La frontière tectonique entre les plaques indienne et birmane est principalement décrochante avec une faible composante de raccourcissement. La plaque subduite, le bassin du Bengale, est parcourue par des hétérogénéités crustales majeures acquises lors de son processus de formation et de migration vers le Nord (rides de point chaud, failles transformantes...). La plaque supérieure, la microplaque birmane, délimitée à l'Est par la faille décrochante dextre de Sagaing, est dans la zone d'influence du flux crustal Est-Tibétain. <br />Le long d'une large coupe Terre-Mer depuis le bassin du Bengale jusqu'au Nord de la Birmanie, je me suis intéressé à la géométrie structurale et à la cinématique de la subduction hyper-oblique Indo-Birmane en insistant sur les effets d'éléments perturbateurs (flux et hétérogénéités crustaux). Par une approche pluridisciplinaire combinant des observations géologiques structurales de terrain, des données géophysiques marines et des mesures géodésiques, je présente un modèle d'évolution néogène de la subduction oblique en réponse à ces perturbations. Une étude de la sismicité et quelques mesures paléomagnétiques ont complété ce travail.<br /><br />La ride de 90°E, formée au sein de la croûte océanique du Bengale vers 100Ma, est entrée en collision avec la marge Birmane au Miocène supérieur. Elle a probablement bloqué la subduction dans sa partie méridionale de telle sorte que seule une déformation décrochante dextre le long de son flanc Est est exprimé structuralement. Au Nord de la ride, le prisme externe Indo-Birman est libre de se développer rapidement vers l'Ouest depuis 2Ma à la faveur d'une forte épaisseur de sédiments déposés sur la plaque plongeante (delta du Ganges-Brahmapoutre).<br />Ce prisme Indo-Birman, construit en convergence hyper-oblique, a enregistré un partitionnement de la déformation : les zones internes sont cisaillées sur une direction Nord-Sud et les zones externes sont raccourcies sur une direction Est-Ouest. <br />La faille de Sagaing est défléchie de plus de 100km vers l'Ouest dans sa partie Nord. Je propose un modèle dans lequel le flux crustal résultant de l'effondrement du Tibet, est responsable de cette inflexion. Ce modèle questionne le rôle de ce flux dans la construction du prisme partitionné. Appuyé sur l'ensemble des données géodésiques disponibles autour de la syntaxe Est Himalayenne, il établit un lien entre les déformations finis néogènes de la région.<br /><br />Les données de sismique réflexion ont apporté des contraintes fortes sur la partie marine de la section. Ainsi, la présence de la ride de 90°E et la nature océanique de la croûte du Bengale ont pu être fixées. En revanche, le flux crustal Est-Tibétain reste mal compris. Les données géodésiques permettent d'en approcher la cinématique mais il est nécessaire, pour en connaître la nature, d'y combiner des données géologiques de terrain, qui sont les seuls à permettre l'observation direct de la déformation crustale profonde aujourd'hui exhumée. Ces observations géologiques peuvent aussi apporter des éléments de réponses sur la stabilité du flux au cours du temps. Un travail de modélisation doit encore être mené pour confronter ces idées nouvelles aux propriétés physiques de la lithosphère continentale en cours de déformation.

Dans la région du Chili-central-ouest de l'Argentine (29°S-34°S), la plaque océanique Nazca subducte<br />sous la plaque continentale sud-Américaine. Cette région est une zone de transition entre une<br />subduction plate et une subduction pentue. Au nord de 33°S, où le slab devient plat vers 100 km de<br />profondeur, la ride de Juan Fernandez subducte le long de la plaque océanique Nazca. Alors que dans<br />cette région, le volcanisme quaternaire s'arrête vers 5-7 Ma, au sud de 33°S, où la plaque océanique<br />plonge avec un angle de 30°,la majorité des édifices volcaniques sont actifs. A partir de l'enregistrement<br />de séismes locaux au travers de deux campagnes sismologiques, nous avons réalisé une tomographie des<br />écarts des temps d'arrivée et du paramètre d'atténuation t* = t/Q, afin de déterminer des modèles<br />tridimensionnels d'une part de vitesse et d'autre part d'atténuation des ondes P et S. La plaque subduite,<br />plus froide que le manteau dans lequel elle plonge, est un milieu où les ondes P et S se propagent<br />rapidement et sont faiblement atténuées. L'un des blocs tectoniques constituant la croûte continental<br />(bloc Cuyania) se caractérise par des vitesses rapides des ondes sismiques et une forte atténuation de<br />l'onde S. Sous les édifices volcaniques actifs, la vitesse de ses ondes est plus faible due probablement à la<br />présence de fusion partielle. Les modèles de vitesse des ondes P et S, combinés à un modèle thermique<br />bidimensionnel à 31.5°S déterminé dans cette étude, ont permis d'obtenir un modèle minéralogique de<br />la lithosphère continentale et de la croûte océanique de la plaque Nazca. Cette croûte est composée<br />de Blueschists jusqu'à 80 km de profondeur et d'Eclogite plus profond. De la serpentine est observée<br />dans le coin mantellique considéré comme "froid". Le manteau continental est constitué par un mélange<br />d'Harzburgites et de Lherzolites plus ou moins hydratées. Un faciès éclogite est observé à la base de<br />la croûte continentale. Les modèles d'atténuation ont une résolution spatiale trop faible pour pouvoir<br />améliorer les modèles thermiques et par conséquent les modèles minéralogiques de la zone de subduction<br />plate.

La marge de Nankai dans la zone Tokai n'a pas subi de rupture lors du dernier épisode sismique de 1944-1946, qui a affectée tout le reste de la marge. Un fort séisme est donc à attendre à cet endroit au cours des prochaines années. Afin de mieux contraindre l'étendue de la zone sismogène, une campagne sismique 3D a été menée en 2000 sur le prisme de Nankai. Cette thèse s'inscrit dans la double thématique méthodologique et géologique de cette campagne. L'aspect méthodologique comprend la prise en compte des specificités de l'imagerie 3D par rapport à l'imagerie 2D classique. Lors de l'acquisition, la géométrie du dispositif source-récepteurs doit être parfaitement connue. Grâce à une méthode mise au point à cet effet, la géométrie a pu être reconstruite avec une excellente précision. Le traitement a également amélioré sensiblement les images obtenues, même si certains objets n'apparaissent pas de manière évidente dans les données. Les images 3D ont cependant permis de beaucoup mieux contraindre la position des failles majeures du prisme (Tokai, Kodaiba) en profondeur, et donc de mieux comprendre la cinématique du prisme. L'aspect géologique a révélé que la déformation de la marge est dominée par les événements Quaternaires, qui ont affecté une couverture du bassin d'avant-arc très calme auparavant. Plusieurs phases de plissement sont visibles, dont une en avant du bassin qui peut chronologiquement être reliée à l'arrivée en subduction d'une ride océanique. L'étude du BSR a également permis indirectement de donner un ordre de grandeur des processus d'érosion et de sédimentation sur la marge. Les larges glissements de terrains observés peuvent être simplement liés à l'activité sismique de la marge, sans intervention de surpression de fluides dans les pores. Enfin, un volcan observé en subduction est peut-être à l'origine de l'inactivation de la faille de Tokai, qui ne présente aucun signe d'activité récente.

Le complexe volcanique Atacazo - Ninahuilca (CVAN) est localisé dans la Cordillère Occidentale de l'Equateur, à 10 km au sud de la ville de Quito. Trois grands édifices ont pu être distingués : La Carcacha, l'Atacazo et les dômes internes. Des datations 40Ar/39Ar et 14C ont permit d'établir une chronologie détaillée de l'emplacement de ces édifices respectivement vers 1,29 Ma, 222 à 71 ka et 20 à 2,3 ka. Au cours du temps, l'activité de ce complexe est passée d'effusive à explosive; l'index d'explosivité estimé pour leurs deux dernières éruptions est de VEI = 5, démontrant ainsi la grande dangerosité de ce volcan. La modélisation des processus pétrogénétiques indique la participation de la cristallisation fractionnée et de la contamination crustale dans l'évolution de La Carcacha et l'Atacazo. Tous les magmas anciens apparaissent issus de la fusion partielle d'un manteau métasomatisé par des liquides adakitiques, tandis que les dômes récents correspondent à des produits de la fusion directe de basaltes. Il en résulte que tous ces magmas possèdent un caractère adakitique, lequel devient de plus en plus important au cours du temps. Des variations temporelles identiques ont déjà été observées dans plusieurs autres volcans de l'arc équatorien. Ce changement dans la nature du magmatisme reflète un changement progressif de la source, et montre le rôle de plus en plus important joué par la fusion de la croûte océanique subductée interprété comme résultant de l'entrée de la Ride de Carnegie en subduction. La présence de la jeune et chaude ride de Carnegie à l'aplomb de l'arc équatorien engendre un gradient géothermique élevé favorable à la fusion de la plaque océanique subductée. Les liquides adakitiques ainsi engendrés, sont dans un premier temps totalement consommés par les réactions métasomatiques avec le coin du manteau alors que, dans un second temps grâce aux interactions successives adakites-manteau et éventuellement à des taux de fusion plus élevés, ils sont capables d'atteindre la surface.

Deux campagnes d'enregistrements sismiques à l'aide d'un réseau local temporaire de stations sismologiques portables ont été réalisées au Sud Pérou en 1980 et 1981. L'objectif était de préciser, grâce aux données d'un réseau local, les problèmes mal résolus par celles du réseau mondial permanent WWSSN. La région d'étude est un cas typique de subduction d'une plaque océanique sous une plaque continentale, associée à une chaîne de type Cordillère. L'étude de la sismicité d'une telle zone active d'affrontement de plaques lithosphériques fournit une approche physique pour répondre à certaines questions fondamentales: la localisation des séismes renseigne sur l'étendue et la géométrie des zones qui sont le siège de déformations cassantes; l'étude des mécanismes à la source vient compléter ce schéma spatial en précisant l'état des contraintes au sein de ces mêmes zones. En simulant les cas réels, avec des données synthétiques, nous étudions, dans de nombreux cas de figure, le comportement des programmes de localisation des séismes. L'interprétation sismotectonique qui suit permet de mettre en évidence et de préciser des particularités locales. L'accent est mis sur l'activité sismique superficielle intracontinentale, en relation avec les observations géologiques, mais aussi sur la zone sismique de Wadati-Benioff qui montre entre 100 et 200 km de profondeur, de fortes variations de pendage.

L'île de la Martinique a connu l'histoire volcanique la plus complète de l'arc des Petites Antilles, de 25 Ma à l'actuel. L'hétérogénéité chimique et isotopique des laves de l'île est très importante non seulement par rapport aux autres îles de l'arc mais aussi par rapport aux autres arcs intra-océaniques. L'objectif de ces travaux est d'expliquer la variabilité géochimique des laves de la Martinique et de caractériser les processus de genèse des produits volcaniques émis sur l'île. Pour cela, nous avons effectué une étude géochimique approfondie (éléments majeurs, éléments traces, rapports isotopiques du Pb, Sr, Nd et Hf) sur des échantillons de laves représentatifs de toute l'histoire volcanique de la Martinique. Grâce à une collaboration avec Aurélie Germa et Xavier Quidelleur de l'université Orsay - Paris XI, l'étude géochimique a été couplée à une datation des laves par méthode K-Ar. Les laves martiniquaises forment des droites et hyperboles de mélanges entre pôles appauvris mantelliques et pôle enrichis crustaux. Il apparaît que deux mélanges distincts sont visibles, un premier mélange est formé par les laves « anciennes » (entre 25 et 7 Ma) et un deuxième mélange est formé par les laves « récentes » (entre 5 Ma et l'actuel). Les pôles mantelliques et les pôles crustaux impliqués dans les sources des magmas ne sont pas les mêmes avant et après 6 Ma. Ce changement de source est probablement lié au passage de la ride asismique qui a décalé la moitié nord de l'arc des Petites Antilles. L'origine de la signature crustale des laves martiniquaises est testée en comparant un modèle de mélange à la source entre des sédiments de la plaque plongeante et le coin mantellique et un modèle d'assimilation de la croûte de l'arc par les magmas mantelliques ascendants. Le modèle d'assimilation intra-crustale ne peut pas reproduire les tendances décrites par les laves alors que le modèle de mélange à la source le fait parfaitement. La comparaison entre les pôles crustaux impliqués dans les mélanges et les sédiments entrants dans la subduction indique qu'il n'y a pas de fractionnement entre le Pb, le Sr, le Nd et l'Hf ce qui implique que les sédiments sont probablement ajoutés à la source par fusion partielle et non par déshydratation. Le rapport La/Yb des laves martiniquaises apparait comme un proxy de la proportion de sédiments dans la source des magmas et non du taux de fusion partielle ou de la nature de la phase alumineuse du manteau bien que la fusion, de l'ordre de 10%, ait lieu dans la zone de stabilité du grenat. Le gradient géographique du rapport La/Yb au sein de l'île traduit donc un gradient géographique de la proportion de sédiments, et montre que la proportion de sédiments dans la source augmente avec l'éloignement à la fosse.

Landscapes evolve in a complex interplay between climate and tectonics. Thus, the geomorphic characteristics of a landscape can only be understood if both, climatic and tectonic signals of past and ongoing processes can be identified. In order to evaluate the impact of both forcing factors it is crucial to quantify the evolution of geomorphic markers in natural environments. The Cenozoic Andes are an ideal setting to evaluate tectonic and climatic aspects of landscape evolution at different time and length scales in different natural compartments. The Andean Cordillera constitutes the type subduction orogen and is associated with the subduction of the oceanic Nazca Plate beneath the South American continent since at least 200 million years. In Chile and the adjacent regions this convergent margin is characterized by active tectonics, volcanism, and mountain building. Importantly, along the coast of Chile megathrust earthquakes occur frequently and influence landscape evolution. In fact, the largest earthquake ever recorded occurred in south-central Chile in 1960 and comprised a rupture zone of ~ 1000 km length. However, on longer time scales beyond historic documentation of seismicity it is not well known, how such seismotectonic segments have behaved and how they influence the geomorphic evolution of the coastal realms. With several semi-independent morphotectonic segments, recurrent megathrust earthquakes, and a plethora of geomorphic features indicating sustained tectonism, the margin of Chile is thus a key area to study relationships between surface processes and tectonics. In this study, I combined geomorphology, geochronology, sedimentology, and morphometry to quantify the Pliocene-Pleistocene landscape evolution of the tectonically active south-central Chile forearc. Thereby, I provide (1) new results about the influence of seismotectonic forearc segmentation on the geomorphic evolution and (2) new insights in the interaction between climate and tectonics with respect to the morphology of the Chilean forearc region. In particular, I show that the forearc is characterized by three long-term segments that are not correlated with short-lived earthquake-rupture zones that may. These segments are the Nahuelbuta, Toltén, and Bueno segments, each recording a distinct geomorphic and tectonic evolution. The Nahuelbuta and Bueno segments are undergoing active tectonic uplift. The long-term behavior of these two segments is manifested in form of two doubly plunging, growing antiforms that constitute an integral part of the Coastal Cordillera and record the uplift of marine and river terraces. In addition, these uplifting areas have caused major changes in flow directions or rivers. In contrast, the Toltén segment, situated between the two other segments, appears to be quasi-stable. In order to further quantify uplift and incision in the actively deforming Nahuelbuta segment, I dated an erosion surface and fluvial terraces in the Coastal Cordillera with cosmogenic 10Be and 26Al and optically stimulated luminescence, respectively. According to my results, late Pleistocene uplift rates corresponding to 0.88 mm a-1 are faster than surface-uplift rates averaging over the last 5 Ma, which are in the range of 0.21 mm a-1. This discrepancy suggests that surface uplift is highly variable in time and space and might preferably concentrate along reverse faults as indicated by a late Pleistocene flow reversal. In addition, the results of exposure dating with cosmogenic 10Be and 26Al indicate that the morphotectonic segmentation of this region of the forearc has been established in Pliocene time, coeval with the initiation of uplift of the Coastal Cordillera about 5 Ma ago, inferred to be related to a shift in subduction mode from erosion to accretion. Finally, I dated volcanic clasts obtained from alluvial surfaces in the Central Depression, a low-relief sector separating the Coastal from the Main Cordillera, with stable cosmogenic 3He and 21Ne, in order to reveal the controls of sediment accumulation in the forearc. My results document that these gently sloping surfaces have been deposited 150 to 300 ka ago. This deposition may be related to changes in the erosional regime during glacial episodes. Taken together, the data indicates that the overall geomorphic expression of the forearc is of post-Miocene age and may be intimately related to a climatic overprint of the tectonic system. This climatic forcing is also reflected in the topography and local relief of the Central and Southern Andes that vary considerably along the margin, determined by the dominant surface process that in turn is eventually controlled by climate. However, relief also partly reflects surface processes that have taken place under past climatic conditions. This emphasizes that due care has to be exercised when interpreting landscapes as mirrors of modern climates. / Landschaften entwickeln sich im komplexen Zusammenspiel von Klima und Tektonik. Demzufolge können sie nur verstanden werden, wenn sowohl klimatische als auch tektonische Signale vergangener und rezenter Prozesse identifiziert werden. Um den Einfluss beider Faktoren zu bewerten, ist es deshalb wichtig, die Evolution geomorphologischer Marker in der Natur zu quantifizieren. Die känozoischen Anden sind eine ideale Region, um tektonische und klimatische Aspekte der Landschaftsentwicklung auf verschiedenen Zeit- und Längenskalen zu erforschen. Sie sind das Modell-Subduktionsorogen, assoziiert mit der Subduktion der ozeanischen Nazca-Platte unter den südamerikanischen Kontinent seit ca. 200 Mio Jahren. In Chile ist dieser konvergente Plattenrand geprägt von aktiver Tektonik, Vulkanismus und Gebirgsbildung. Bedeutenderweise ereignen sich entlang der Küste häufig Megaerdbeben, die die Landschaftsentwicklung stark beeinflussen. Tatsächlich ereignete sich das größte jemals aufgezeichnete Erdbeben mit einer Bruchzone von ca. 1000 km Länge 1960 im südlichen Zentralchile. Nichtsdestotrotz ist auf längeren Zeitskalen über historische Dokumentationen hinaus nicht bekannt, wie sich solche seismotektonischen Segmente verhalten und wie sie die geomorphologische Entwicklung der Küstengebiete beeinflussen. Mit semi-unabhängigen morphotektonischen Segmenten, wiederkehrenden Megaerdbeben und einer Fülle geomorphologischer Marker, die aktive Tektonik anzeigen, ist somit der Plattenrand von Chile ein Schlüsselgebiet für das Studium von Zusammenhängen zwischen Oberflächenprozessen und Tektonik. In dieser Arbeit kombiniere ich Geomorphologie, Geochronologie, Sedimentologie und Morphometrie, um die plio-pleistozäne Landschaftsentwicklung des tektonisch aktiven süd-zentralchilenischen Forearcs zu quantifizieren. Mit dieser Analyse liefere ich (1) neue Ergebnisse über den Einfluss seismotektonischer Forearc-Segmentierung auf die geomorphologischen Entwicklung und (2) neue Erkenntnisse über die Interaktion zwischen Klima und Tektonik bezüglich der Gestaltung des chilenischen Forearcs. Ich zeige, dass der Forearc in drei langlebige morphotektonische Segmente gegliedert ist, die nicht mit kurzlebigen Erdbebenbruchzonen korrelieren. Die Segmente heißen Nahuelbuta, Toltén und Bueno Segment, wovon jedes eine andere geomorphologische und tektonische Entwicklung durchläuft. Die Nahuelbuta und Bueno Segmente unterliegen aktiver tektonischer Hebung. Das langfristige Verhalten dieser beiden Segmente manifestiert sich in zwei beidseitig abtauchenden, wachsenden Antiklinalen, die integraler Bestandteil des Küstengebirges sind und die Hebung von marinen und fluvialen Terrassen aufzeichnen. Die Hebung verursachte weitreichende Veränderungen in den Fließrichtungen des Gewässernetzes. Im Gegensatz dazu ist das Toltén Segment, das sich zwischen den beiden anderen Segmenten befindet, quasi-stabil. Um die Hebung und Einschneidung in dem tektonisch aktiven Nahuelbuta Segment zu quantifizieren, habe ich eine Erosionsfläche und fluviale Terrassen in dem Küstengebirge mit kosmogenem 10Be und 26Al bzw. optisch stimulierter Lumineszenz datiert. Meinen Ergebnissen zufolge sind die spätpleistozänen Hebungsraten, die ca. 0,88 mm a-1 betragen, höher als die Oberflächenhebungsraten, die über die letzten 5 Mio Jahre mitteln und ca. 0,21 mm a-1 betragen. Diese Diskrepanz deutet an, dass die Hebung der Oberfläche räumlich und zeitlich sehr stark variiert und sich präferiert an Aufschiebungen konzentriert. Zusätzlich zeigen die Ergebnisse der Expositionsdatierung mit kosmogenem 10Be und 26Al, dass die morphotektonische Segmentierung im Pliozän etabliert wurde, zeitgleich mit dem Beginn der Hebung des Küstengebirges vor ca. 5 Mio Jahren infolge eines Wechsels des Subduktionsmodus von Erosion zu Akkretion. Schließlich habe ich vulkanische Klasten, die aus alluvialen Flächen im Längstal stammen, mit den stabilen kosmogenen Nukliden 3He und 21Ne datiert, um Aufschluss über die Faktoren zu erhalten, die die Sedimentablagerung im Forearc bestimmen. Meine Ergebnisse weisen darauf hin, dass diese flach einfallenden Oberflächen, die vor 150.000 bis 300.000 Jahren abgelagert wurden, in Zusammenhang mit Änderungen des Erosionsregimes in glazialen Episoden entstanden sind. Zusammenfassend zeigen die Daten, dass der heutige geomorphologische Ausdruck des Forearcs post-Miozän und eng mit einer klimatischen Überprägung des tektonischen Systems verknüpft ist. Der klimatische Einfluss spiegelt sich ebenfalls in der Topographie und dem lokalen Relief der Zentral- und Südanden wider. Beide Parameter variieren stark entlang des Plattenrandes, bestimmt durch den jeweils dominierenden Oberflächenprozess, der wiederum letztendlich vom vorherrschenden Klima abhängt. Allerdings reflektiert das Relief teilweise Oberflächenprozesse, die unter vergangenen Klimaten aktiv waren. Das betont die äußerst große Vorsicht, die nötig ist, wenn Landschaften als Spiegel des aktuellen Klimas interpretiert werden.

Im Rahmen der Dissertation wurden an Wässern und freien Gasen aus Thermalquellen sowie an weniger als 5 Millionen Jahre alten basischen Vulkaniten des zentralandinen Puna-Hochplateaus (NE-Argentinien) umfangreiche element- und isotopengeochemische Untersuchungen durchgeführt und die Edelgasgehalte und -isotopensignaturen in diesen Medien bestimmt. Damit soll ein Beitrag zum besseren Verständnis der jüngeren Subduktionsgeschichte im Bereich der südlichen Zentralanden geleistet, die Wechselwirkungen zwischen ozeanischer Unter- und kontinentaler Oberplatte sichtbar gemacht und die Edelgassystematik verbessert werden. Wie die Ergebnisse der Untersuchungen an Gasen aus den Thermalquellen der Puna-Region zeigen, ist der Anteil an Mantel-Helium in den Thermalquellen dieser Region mit bis zu 67 % wesentlich höher als in der westlich gelegenen vulkanisch aktiven Westkordillere und den anderen angrenzenden Gebieten. In einigen Quellen konnten sogar Anteile an Mantel-Neon nachgewiesen werden, was aufgrund von Überlagerungen mit Neon atmosphärischen und krustalen Ursprungs weltweit bisher nur vereinzelt gelungen ist. Für kontinentale Bereiche mit großer Krustendicke ist ein solch starker Mantelgasfluss äußerst ungewöhnlich und bedeutet, dass Mantelschmelzen bis in die Kruste aufgedrungen sind und tief reichende Wegsamkeiten existieren, so dass die Mantelgase aufsteigen können, ohne stark krustal beeinflusst zu werden. Dass im Bereich der Puna rezent Mantelmaterial in die Kruste aufsteigt, zu diesem Ergebnis kommen auch aktuelle seismologische Untersuchungen. Zudem wurden junge, vorwiegend monogenetische Basalte bis basaltische Andesite geochemisch auf ihre Haupt-, Neben- und Spurenbestandteile sowie ihre Gehalte an Seltenenerdenelementen hin untersucht. Auch wurden die Isotopenverhältnisse von Sr, Nd und Pb in den Gesteinen bestimmt und petrographisch-mineralogische Analysen der darin enthaltenen Olivine und Pyroxene durchgeführt. Wie die Resultate belegen, haben die Magmen bei ihrem Aufstieg durch die Erdkruste insbesondere Material aus der Oberkruste assimiliert und sind zudem durch Fluide aus der abtauchenden Platte beeinflusst worden. Damit konnte gezeigt werden, dass einfache geochemische Methoden allein nicht ausreichen, um die Mantelquelle der Magmen ermitteln oder Aussagen über die Asthenosphärendynamik in der Region machen zu können. Im Gegensatz dazu zeigen die Messungen der Edelgasisotopenverhältnisse in den Fluideinschlüssen der Olivine und Pyroxene, dass deren Edelgaszusammensetzung nicht durch Krustenkontamination beeinflusst wurde, weil die Magmen erst nach der Olivin- bzw. Pyroxen-Kristallisation Schmelzen aus der Oberkruste assimiliert haben. Darüber hinaus konnten durch die Edelgasisotopenmessungen die bisher höchsten magmatischen He- und Ne-Isotopenverhältnisse von ganz Südamerika nachgewiesen werden. Aus der unterschiedlichen Höhe der Messwerte ist zu schließen, dass die im Osten der Puna vorkommenden älteren Laven aus einem nichtkonvektiven (lithosphärischen) Mantel stammen, während die am vulkanischen Bogen und Westrand der Puna gelegenen jüngeren Laven, ihren Ursprung in einer konvektiven (asthenosphärischen) Mantelquelle haben. Zudem konnte gezeigt werden, dass der Mantelgasfluss in der Region in den letzten 5 Millionen Jahren stark zunahm und sich die Eruption von mantelstämmigen basischen Laven in dieser Zeit kontinuierlich in westliche Richtung zum aktiven Vulkanbogen hin verlagerte. Im daraus abgeleiteten Modell beruht dieser Prozess (1) auf einer an die Kontinentalverschiebung gekoppelten W-Drift des Kontinents und (2) auf einem mit der Versteilung der Unterplatte verbundenen Vordringen des subkontinentalen asthenosphärischen Mantels nach W, nach dem Ende der Subduktion des unterseeischen aseismischen Juan Fernández-Rückens in der Region. Zudem gibt es starke Argumente dafür, dass die asthenosphärischen Magmen aus einer fluidreichen Zone in 500 – 600 km Tiefe parallel zur subduzierten Platte aufsteigen und nicht, wie bisher angenommen, durch Schmelzbildung in Bereichen unter 200 km Tiefe, allein durch Entwässerung der abtauchenden Platte erzeugt werden. Zu diesem Resultat führt vor allem die Kombination der He-Isotopenverhältnisse mit Ergebnissen seismologischer Untersuchungen. / This study has determined the concentrations and isotopic composition of noble gases in water and gas samples from thermal springs and in samples of post Miocene basic volcanic rocks from the central Andean Puna Plateau (NW Argentina). The aim of this study is to shed light on questions related to the Neogene subduction history, the geochemical relationship between the oceanic and continental plate and on the distribution of noble gases in mantle-derived rocks of the Central Andes. The results of the geothermal water study show that the Puna plateau has higher values of mantle-derived He between 22° and 26° S compared to the neighbouring Western and Eastern Cordilleras. The highest 3He/4He ratio (5,4 Ra) was obtained close to the Tuzgle volcano, and this is rather high for back-arc gases considering they have ascended through a relatively thick 65 km crust, enriched in crustal 4He. In some cases it was also possible to detect the presence of mantle-derived Ne, which has so far only been demonstrated in a few locations around the world, because of the ubiquitous contamination by atmospheric- and crustal-Ne. Hence, this study clearly demonstrates a higher flux of noble gases from the mantle in the Puna Plateau region than in nearby regions of the Altiplano, the Salta-Rift and the Eastern and Western Cordilleras. In addition to the water study, a series of samples from post Miocene basic volcanic rocks in the Puna back-arc region were analyzed for major, minor and trace element composition as well as Sr, Nd and Pb isotopic ratios. Mineralogical analysis of olivine and pyroxenes from the lavas show that the rocks compositions have signatures that vary depending on the distance from the volcanic arc. Accordingly, magma compositions reflect processes that took place in the subduction-modified mantle wedge and the overlying continental plate. During their ascent, most of the magmas were contaminated with acid crustal melts that mask the geochemical signature of their mantle sources. This makes it difficult to accurately reconstruct the specific geotectonic setting for the magmas and their related mantle sources from the whole rock compositions. However, it is possible to put limits on the origin and amount of contamination from the Pb, Nd and Sr isotopic data. The results show that contaminants are mainly from the upper mantle. Mixing models suggest degrees of crustal assimilation on the order of 10 % and less. Given the problems of interpreting conventional geochemical studies on the origin of the back-arc magmas as just described, the combination of whole rock geochemical results with the corresponding noble gas data is potentially very important. For this purpose, olivine and pyroxene mineral separates mechanically and thermally degassed in order to measure their noble gases content and isotopic ratios. As the results show, the He isotopic signatures in the rocks are quite variable (4,5 - 8,1 Ra), depending on the age and distance to the volcanic arc. Whereas the samples nearest to the arc have MORB-type 3He/4He > 7 Ra, those farthest from the arc have 3He/4He < 7 Ra similar to the typical signature of a subcontinental lithospheric mantle (SCLM). The youngest Puna lavas have the highest primordial 3He/4He ratios and therefore the highest values for mantle-derived He yet found in the whole Andes chain. This implies that the mantle gas flux in the Puna region has increased since the Pliocene while during the same time interval, the focus of back-arc volcanic activity migrated progressively west towards the position of the present volcanic arc. This migration can be correlated with steepening of the subducted slab and advance of the asthenospheric mantle wedge to the west as a consequence of the drift of the Juan Fernández ridge towards the south. A consequence of the westward drift of the subduction zone at ca. 26 km/Ma is the ascent of asthenosphere into the mantle wedge. Geophysical studies suggest that this material ascends parallel to the slab (return flow). The He isotopic signatures from this study show that the asthenospheric ascent was not spacious but took place along certain channels or branches that may relate to deep-reaching weak lithospheric zones but not to a widespread delamination in the SCLM. The isotopic He, Ne and Xe relations of the lava samples collected in the back-arc region far from the volcanic arc indicate the presence of SCLM during back-arc volcanism in this region, which is a grave argument against a crustal delamination. Crustal contamination could not have been responsible for these values as the assimilation of crustal melts essentially took place after the olivine crystallization, as indicated by the variations in Sr- and He-isotope data and the coexistence of quartz and olivine in the samples.

Receiver functions are a good tool to investigate the seismotectonic structure beneath the a seismic station. In this study we apply the method to stations situated on or near Sumatra to find constraints on a more detailed velocity model which should improve earthquake localisation. We estimate shallow Moho-depths (~ 21 km) close to the trench and depths of ~30 km at greater distances. First evidences for the dip direction of the slab of ~60° are provided. Receiver functions were calculated for 20 stations for altogether 110 earthquakes in the distance range between 30° and 95° from the receiver. However the number of receiver functions per station is strongly variable as it depends on the installation date, the signal-to-noise-ratio of the station and the reliability of the acquisition. / Receiver Funkttion stellen eine gut Methode zur Untersuchung von Seismotektonischen Strukturen unterhalb einer seismischen Station dar. In dieser Arbeit wenden wir die Methode auf Station auf oder nahe Sumatra an um Hinweise für ein detaillierteres Geschwindigkeitsmodell zu erhalten, welches die Lokalisierung von Erdbeben verbessern sollte. Wir ermitteln flache Moho-Tiefen (~21 km) in der Nähe des Trenchs und Tiefen um die 30 km in größeren Distanzen. Erste Hinweise für eine Einfallsrichtung des Slabs von ~60° konnten gefunden werden. Receiver Funktionen wurden für 20 Stationen für insgesamt 110 Erdbeben im Distanzbereich zwischen 30° und 95° berechnet. allerdings ist die Anzahl von Receiver Funktionen pro Station sehr variabel, da sie vom Installationszeitpunkt, dem Signal-Rausch-Verhältnis und der Zuverlässigkeit der Datenaufnahme an der Station abhängt.

Subduction zones are places where one hydrated oceanic plate goes underneath another plate, and releases its fluids into the overlying mantle wedge. Slab-derived fluids play a key role in subduction zone processes. They serpentinize the cold forearc mantle at shallow depths; and deeper, they trigger hydrous mantle melting beneath the arc volcanoes and sometimes at backarc basin (BAB) spreading center. Examining the composition of arc and BAB magmas helps understanding genesis of subduction-related magmas, nature and composition of their mantle sources and slab-derived fluids. However, investigating such processes at shallow subduction zones is challenging, because the cold forearc mantle generally does not melt. Here, I investigate an unusual region in the southernmost Mariana convergent margin in the Western Pacific, near the Challenger Deep. The SE Mariana forearc stretched to accommodate opening of the southernmost Mariana Trough ~5Ma ago, opening the SE Mariana forearc rift (SEMFR) and causing seafloor spreading ~2.7-3.7Ma ago. The subducted slab beneath SEMFR deepens from <50km to ~100km, thus studying SEMFR lavas provides a unique opportunity to understand shallow subduction processes. By examining the major and trace element composition, the Pb-Nd-Sr isotopic ratios and the volatile contents (H2O, CO2, Cl, S, F) of SEMFR basalts, associated glassy rinds and olivine-hosted melt inclusions (Ol-MI) collected during three cruises (YK08-08, YK10-12, TN273), I show that: (i) SEMFR lavas were produced by adiabatic decompression melting of depleted asthenospheric BAB-like mantle at ~30±6.6 km depth and 1224±40oC; (ii) Ol-MI represent hydrous melts trapped by forearc mantle olivines. Xenocrysts were entrained with SEMFR basalts during ascent; (iii) SEMFR mantle flowed from the forearc towards the arc volcanoes and was metasomatized by shallow aqueous fluids; (iv) SEMFR shallow fluids are more aqueous than the fluids released beneath the Mariana arc and Mariana BAB; (v) the aqueous slab-derived fluids and the volatile fluxes are greatest at ~50-100km slab depth, suggesting that the minerals from the subducting plate mostly broke down beneath the arc to release their fluids. Such results provide new insights into shallow subduction processes, as previous studies showed that volatile fluxes and aqueous slab-derived fluids should increase toward the trench.