The evolution of mountain landscapes is controlled by complex interactions between large-scale tectonic, surficial and climate conditions. Dominant processes are attributed to creating characteristic features of the landscape, but topographic features are the cumulative result of coupled surficial processes, each locally effective in a different climate or elevation regime. The focus of erosion by glacial, fluvial, or mass wasting processes is highly sensitive to small changes in boundary conditions, therefore spatial and temporal variability can be high when observed over short time scales. This work evaluated methods for dissecting the history of complex alpine landscapes to understand the role of individual processes influenced by changing climate and underlying bedrock. It also investigated how individual and combined mechanisms of surficial processes influenced the evolution of topography in the Teton Range in Wyoming. Detrital apatite (U-Th)/He thermochronology and cosmogenic radionuclide erosion rates were applied to determine spatial and temporal variability of erosion in the central catchments of the range. Spatial variability existed between the glacial and fluvial systems, indicating that sediment erosion and deposition by these processes was controlled by short-term variability in climate conditions. Effective glacial incision also controlled other processes, specifically enhancing rock fall activity and inhibiting fluvial incision. Short-term erosion rates were highly variable and were controlled by stochastic processes, particularly hillslope failures in response to slope oversteepening due to glacial incision and orientation and spacing of bedrock fractures. Erosion rates averaged over 10 ky time scales were comparable to long-term exhumation rates measured in the Teton Range. The similarity of spatial erosion patterns to predicted uniform erosion and the balance between intermediate and long-term erosion rates suggests the landscape of the Teton Range is approaching steady-state, but frequent stochastic processes, short-term erosional variability and coupled processes maintain rugged topographic relief. / Ph. D.

A new apatite (U-Th)/He (AHe) dataset from subvertical transects collected in the Teton and Gallatin Ranges in the Teton-Yellowstone region provides insight for the slip history and length of the Teton fault. Along the northernmost segment of the Teton fault, inverse thermal history modeling of AHe data from Eagles Rest Peak yield a ~9 Ma age for onset of fault slip. This age supports previous interpretations that Mount Moran may be the true center of the Teton fault. This refined interpretation coupled with lengthdisplacement fault scaling analysis and previous estimates of total fault displacement (~6 km) indicates that the Teton fault may extend 50-90 km north of Mount Moran. However, this new data precludes the possibility that the Teton and East Gallatin faults represent the same structure. Yet, because these systems share a similar structure trend and initial slip ages (13 Ma and 16 Ma, respectively), they may still be related at a larger scale. To the south, the Teewinot transect yields the oldest onset age of ~32 Ma, however a >500 m vertical data gap in this transect leads us to cautiously interpret the results of this model, particularly as this age conflicts with four other transects along-strike.

A evolução da margem continental do sudeste do Brasil tem sido discutida por diversos autores desde meados do século passado até os dias atuais, especialmente no contexto da origem e evolução dos escarpamentos e das bacias tafrogênicas. Buscou-se contribuir com novos dados sobre a evolução da área a partir da aplicação da termocronologia de baixa temperatura (U-Th)/He em apatita, que oferece uma sensibilidade significativa para registrar movimentações tectônicas na crosta superior. Foi possível obter idades em 107 cristais de apatita de 18 amostras do embasamento coletadas no perfil com orientação NW-SE, numa seção entre a Serra da Mantiqueira e o Gráben da Guanabara. As idades corrigidas variam entre 250,1 8,7 Ma e 43,5 1,9 Ma (2 σ) e as não corrigidas entre 174,13 3,03 Ma e 27,07 0,60 Ma (1 σ). O Neocretáceo, o Eocretáceo e o Paleoceno são os principais registros no conjunto de dados, em ordem de importância. No Neocretáceo, o intervalo entre 83,6 e 72,1 Ma (Campaniano) representa o maior destaque nos registros termocronológicos, embora os outros registros (Maastrichtiano e Santoniano) também estejam presentes e sejam importantes. As idades do Neocretáceo destacam a importância dos eventos tectonomagmáticos e soerguimento regional na história térmica dessa área, inclusive com idades (~86 Ma) atribuídas ao contexto de soerguimento da Serra do Mar. As idades do Eocretáceo indicam o registro de eventos térmicos mais antigos, vinculados à evolução pré-rifte. Já os dados do Paleoceno estariam associados ao evento de reativação responsável pela implantação do sistema de riftes continentais (~65 Ma) e as idades do Eoceno, restritas à borda de falha da bacia de Resende (49,7 Ma e 43,5 Ma), à reativação do sistema de riftes nessa área. A dispersão de idades foi interpretada como efeito dos danos de radiação já que muitos grãos apresentam correlação entre idade e concentração de urânio (eU). Os padrões de tempo-temperatura (t-T), definidos a partir dos modelos HeFTy calibrados para o modelo de difusão que considera os efeitos de danos de radiação nos cristais, registraram eventos de resfriamento rápido, os quais mostram correlação direta com episódios de reativação e soerguimento na margem continental e com registros nas bacias continentais e marginais. O padrão de aumento das idades com a elevação, assim como da costa em direção ao interior é observado, mas mostra-se alterado pela ocorrência de idades mais jovens associadas à complexa evolução dessa margem continental com desnivelamentos de blocos vinculados à tectônica pós-rift, numa situação que ressalta a influência dos episódios de reativação. As estimativas de denudação total variam entre 1,2 e 2,8 km. As taxas de erosão variam entre 15,2 e 35,3 m/Ma. A evolução da área indica não apenas a influência de um evento específico mas, possivelmente, uma combinação de episódios que se alternaram e/ou atuaram em conjunto em determinados períodos. Os eventos de reativação mais antigos, combinados com os mais recentes, exibem os seus remanescentes na paisagem (serras da Mantiqueira e do Mar e os grábens e bacias sedimentares) e assumem papel fundamental na evolução da área. Os registros de tais episódios podem ser observados nas histórias térmicas das rochas e nos depósitos correlativos nas bacias sedimentares marginais e intracontinentais. / This doctoral dissertation involves low-temperature thermochronologic investigations to constrain the Mesozoic and Cenozoic tectonic reactivation of the continental margin of southeast Brazil. The study area is located in a segment of the Neoproterozoic Ribeira belt in southeastern Brazil, which occupied a central position in Western Gondwana. Lately, during the Mesozoic and Cenozoic, fault zones related to the development of the continental rifts in southeast Brazil reactivated. Using apatite (U-Th)/He thermochronology (AHe), we have presented the results of analysis on 107 apatite crystals of basement samples collected from a NWSE transect in the Mantiqueira Mountains to the Guanabara Graben, as well as from the NESE transverse faults. The data range from 27.07 0.60 Ma to 174.13 3.03 Ma (1 σ) for uncorrected ages, and from 43.5 1.9 Ma to 250.1 8.7 Ma (2 σ) for corrected ages. The Neo-Cretaceous, Eo-Cretaceous, and Paleocene are the main recorded AHe ages, in order of importance. The Eo-Cretaceous ages indicate the occurrence of older thermal events related to a pre-rifting phase (~121 Ma). The Neo-Cretaceous ages signify the importance of tectonic and magmatic events, and regional uplifting for the thermal history of the study area, including ages related to the Serra do Mar Mountains uplift (~86 Ma). Paleocene ages seem to be related to the reactivation (~65 Ma), which was responsible for the continental rifts in the southeastern Brazil. Finally, the Eocene ages (49.7 Ma and 43.5 Ma), which are from samples restricted to the Resende Basin border faults, indicate a continental rift reactivation. We investigated the age dispersion data, which were interpreted as an effect of radiation damage. Several samples show correlations between apatite (U-Th)/He age and effective U concentration (eU). We have applied HeFTy thermal modeling to obtain timetemperature (t T) paths using a radiation damage diffusion model. Inverse modeling of (U-Th)/He age data suggests rapid cooling episodes for all samples. The main thermal events recorded by the HeFTy models show a direct correlation with the timing of regional tectonic events: reactivation phases, continental margin uplift, and the sedimentary record. Apatite (U-Th)/He ages increase with distance from the coast and with elevation. However, these patterns are discontinued by samples of younger ages as a result of the reactivation process of pre-existing structures in the Brazilian continental margin. The total estimated denudation range from 1.2 to 2.8 km. The erosion rates range from 15.2 to 35.3 m/My. Thus, the multi-episodic thermal events, which led to the formation of important regional tectonic and geomorphological features (Mantiqueira Mountains, Serra do Mar Mountains, grabens, and sedimentary basins), seem to play a fundamental role in the evolution of the Brazilian continental margin. The records can be found in the thermal history of rocks and its correlated deposits in the continental margin.

A evolução da margem continental do sudeste do Brasil tem sido discutida por diversos autores desde meados do século passado até os dias atuais, especialmente no contexto da origem e evolução dos escarpamentos e das bacias tafrogênicas. Buscou-se contribuir com novos dados sobre a evolução da área a partir da aplicação da termocronologia de baixa temperatura (U-Th)/He em apatita, que oferece uma sensibilidade significativa para registrar movimentações tectônicas na crosta superior. Foi possível obter idades em 107 cristais de apatita de 18 amostras do embasamento coletadas no perfil com orientação NW-SE, numa seção entre a Serra da Mantiqueira e o Gráben da Guanabara. As idades corrigidas variam entre 250,1 8,7 Ma e 43,5 1,9 Ma (2 σ) e as não corrigidas entre 174,13 3,03 Ma e 27,07 0,60 Ma (1 σ). O Neocretáceo, o Eocretáceo e o Paleoceno são os principais registros no conjunto de dados, em ordem de importância. No Neocretáceo, o intervalo entre 83,6 e 72,1 Ma (Campaniano) representa o maior destaque nos registros termocronológicos, embora os outros registros (Maastrichtiano e Santoniano) também estejam presentes e sejam importantes. As idades do Neocretáceo destacam a importância dos eventos tectonomagmáticos e soerguimento regional na história térmica dessa área, inclusive com idades (~86 Ma) atribuídas ao contexto de soerguimento da Serra do Mar. As idades do Eocretáceo indicam o registro de eventos térmicos mais antigos, vinculados à evolução pré-rifte. Já os dados do Paleoceno estariam associados ao evento de reativação responsável pela implantação do sistema de riftes continentais (~65 Ma) e as idades do Eoceno, restritas à borda de falha da bacia de Resende (49,7 Ma e 43,5 Ma), à reativação do sistema de riftes nessa área. A dispersão de idades foi interpretada como efeito dos danos de radiação já que muitos grãos apresentam correlação entre idade e concentração de urânio (eU). Os padrões de tempo-temperatura (t-T), definidos a partir dos modelos HeFTy calibrados para o modelo de difusão que considera os efeitos de danos de radiação nos cristais, registraram eventos de resfriamento rápido, os quais mostram correlação direta com episódios de reativação e soerguimento na margem continental e com registros nas bacias continentais e marginais. O padrão de aumento das idades com a elevação, assim como da costa em direção ao interior é observado, mas mostra-se alterado pela ocorrência de idades mais jovens associadas à complexa evolução dessa margem continental com desnivelamentos de blocos vinculados à tectônica pós-rift, numa situação que ressalta a influência dos episódios de reativação. As estimativas de denudação total variam entre 1,2 e 2,8 km. As taxas de erosão variam entre 15,2 e 35,3 m/Ma. A evolução da área indica não apenas a influência de um evento específico mas, possivelmente, uma combinação de episódios que se alternaram e/ou atuaram em conjunto em determinados períodos. Os eventos de reativação mais antigos, combinados com os mais recentes, exibem os seus remanescentes na paisagem (serras da Mantiqueira e do Mar e os grábens e bacias sedimentares) e assumem papel fundamental na evolução da área. Os registros de tais episódios podem ser observados nas histórias térmicas das rochas e nos depósitos correlativos nas bacias sedimentares marginais e intracontinentais. / This doctoral dissertation involves low-temperature thermochronologic investigations to constrain the Mesozoic and Cenozoic tectonic reactivation of the continental margin of southeast Brazil. The study area is located in a segment of the Neoproterozoic Ribeira belt in southeastern Brazil, which occupied a central position in Western Gondwana. Lately, during the Mesozoic and Cenozoic, fault zones related to the development of the continental rifts in southeast Brazil reactivated. Using apatite (U-Th)/He thermochronology (AHe), we have presented the results of analysis on 107 apatite crystals of basement samples collected from a NWSE transect in the Mantiqueira Mountains to the Guanabara Graben, as well as from the NESE transverse faults. The data range from 27.07 0.60 Ma to 174.13 3.03 Ma (1 σ) for uncorrected ages, and from 43.5 1.9 Ma to 250.1 8.7 Ma (2 σ) for corrected ages. The Neo-Cretaceous, Eo-Cretaceous, and Paleocene are the main recorded AHe ages, in order of importance. The Eo-Cretaceous ages indicate the occurrence of older thermal events related to a pre-rifting phase (~121 Ma). The Neo-Cretaceous ages signify the importance of tectonic and magmatic events, and regional uplifting for the thermal history of the study area, including ages related to the Serra do Mar Mountains uplift (~86 Ma). Paleocene ages seem to be related to the reactivation (~65 Ma), which was responsible for the continental rifts in the southeastern Brazil. Finally, the Eocene ages (49.7 Ma and 43.5 Ma), which are from samples restricted to the Resende Basin border faults, indicate a continental rift reactivation. We investigated the age dispersion data, which were interpreted as an effect of radiation damage. Several samples show correlations between apatite (U-Th)/He age and effective U concentration (eU). We have applied HeFTy thermal modeling to obtain timetemperature (t T) paths using a radiation damage diffusion model. Inverse modeling of (U-Th)/He age data suggests rapid cooling episodes for all samples. The main thermal events recorded by the HeFTy models show a direct correlation with the timing of regional tectonic events: reactivation phases, continental margin uplift, and the sedimentary record. Apatite (U-Th)/He ages increase with distance from the coast and with elevation. However, these patterns are discontinued by samples of younger ages as a result of the reactivation process of pre-existing structures in the Brazilian continental margin. The total estimated denudation range from 1.2 to 2.8 km. The erosion rates range from 15.2 to 35.3 m/My. Thus, the multi-episodic thermal events, which led to the formation of important regional tectonic and geomorphological features (Mantiqueira Mountains, Serra do Mar Mountains, grabens, and sedimentary basins), seem to play a fundamental role in the evolution of the Brazilian continental margin. The records can be found in the thermal history of rocks and its correlated deposits in the continental margin.