre o arrefecimento da litosfera e seu enfraquecimento devido a taxas de distorção mais elevadas. Ou seja, velocidades de extensão mais elevadas levam a um enfraquecimento da litosfera na zona axial do rift, o que por sua vez, leva a uma exumação mais eficiente do manto astenosférico e aumento generalizado da temperatura (e vice-versa). Acrescendo a este facto, as velocidades de extensão mais elevadas causam tensões maiores, facilitando, assim, o falhamento da litosfera. Em suma, estes fatores combinados levam a um comportamento semelhante em todas as experiências realizadas, mesmo quando considerado o conjunto de experiências com uma anomalia mecânica, que localiza eficientemente a deformação em fases iniciais da extensão. Por outro lado, nas experiências em que não foram usadas anomalias mecânicas, as idades das placas têm um papel fundamental na formação de diferentes configurações de rift. Estas configurações de rift são: a) a formação de um único rift, formando inicialmente uma única zona onde a distorção acumula e a extensão atua; b) a formação de um rift que rompe por completo a litosfera, atingindo breakup oceânico, e um outro que aborta, sendo inicialmente formadas duas zonas onde a extensão atua; c) formação de dois rifts, onde são formadas, desde o início, duas zonas onde a extensão atua e continuando até atingir o breakup oceânico. O número de ocorrências dos diferentes tipos de configuração de rift variam, tanto com as diferentes idades de placa oceânica como com as diferentes velocidades de extensão. Verificase que o aumento das idades das placas impede a formação de dois rifts, enquanto que o aumento das velocidades de extensão favorece esta configuração. Desta forma, o balanço entre as ocorrências dos diferentes tipos de configuração de rifts é feita por dois fatores que se opõem: coesão litosférica e tensão divergente aplicada. A comparação entre os dois conjuntos de experiências, com e sem anomalia mecânica, revela que os processos subjacentes à tendência não linear e logarítmica se mantêm. Na verdade, a anomalia mecânica induz a localização da deformação e extensão na zona em que esta é aplicada (visto ser uma zona de fraqueza mecânica). Deste modo, e ao contrário do que ocorre no conjunto de experiências onde não são utilizadas quaisquer anomalias mecânicas, desde o início da extensão, a deformação é localizada numa única zona, tendo isto dois efeitos: a) a ausência de uma fase de distribuição de falhas; e devido a esta situação, b) a formação de um único rift, em qualquer circunstância. A ausência de uma fase precoce de distribuição de deformação pelo domínio total do modelo leva a que o tempo necessário para atingir a ruptura total da litosfera oceânica diminua. Verifica-se, então, que existe uma redução do tempo da transição de rift-to-drift de cerca de 10% (desde o início da extensão até o breakup oceânico). Esta comparação entre os dois conjuntos, é feita apenas para os casos, no conjunto onde não foi aplicada uma anomalia mecânica, em que apenas um rift é formado, sendo assim possível aferir a influência da fase de distribuição de deformação no tempo necessário para atingir a ruptura litosférica. A extensão no rift da Terceira, terá começado entre 25 Ma a 20 Ma e transitado para a fase de alastramento oceânico (i.e., drift) à cerca de 7 Ma. De acordo com estas evidências, a transição rift-to-drift terá ocorrido num espaço temporal entre 18 Myr a 13 Myr. Os resultados experimentais aqui apresentados situam esta transição em 20.50 Myr, o que revela um desvio de 12.2% a 36.6%. Apesar dos resultados experimentais divergirem do que é observado no caso natural do rift da Terceira, é importante notar a similaridade entre a experiência e o caso natural, visto este ser um caso particularmente complexo, com diversas incertezas, num processo de rifting oblíquo e tridimensional (em comparação às experiências bidimensionais aqui apresentas).Numerical modelling of rifting has been focused on cases involving extension and breakup of the continental lithosphere. However, the oceanic lithosphere has also been known to undergo rifting in specific geo-tectonic settings, as in the case of the Terceira ridge in the Azores triple junction (N-Atlantic). The rift-to-drift evolution of a segment of oceanic lithosphere potentially bears major implications for the Wilson cycle evolution of an oceanic basin, justifying the importance of carrying out the present numerical modelling study. We used the Underworld geodynamic code to carry out 2D numerical models of oceanic rifting. To this extent, we systematically tested two main parameters which control the timing of the evolution from initial oceanic extension to breakup and drifting (in two different sets of experiments, with and without mechanical weakness), namely: a) different total extension rates between 4 mm/yr and 160 mm/yr, and b) different oceanic plate ages ranging between 10 Myr and 90 Myr. Also, we tested this methodology to simulate the onset of seafloor spreading in the Terceira rift, using a spreading rate of 2.7 mm/yr and a plate age of 30 Myr, in compliance with previous studies on the current and past spreading rates and a plate age in pair with the beginning of the extension. Our results show that the time required to achieve breakup of the extending oceanic lithosphere decreases logarithmically with an increasing extensional rate. Our modelling also shows that lithospheric thickness plays a secondary, yet significant role in the type of oceanic rift configuration formed (i.e., unique rift, aborted rift, and double rift). Regarding the simulation of the Terceira rift, our results seemingly approximate the known time frame of the rift-to-drift transition (18 - 13 Myr in nature, to 20.50 Myr in our experiments).Duarte, João Daniel Casal, 1981-Rosas, Filipe Medeiros, 1970-Repositório da Universidade de LisboaRodrigues, Nuno Miguel Ferreira2023-07-26T09:06:59Z202320232023-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/58758enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T17:07:42Zoai:repositorio.ul.pt:10451/58758Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T22:08:54.853240Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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