L'ophiolite d'Oman permet d'observer les roches mantelliques inaccessibles aux dorsales. Avec cinq diapirs à l'axe (dont Maqsad) et un diapir hors-axe (Mansah), elle permet d'étudier les processus magmatiques en jeu dans les diapirs au niveau de la Zone de Transition au Moho, qui est différente entre les deux types de diapirs avec hors-axe des pyroxénites dans la dunite à la place de gabbros lités à l'axe. Le diapir de Mansah est entouré d'intrusions gabbroïques dans le manteau et la croûte. Les roches hors-axe ont des valeurs d'εNd plus faibles que celles à l'axe qui ont des compositions similaires aux MORB, suggérant une source des liquides plus riche en veines de pyroxénite hors-axe. Les εNd montrent aussi que les pyroxénites et les intrusions gabbroïques sont une suite magmatique. L'abondance de clinopyroxenes hors-axe provient de la réaction entre des liquides provenant de la fusion de veines de pyroxénites avec la harzburgite appauvrie de la lithosphère, ce qui donne à ces clinopyroxènes des compositions appauvries en éléments traces. La présence d'eau provenant de la lithosphère hydratée favorise la cristallisation de ces clinopyroxènes à la place du plagioclase qui doit normalement apparaître à cette profondeur dans la MTZ, ce qui est le cas à l'axe. Le diapir hors-axe pourrait fournir une analogie aux seamounts que l'on trouve actuellement à proximité des dorsales rapides et faire la lumière sur les interactions entre la lithosphère appauvrie et le matériel ascendant hors-axe, ainsi que sur les structures internes de ces seamounts. Ce travail offre des évidences probantes pour l'existence de veines de pyroxénites dans le manteau asthénosphérique sous les dorsales / The Oman ophiolite offers the possibility to study mantle rocks which are inaccessible at mid-ocean ridges. The presence of five on-axis diapirs and an off-axis diapir allows comparison of magmatic processes occurring in these different settings. The Moho Transition Zone is dominated by dunite in both cases, but off-axis includes massive pyroxenites instead of layered gabbro. The off-axis diapir is surrounded by gabbroic intrusions in the crust and mantle, which are not found elsewhere in the ophiolite. While the on-axis samples have εNd values similar to those of MORB, all of the off-axis rocks have less radiogenic Nd suggesting a larger contribution from melting of pyroxenite veins in the off-axis source. The abundance of clinopyroxene in the off-axis MTZ results from the reaction between the pyroxenite-derived melts and the depleted harzburgite of the lithosphere, which explains the highly depleted incompatible trace element compositions of the clinopyroxenes. The presence of water from the hydrated lithosphere favors the crystallization of clinopyroxene instead of plagioclase, which should normally appear at this depth in the MTZ, as is the case on-axis. The gabbroic intrusions in the mantle and crust surrounding the off-axis diapir crystallized from the residual magma produced by the interaction between the pyroxenite-derived melts and the harzburgite. The off-axis diapir could be viewed as an analog to seamounts currently found near fast-spreading ridges, and could provide information on their internal structure. More generally, this study provides compelling evidence for the existence of pyroxenite veins in the asthenospheric mantle beneath mid-ocean ridges

Dans l'histoire de l'Equateur, les séismes ont causé beaucoup de victimes (~60 000) et de nombreux autres problèmes. Les événements récents de la fin du XXe siècle ont mis en évidence que les constructions existantes présentent une vulnérabilité physique importante et que l'impact économique des tremblements de terre pourrait être très élevé. Le risque sismique a trois composantes principales : l'aléa, la vulnérabilité et l'exposition. Par conséquent, pour réduire le risque en Equateur, il est primordial d'effectuer des évaluations probabilistes de l'aléa sismique (PSHA).La première étape du développement du PSHA fut de construire un catalogue sismique dans lequel la sismicité historique et instrumentale est homogène et complète. Les données de sismicité instrumentale ont été rassemblées à partir des catalogues locaux et internationaux. Les événements ont été identifiés et, par l'utilisation d'un régime de hiérarchisation des endroits les plus fiables et des estimations de magnitude, les événements ont été regroupés dans un catalogue unique, unifié et homogénéisé. La sismicité historique réévaluée a ensuite été ajoutée. Le catalogue des séismes en Equateur entre 1587 et 2009 comprend ainsi 10 823 événements instrumentaux et 32 séismes historiques, avec une gamme de magnitude Mw de 3,0 à 8,8.Un modèle de zonage des sources sismiques (SSZ) a ensuite été effectué. Dans le cadre de cette modélisation, une nouvelle vision de la géodynamique de l'Équateur a été conçue. Deux aspects des interactions des plaques à l'échelle continentale permettent d'expliquer plusieurs caractéristiques observées dans la génération des tremblements de terre observés, comme l'essaim sismique d'El Puyo, ainsi que le couplage inter-sismique : les différences de rhéologie des plaques Nazca et Farallon et la convergence oblique provoquée par la forme convexe de la partie nord-ouest de la marge continentale sud-américaine. La paléomarge en extension Grijalva (GRM) marque la frontière entre les deux plaques. La sismicité et le couplage inter-sismique sont faibles et peu profonds au sud de la GRM et augmente vers le nord, avec un modèle de couplage hétérogène associé localement à la subduction de la ride de Carnegie. De grands séismes de décrochement ont rompu l'interface entre la ride de Carnegie et le nord. Au niveau continental, la frontière entre le bloc NA et le bloc stable Amérique du Sud est constituée par le système CCPP de failles. Il concentre la majorité de la libération du moment sismique dans la croûte Equateur. 19 SSZ ont été modélisées : une tranche-externe, trois interfaces, six intra-plaques et neuf croûtes.Le catalogue sismique et une version préliminaire du modèle SSZ ont été appliqués pour déterminer le PSH à Quito et évaluer les incertitudes. La ville est construite sur le toit d'un système de failles inverses actif, qui se déplace de 4,3 à 5,3 mm/an. Les PSH ont montré que la contribution de la SSZ locale explique presque entièrement l'aléa correspondant à une période de retour (PR) de 475 ans. L'analyse a donc été concentrée sur cette zone. La source locale, la géométrie de la SSZ, la modélisation des distributions de fréquence-magnitude et/ou de taux de glissement avec des pourcentages de verrouillage variables, la sélection des GMPEs et l'intégration de l'effet du compartiment chevauchant ont apporté des accélérations avec cette PR avec une variabilité importante. Le PGA moyen obtenu sur un site au rocher est ~0,4g avec cette PR, avec une variabilité de 0,3 à 0,73g.La mise à disposition du PSHA est cruciale pour la gestion des risques mais est compliquée, car les probabilités et les incertitudes ne sont pas facilement assimilées par la société. Suite aux pratiques des sciences sociales et les expériences acquises des alertes précoces d'éruption, une approche participative a été exposée pour construire collectivement des connaissances sur le risque de séisme à Quito, qui pourrait prendre la forme d'un observatoire citoyen. / Seismic hazard and risk are high in Ecuador. Earthquakes are notorious in history both for the number of victims (~60.000) and the hardships they have brought. Moreover, late 20th century events have highlighted evidences that the physical vulnerability of present-day buildings is considerable and that the economic impact of earthquakes could be devastating for Ecuador's sustained growth. Therefore, it is an important contribution for reducing the seismic risk to construct methodologically sound models for probabilistic seismic hazard assessment, which is the main objective of this dissertation.The first step was to construct a seismic catalog for the country where historical and instrumental seismicity is homogeneous and complete. The instrumental seismicity available in local and international catalogs since the beginning of the 20th century was collected. Events were singularized and, by means of a prioritizing scheme of most reliable locations and magnitude estimations, individual events were merged in a single, unified and homogenized catalog. Previously re-evaluated historical seismicity was appended. The 1587–2009 Ecuadorian earthquake catalog finally comprises 10,823 instrumental events plus 32 historical earthquakes with a Mw magnitude range from 3.0 to 8.8.Next a seismic source zones (SSZ) model for probabilistic seismic hazard analysis was worked out. In the course of modeling the SSZ, a new view of Ecuador's complex geodynamics was conceived. This view emphasizes two aspects of the plates' interactions at continental scale: the differences in rheology of Farallon and Nazca plates and the convergence obliquity resulting from the convex shape of the South American northwestern continental margin. Both conditions satisfactorily explain several characteristics of the observed earthquake generation –such as the El Puyo seismic cluster– as well as the interseismic coupling. The Grijalva rifted margin (GRM) marks the boundary between the two plates. Seismicity and interseismic coupling are weak and shallow south of the GRM and increases northward, showing a heterogeneous coupling pattern locally associated to Carnegie ridge's subduction. Great thrust earthquakes have ruptured the interface from Carnegie to the north, not breaking through Carnegie. In the continental realm the CCPP localized fault system constitutes the boundary between the NA block and stable South America. It concentrates most of the seismic moment release in crustal Ecuador. 19 SSZs have been modeled accounting for this new scheme: 1 outer-trench, 3 interface, six intraplate and 9 crustal.The catalog and a preliminary version of the SSZ model were applied in determining the PSH in Quito and assessing the uncertainties. The city is built on the hanging wall of an active reverse fault system that is moving at 4.3-5.3 mm/yr. PSH estimates showed that hazard levels at 475 years return period (RT) almost entirely proceed from the contribution of the local SSZ, therefore the analysis was concentrated on it. Significant variability in accelerations at that RT resulted from a variety of considerations: modeling the local source either as a zone or as fault source, the geometry of the SSZ, the way frequency-magnitude distributions and/or slip rates with variable locking percentages were modeled, the GMPEs selection and the inclusion of the hanging wall effect. The PGA mean value obtained for a rock site Quito is ~0.4 g in that RT with variability ranging from 0.3 to 0.73g.PSHA communication is crucial for risk management, but is difficult since probabilities and uncertainties are not easily assimilated by society. Following the practices of the social sciences and of experiences acquired in issuing eruption early warnings to rural communities, a participatory approach has been outlined to collectively build up knowledge about the earthquake risk in Quito that could take the form of a citizens' observatory for seismic risk awareness and reduction.

Aujourd’hui, la communauté scientifique dispose de jeux de données gravimétriques avec une précision et une résolution spatiale sans précédent qui améliorent nos connaissances du champ gravitationnel terrestre à différentes échelles et longueurs d’ondes, obtenues de mesures du sol à des satellites. Parallèlement à la gravimétrie, l’avancement des observations par satellite fournit à la communauté des modèles d’élévation numérique plus détaillés pour refléter la géométrie de la structure terrestre. Ensemble, ces nouveaux jeux de données offrent une excellente occasion de mieux comprendre les structures et la dynamique de la Terre à l’échelle locale, régionale et mondiale. L'utilisation et l'interprétation de ces données de haute qualité exigent le raffinement des approches standards dans le traitement et l'analyse des données liées à la gravité. Cette thèse consiste en une série d’études visant à améliorer la précision du traitement des données de gravité et gravité de gravité gradients pour les études géodynamiques. Pour ce faire, nous développons un outil, appelé GEEC (Gal Eötvös Earth Calculator), pour calculer précisément les effets gravimétriques dues à tout corps de masse, indépendamment de sa géométrie et de sa distance par rapport aux mesures. Les effets de gravité et des gravité gradients sont calculés analytiquement en utilisant la solution intégrale linéaire d'un polyèdre irrégulier. Les validations aux échelles locale, régionale et mondiale confirment la robustesse des performances du GEEC, où la résolution du modèle, qui dépend à la fois de la taille de la masse corporelle et de sa distance par rapport au point de mesure, contrôle fortement la précision des résultats. Nous présentons une application pour évaluer les paramètres optimaux dans le calcul des gradients de gravité et de gravité dus aux variations de topographie. La topographie joue un rôle majeur dans l'attraction gravitationnelle de la Terre; par conséquent, l'estimation des effets topographiques doit être soigneusement prise en compte dans le traitement des données gravimétriques, en particulier dans les zones de topographie accidentée ou à grande échelle. Pour les études de gravité de haute précision à l'échelle mondiale, le processus de correction de la topographie doit prendre en compte l'effet topographique de la Terre entière. Mais pour les applications locales à régionales basées sur des variations relatives à l'intérieur de la zone, nous montrons que la topographie tronquée à une distance spécifique peut être adéquate, même si ignorer la topographie de cette distance peut générer des erreurs. Pour soutenir ces arguments, nous montrons les relations entre les erreurs relatives à la gravité, la distance de troncature de la topographie et l'étendue de la zone d'étude. Enfin, nous abordons le problème: les mesures GOCE sont-elles pertinentes pour obtenir une image détaillée de la structure d'une plaque de subduction, y compris sa géométrie et ses variations latérales? Les résultats du calcul des avec des modèles de subduction synthétiques calculés à l’altitude moyenne du GOCE (255 km) démontrent que les bords de subduction et les variations latérales du pendage produisent des variations des gradients détectables avec le jeu de données GOCE. Dans l'application à la zone de subduction Izu-Bonin-Mariana (IBM), la topographie et les effets bathymétriques ont été supprimés avec succès. Cependant, dans l'application au cas réel de la zone de subduction Izu-Bonin-Mariana, les caractéristiques géométriques du second ordre du slab sont difficiles à détecter en raison de la présence des effets crustaux restants. Ceci est dû à l'imprécision du modèle crustal global existant qui est utilisée, qui conduit à une élimination impropre de l'effet crustal. / Nowadays, the scientific community has at its disposal gravity and gravity gradient datasets with unprecedented accuracy and spatial resolution that enhances our knowledge of Earth gravitational field at various scales and wavelengths, obtained from ground to satellite measurements. In parallel with gravimetry, the advancement of satellite observations provides the community with more detailed digital elevation models to reflect the Earth’s structure geometry. Together, these novel datasets provide a great opportunity to better understand the Earth’s structures and dynamics at local, regional, and global scales. The use and interpretation of these high-quality data require refinement of standard approaches in gravity-related data processing and analysis. This thesis consists of a series of studies aiming to improve the precision in the chain of gravity and gravity gradient data processing for geodynamic studies. To that aim, we develop a tool, named GEEC (Gal Eötvös Earth Calculator) to compute precisely the gravity and gravity gradients effects of due to any mass body regardless of its geometry and its distance from measurements. The gravity and gravity gradients effects are computed analytically using the line integral solution of an irregular polyhedron. The validations at local, regional, and global scales confirm the robustness of GEEC’s performance, where the resolution of the model, that depends on both size of the body mass and its distance from the measurement point, control strongly the accuracy of the results. We present an application for assessing the optimum parameters in computing gravity and gravity gradients due to topography variations. Topography has a major contribution in Earth gravitational attraction, therefore the estimation of topography effects must be carefully considered in the processing of gravity data, especially in areas of rugged topography or in large-scale studies. For high-accuracy gravity studies at a global scale, the topography correction process must consider the topography effect of the entire Earth. But for local to regional applications based on relative variations within the zone, we show that truncated topography at a specific distance can be adequate, although, ignoring the topography pas this distance could produce errors. To support these arguments, we show the relationships between gravity relative errors, topography truncation distance, and the extent of study zone. Lastly, we approach the issue: Are GOCE measurements relevant to obtain a detailed image of the structure of a subducting plate, including its geometry and lateral variation? The results of gravity gradient forward modelling using synthetic subduction models computed at GOCE’s mean altitude (255 km) demonstrate that both subduction edges and lateral variations of subduction angle produce gravity gradient variations that are detectable with GOCE dataset (∼100 km wavelength and 10 mE amplitude). However, in the application to the real case of Izu-Bonin-Mariana subduction zone, the second-order geometric features of the subducting plate are difficult to be detected due to the presence of the remaining crustal effects. This is caused by the inaccuracy of the existing global crustal model, that leads to inaccurate crustal effect removal.

Cette étude s'inscrit dans un contexte de demande croissante en ressources en eau, conduisant à mieux contraindre et estimer la distribution des aquifères karstifiés qui représentent une ressource importante, notamment sur le pourtour Méditerranéen. Le but de ce travail est d'élaborer une méthode prédictive de la distribution de la karstification et de l'épaisseur de massifs carbonatés karstifiés, notamment pour les karsts profonds. La méthodologie est développée à partir de l'étude des karsts de la plateforme carbonatée téthysienne du Languedoc montpelliérain; région qui a subi une histoire tectonique complexe et polyphasée, entrainant des phases de karstification successives. Elle est basée sur la compréhension des relations entre eustatisme, géodynamique et niveau de base, enregistrées par les paléokarsts de la région. Le remplissage sédimentaire des paléokarsts permet d'identifier les épisodes de karstification et de les dater ; c'est un marqueur des variations -que l'on cherche à quantifier- du niveau de base local responsable de la formation et du comblement des karsts. On analyse 3 paléokarsts d'extension régionale dont on peut étudier : le remplissage karstique, la distribution le long de profils amont-aval et l'extension verticale indicatrice de l'amplitude de l'abaissement du niveau de base dont il est issu. On en déduit les causes géodynamiques à l'origine de leur formation: - Le « Paléokarst des bauxites » à remplissage caractéristique, résulte de l'évolution en 2 phases de « l'isthme Durancien » : altération bauxitique de la couverture Néocomienne sur le sud du Massif Central, liée à une inversion au Barrémien, suivi d'une surrection ≥ 1600m à l'Aptien-Albien, causant l'érosion des altérites en amont et le dépôt des bauxites détritiques en aval..- Le « Paléokarst à remplissage marin Paléocène inférieur » indiquent des variations du niveau de base local ≥350m dans la zone amont sud-cévenole. On propose que ces variations de niveau de base d'amplitude très supérieures aux variations eustatiques et dans une zone faiblement déformée, résultent d'assèchements et d'ennoiements d'un bassin endoréique à seuil.- Le « paléokarst à remplissage détritique d'origine cévenole », enregistre la chute du niveau de base au Serravalien-Tortonien, qui se traduit par l'incision de canyons dans l'arrière-pays de la marge du Golfe du Lion. On détermine une surrection de plus de 400 mètres à l'amont, près de 250m dans les blocs faillés intermédiaires et quelques dizaines de mètres dans la zone aval. En parallèle, on établit la géométrie et la distribution actuelles des massifs carbonatés dans la zone d'étude (y compris sous couverture), en construisant un modèle géologique 3D, des Cévennes à la Méditerranée. On intègre les données de sismique réflexion, de forages et les données gravimétriques. La restauration tectonique séquentielle d'une coupe Nord-Sud extraite du modèle géologique permet d'appréhender la position des paléo-niveaux de base par rapport aux massifs carbonatés, pour chaque époque de karstification. On déduit l'organisation 3D des paléo-écoulements à travers la géométrie complexe des massifs carbonatés languedociens, notamment pendant l'évènement Messinien. En terme d'évaluation de la ressource en eau, on déduit que: - Les surrections de l'arrière-pays (Crétacé « moyen », Miocène) produisent des karsts de grande amplitude, mais ne constituent pas de réservoirs significatifs.- La karstification à l'origine de réservoirs exploitables importants et profonds est créée par l'assèchement de bassins endoréiques, qui ont affecté la région au Paléocène inférieur et au Messinien. / The present study addresses the question of increasing need in water supply. One line of research consists in investigating karst aquifers that represent significant water supplies for the areas around the Mediterranean. This work aims at developing a methodology of predictive evaluation of karst distribution and karst thickness within the carbonate massifs. It is based on the study of the Tethysian carbonate platform from the area of Montpellier, South of France. This area underwent a polyphased, complex, tectonic evolution, involving successive karst forming events. The approach is based on the relationships between eustacy and geodynamics, on one hand, and base-level variation recorded within palaeokarsts, on the other hand. Sedimentary fill of palaeokarsts allows to identify distinct karstification phases and sometimes to date them. It is a marker of base-level variations, which we attempt to quantify, that is responsible for karst formation and karst filling and sealing. For three palaeokarsts of regional extent, we analyze : karst sedimentary-fill, the distribution along upstream-downstream profile, the vertical extension of palaeokarsts, indicative of the base-level lowering.- The « Bauxite palaeokarst » results from the two-stage evolution of the « Isthme Durancien » : i) Bauxitic weathering of the Neocomian cover over the southern Massif Central , related to an inversion during Barremian ; ii) ≥1600 m uplift and exhumation during Aptian-Albian, inducing erosion of alterites, upstream, and deposition of detrital bauxites, downstream.- The « Early Paleocene palaeokarsts with marine sedimentary-fill » indicate base level variations of more than 350m in the upstream area. It is suggested here that such base-level variations, exceeding eustacy and recorded in tabular undeformed series, result from desiccation-flooding events in an endoreic silled basin.- The « Miocene palaeokarst with Cevennes-sourced sediment-fill » records a Serravalian-Tortonian base-level drop, depicted by canyon incision in the hinterland of the Gulf of Lion Margin. Uplift values of ≥ 400m upstream, about 250m in an intermediate area and 10's of m downstream, are measured. The present 3D geometry and distribution of carbonate massifs (exposed and covered) are modeled in the study area, from the Cevennes to the Mediterranean. The 3D geological model integrates seismic reflection, borehole and gravimetric data. Tectonic restoration of a N-S section, extracted from the 3D model, allows to reconstruct paleo-base-levels with respect with the carbonate massifs, at different stages of deformation and successive phases of karstification. The 3D paleo-flows through carbonates across the study area, are thus constrained, especially during the Messinian desiccation stage. Application of the results to hydrogeology leads to the following :- Uplift of upstream hinterland (Cretaceous, Miocene) produces large amplitude karsts, but they do not make significant reservoirs.- Karstification responsible for the development of important and deep karst reservoirs is related to desiccation of endoreic basins (early Paleocene and Messinian).- Theses two events have produced two main deep karst reservoirs, with a gravimetric signature : (1) Upstream of Montpellier Thrust, between Pic St Loup, Les Matelles Fault and Hérault Basin, a deep karsts developed over 900m thickness in the Malm limestone, during Paleocene. (2) Downstream (south) of Montpellier Thrust, the coastal karsts extend offshore over more than 10km, they are sealed by a thick Miocene to Quaternary cover, and they result from the Messinian event.

Beitrag zum Werdegang von Reinhard Dietrich anläßlich seines 65. Geburtstages

Beitrag zu GNSS anläßlich einer Festschrift zum 65. Geburtstag von Prof. Reinhard Dietrich.

Beitrag zur Entwicklung des Höhenrahmens in Deutschland anläßlich einer Festschrift zum 65. Geburtstag von Prof. Reinhard Dietrich.

Beitrag zur geodätischen Erdsystemforschung mittels Satellitenfernerkundung anläßlich anläßlich einer Festschrift zum 65. Geburtstag von Prof. Reinhard Dietrich.

Beitrag zu Wasser und Eissatellitendaten zur Bilanzierung von Massentransporten anläßlich einer Festschrift zum 65. Geburtstag von Prof. Reinhard Dietrich.

Beitrag zum Thema "Geodätische Bestimmung glaziologischer Parameter in Grönland" anläßlich einer Festschrift zum 65. Geburtstag von Prof. Reinhard Dietrich.