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A hydrocode and an explicit finite element code were used to evaluate functionally graded material impacts, meteor impacts, and split Hopkinson pressure bar specimens. Modeling impacts of functionally graded projectiles revealed that density was the primary material characteristic controlling the shock wave profile. A parametric study of material order for functionally graded armor showed that arranging the weaker material in front created the greater stopping power. By modeling an array of meteor impact scenarios, deformation and stress were shown to occur at great depths and possibly cause tectonic movement, like subduction. Three proposed Hopkinson specimens, which were designed to produce either shear or tensile reactions under compressive loading, were evaluated. For two of these specimens, improved stress and strain equations were presented.

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Thesis: Ph. D., Joint Program in Oceanography/Applied Ocean Science and Engineering (Massachusetts Institute of Technology, Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences; and the Woods Hole Oceanographic Institution), 2015. / Cataloged from PDF version of thesis. / Includes bibliographical references. / This thesis investigates lithospheric dynamics of Earth's subduction zones and Martian tectonic provinces on multiple time scales ranging from short-term earthquake deformation to long-term tectonic loading. In Chapter 2, I use geodetic observations to constrain the postseismic viscoelastic deformation following the 1960 M9.5 Valdivia, Chile earthquake and quantify its stress loading on the rupture zone of the 2010 M8.8 Maule, Chile earthquake. Results of analysis reveal that the post-1960 viscoelastic process might have contributed to the triggering of the 2010 earthquake. Chapter 3 presents numerical experiments to investigate elastoplastic deformation and faulting in the overriding plates of subduction zones caused by the movement of subducted seamounts. Numerical simulations show that a group of normal faults would first appear on the seaward side of a subducted seamount, followed by a group of thrust faults on the landward side of the seamount. In Chapter 4, I use the most recent Martian gravity and topography data to constrain spatial variations in lithospheric flexural deformation for various tectonic regions on Mars. The effective lithospheric thickness is estimated to be relatively small for the plain regions in the southern highland, but relatively large for the impact basins in the northern lowland as well as for volcanic montes in the Tharis province. The regional variations in the estimated effective lithospheric thickness might reflect both spatial and temporal changes in the thermal state of Mars. / by Min Ding. / Ph. D.

Partie 1 : Etude sismotectonique du Péloponnèse. Durant l'été 1986 nous avons installé un réseau sismologique de 46 stations couvrant l'ensemble du Péloponèse. Sur plus de 1000 séismes, 750 sont localisés à 10 km près et 480 le sont à 5 km près, 100 solutions focales ont été déterminées. La sismicité enregistrée est essentiellement crustale (95%). La croûte inférieure apparait comme une zone sismique à l'ouest et devient sismique à l'est. Les mécanismes au foyer indiquent un champ de contrainte compressiif orienté E-W dans la bordure occidentale. Immédiatement à l'est de cette zone, le régime devient extensif, d'orientation N-S au nord puis NW-SE à E-W dans !e sud et le sud-.ouest du Péloponnèse. La, sismicité intermédiaire définit la géométrie de ia subduction de la plaque Afrique sous le Péloponnèse. Le plongement est orienté NE-SW scion un pendage de 10°, à 200 km des fosses ce pendage s'accentue brusquement (45 ° ). Les mécanismes au foyer montrent une tectonique extensive orientée NE-SW, avec un pendage identique à celui de la plaque plongeante. 2* partie: Réponse sismique d'une vallée sédimentaire. Durant deux semaines , en mai 1985, cinq stations sismologiques ont été installées à travers une vallée située à 50 km de Thessalonique ( Grèce) . Les stations étaient placées sur les sédiments et sur les bords rocheux de la vallée. A partir de séismes locaux et régionaux, nous avons calculé les rapports des spectres de Fourier obtenus aux différents sites. Pour les sites sédimentaires, les rapports montrent des .amplifications maximales de 8, pour un site rocheux elles atteignent 6. Les amplifications observées sont maximales lors de séismes locaux.Nous interprétons ces effets en fonction du contexte géologique local.

Le Misti et l'Ubinas sont deux volcans actifs de la Zone Volcanique Centrale des Andes du Sud du Pérou. Le Misti est situé au front de l'arc volcanique plio-quaternairee, tandis que l'Ubinas se trouve à l'arrière de cet arc (~40 km à l'Est). L'étude minéralogique et géochimique (éléments majeurs, traces et isotopes de Sr, Nd et o) des produits récents émis par ces volcans (<112 ka au Misti, <370 ka à l'Ubinas) montre que le Misti a émis principalement des andésites et quelques dacites, alors que des rhyolites ont été émises exceptionnellement entre 31 et 34 ka. L'Ubinas posséde une diversité compositionnelle plus grande que le Misti, notamment lors du dernier millénaire (des andésites basiques aux dacites). Les magmas de ces volcans résultent de la fusion partielle du manteau métasomatisé par des fluides aqueux issus de la déshydratation de la plaque plongeante. Compte tenu de la localisation de ces édifices par rapport à la fosse , la quantité de fluides issus de ce mécanisme serait plus élevée au Misti, situé plus près de la fosse, qu'à l'Ubinas; Ceci suggère que les taux de fusion partielle sont légérement plus forts au Misti qu'à l'Ubinas, ce qui d'accorde avec la production magmatique plus élevée du Misti ainsi qu'avec la richesse en éléments incompatibles 'LILE) des magmas de l'Ubinas.L'evolution des magmas du Misti et de l'Ubinas est principalement contrôlée par des processus d'assimilation-cristallisation fractionnée (AFC) dans des réservoirs superficiels dont le contaminant est le Massif d'Arequipa. Ainsi l'évolution des lignées magmatiques se produit avec des taux de contamination <-14% au Misti (acec une contamination majeure entre 31 et 34 ka) et <-8% à l'Ubinas. Les roches de ces deux volcans sont légérement appauvries en HREE et Y par rapport aux magmas calco-alcalins classiques d'arc. Ceci suggère que les magmas primaires ont assimilé des produits issus de la fusion partielle de la base de la croûte continentale, contenant du grenat (+- amphibole dans leur résidus de fusion

A ocorrência de uma grande reorganização de placas durante o Neógeno reflete a comlpexa interação entre as placas do Caribe, Farallon, e América do Sul, e o arco intra-oceânico de Panamá. Isto, tem influenciado o registro tectono-estratigráfico dos Andes nor-ocidentais da Colômbia, o qual tem sido escassamente estudado perto da sutura entre os domínios de Panamá o da América do Sul. Novos dados de petrografia de arenitos, análises de minerais densos, geocronologia detrítica em zircão, geoquímica de rocha total, e modelamento termal inverso de múltiplos termocronômetros, realizados em um transepto de 50 km com direção SE-NW, permitem reconstruir a história de deformação e exumação/erosão das rochas do Cretáceo Superior ao Plioceno do flanco ocidental da Cordilheira Ocidental. O início da exumação das rochas do Cretáceo Superior associadas com a margem continental Sul-americana, ocorreu entre 45 e 20 Ma, o qual é sugerido pelo resfriamento inicial desde temperaturas dentro da zona de retenção parcial do hélio em zircão (~180-200°C). Essas rochas, também sofreram um pulso de exumação considerável durante o Mioceno Médio, o qual caracteriza-se por taxas moderadamente rápidas entre 0.3 km/my e 0.7 km/my. Adicionalmente, um período de resfriamento rápido também é documentado com taxas máximas de exumação ~1.3 km/my. As rochas do Eoceno Médio do arco oceânico de Panamá, as quais estão separadas das rochas do Cretáceo Superior da Cordilheira Ocidental por uma faixa de deformação, registram um resfriamento inicial em ~15 Ma desde a zona de retenção parcial de hélio em apatita (APRZ, ~80-60°C, com taxas perto de 0.6 km/my. Termocronologia detrítica em secuências pós-colisionais e sedimentos modernos, também registram estes períodos de exumação. Os novos resultados podem ser relacionados com processos tectônicos de escala regional, que incluem: Convergência rápida e frontal no Oligoceno Superior, entre a recentemente formada placa de Nazca e a placa continental Sul-americana, depois da fragmentação da antiga placa de Farallon, a colisão do Arco de Panamá do Cretáceo Superior-Eoceneo durante o Mioceno Médio, o qual resultou exumação geral ao longo do segmento NW da placa Sul-americana, é o início da subducção da placa de Nazca é a instalação de um segmento plano ao norte durante o Mioceno Superior-Plioceno. Este é provavelmente o mecanismo responsável pelo soerguimento da superfície recente na Colômbia nor-oriental e a contínua deformação-soerguimento das serras costeiras ocidentais e das bacias orientais de foreland ao norte de 5°N. / The occurrence of major plate reorganization during the Neogene, reflects the complex interactions between the Caribbean, Farallon and South-American plates, and the Panama Arc. These, have influenceed the tectono-stratigraphic record of the northwestern Colombian Andes, which has been scarcely studied neart the suture between the Panama and South-American domains. New sandstone petrography, heavy minerals analyses, U-Pb detrital zircon geochronology, whole-rock geochemical data, and thermal inverse modeling of multiple thermochronometers, carried along a 50 km southeast-northwest transect, allow to reconstruct the deformation and exhumation/erosional history of the Late Cretaceous to Pliocene rocks from the western flank of the Western Cordillera. The onset of exhumation of Late Cretaceous sedimentary rocks, associated with the South-American margin, occurred between 45-20 Ma, as suggested by the initial cooling from temperatures within the zircon helium partial retention zone (ZPRZ, ~180-200°C). These rocks also experienced a substantial pulse of exhumation during the Middle Miocene, which is characterized by moderately rapid rates between ~0.3 km/my and 0.7 km/my. Moreover, a Pliocene period of rapid cooling is also documented with maximum exhumation rates of ~1.3 km/my. The Middle Eocene rocks from the intra-oceanic Panama Arc, which are separated by a highly-deformed zone from the Late Cretaceous rocks of the Western Cordillera, record an initial cooling at ca. 15 Ma from the apatite partial retention zone (APRZ, ~80-60°C) at rates around 0.6 km/my. Detrital thermochronology of post-collisional sequences and modern river sediments also record these exhumation events. The we results can be related to more regional-scale tectonic processes including: the Late Oligocene rapid and frontal convergence between the newly formed Nazca plate and the continental South-American plate following the fragmentation of the former Farallon plate, the Middle Miocene collision of the Cretaceous-Eocene Panama Arc that triggered generalized exhumation-deformation widespread in the upper NW South-American plate, and the Middle to Late Miocene initiation of the Nazca subduction and installation of a Late Miocene-Pliocene flat-slab to the north. The latter is likely to represent the mechanism that triggered surface uplift in eastern Colombia and ongoing uplift-deformation of western coastal ranges and eastern foreland basins north of 5°N

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Nous présentons ici un travail qui combine des études de géochronologie, géochimie et géomorphologie sur l'île de la Martinique afin de contraindre l'évolution de l'activité volcanique de l'île. L'arc insulaire des Petites Antilles, double dans sa moitié nord, résulte de la subduction vers l'ouest de la plaque Atlantique sous la plaque Caraïbe à 2 cm/an. Grâce à sa position centrale où les deux branches nord se rejoignent, la Martinique est la seule île des Petites Antilles où l'histoire la plus complète de l'arc affleure. Nos âges K-Ar montrent que l'Arc Ancien a été actif de 25 à 21 Ma. L'Arc Intermédiaire s'est ensuite mis en place en milieu sous-marin puis subaérien entre 16 et 7 Ma. Au cours du Miocène, l'activité volcanique s'est déplacée vers l'ouest avec la mise en place de petits volcans monogéniques, alignés le long de failles, entre 3 Ma et 340 ka. Au même moment, le compartiment septentrional s'est édifié au niveau du volcan bouclier du Morne Jacob (5.5 – 1.5 Ma), du Complexe du Carbet (1 Ma – 322 ka), du Mont Conil (550 – 190 ka) et enfin de la Montagne Pelée. Nous avons mis en évidence l'étroite relation de l'évolution chimique des laves et des taux d'éruption avec les modifications de surface, ainsi que l'influence de la subduction de rides asismiques sur la migration et la répartition de l'activité volcanique à travers et le long de l'arc. En conclusion, notre compilation de 56 nouveaux âges K-Ar entre 26 Ma et 190 ka, nous permet de mieux contraindre les différentes phases volcaniques de l'île de la Martinique, et d'identifier des épisodes de forte production magmatique liés aux changements géodynamiques régionaux et/ou les événements d'effondrement de flanc.

Les zones de subduction représentent des zones d'évolution clés dans la compréhension des processus géologiques majeurs actifs sur notre planète. En particulier, la caractérisation et l'évolution des magmas générés dans les zones d'arcs océaniques et la relation entre leur genèse et les processus de croissance crustale sont des axes primordiaux. Cette étude est focalisée sur la portion d'arc océanique exhumée du Kohistan (Nord Pakistan) qui constitue un laboratoire exceptionnel pour appréhender cette problématique. Basée sur une approche géochimique multi-méthodes (éléments majeurs et en trace, isotopes), cette étude a permis d'établir : 1/ l'absence de relation génétique directe entre les roches ultrabasiques de la racine de l'arc et la section crustale sus-jacente. La formation de la séquence ultrabasique de Jijal se produit à ~117 Ma via une réaction de type magma-roche entre des liquides de type boninitique (appauvris en terres rares), et le manteau lithosphérique de type MORB-Indien ; 2/ un modèle géodynamique en trois stades majeurs résumant l'évolution de l'arc océanique et de la subduction sur une période d'environ 30 Ma. Ce modèle débute par l'initiation de la subduction et la formation de l'arc volcanique s.s. (1er stade) ; le 2ème stade correspond à un évènement thermique majeur. Il est représenté par un sous-placage important de magmas et une granulitisation intense de la base de l'arc. Le recyclage de la croûte inférieure cumulative et résiduelle, dans le manteau sous-jacent, se produit durant cette étape vraisemblablement suite à des processus d'érosion thermo-mécanique. Le dernier stade, entre 95 Ma et 85 Ma, scelle la fin du fonctionnement de la zone de subduction et correspond à une période amagmatique suivie par une brève reprise du magmatisme avant la collision de l'arc après 85 Ma. Enfin, une modélisation numérique comparative avec la croûte continentale globale met en évidence la composition significativement plus basique de la croûte de l'arc insulaire du Kohistan. De fortes similitudes sont en revanche observées entre la section d'arc étudiée et la croûte continentale inférieure.