<p dir="ltr">This research aims to examine the effect that mantle tractions have on surface deformation throughout the Pacific-North America plate boundary zone in Alaska, western Canada, and the Bering Sea region. We use 3-D geodynamic models to simulate the crust and upper mantle in order to investigate the tectonic force balance between plate boundary interactions, gravitational collapse, and basal tractions. We determine that mantle tractions with a magnitude of ~2.5-3.8 MPa, directed to the southeast, in conjunction with forces from the Yakutat flat slab, best fit the steady-state plate motion estimates in Alaska. We also show how these mantle tractions have likely aided in concentrating deformation to the northwest of incoming Yakutat oceanic plateau throughout the ~50 Ma evolution of flat slab subduction in this region. Finally, we conclude that mantle tractions also impact the broad zone of distributed deformation surrounding the Bering Sea. The confluence of basal forces and tectonic extrusion, due to the Yakutat flat slab, may lead to the evolution of a new plate boundary extending from northwest Alaska to the Kuril-Kamchatka subduction zone.</p>

Seismic anisotropy at continental regions, mainly at stable areas, gives important information about past and present tectonic events, and helps us in understanding patterns of upper mantle flow in a way not achieved by other methods. The measurement of shear wave splitting (SWS), at individual stations, from core refracted phases (such as SKS phases), indicates the amount and orientation of the seismic anisotropy in the upper mantle. Previous studies of SWS in South America concentrated mainly along the Andes and in southeast Brazil. Now we add extra measurements extending to all Brazilian territory, especially in the Pantanal and Paraná-Chaco basins, as part of the FAPESP 3-Basins Thematic Project. The results from both temporary deployments and from the Brazilian permanent network provide a more complete and robust anisotropy map of the South America stable platform. In general the fast polarization orientations have an average E-W orientation. Significant deviations to ESE-WNW or ENE-WSW are observed in many regions. We compare our results with different anisotropy proxies: absolute plate motion given by the hotspot reference frame HS3-NUVEL-1A, a recent model of time dependent upper mantle flow induced by the Nazca plate subduction, global anisotropy from surface wave tomography, and geologic trends. We observe a poor correlation of the anisotropy directions with geological trends, with the exception of a few stations in northern Brazil and a better correlation with the mantle flow model. Therefore, our observed anisotropy is mainly due to upper-mantle flow, with little contribution from frozen lithospheric anisotropy. Also, deviations from the mantle flow model, which includes a thicker lithosphere at the Amazon craton, are mainly due to flow surrounding cratonic nuclei not used in the model: the keel of the São Francisco craton and a possible cratonic nucleus beneath the northern part of the Paraná Basin (called Paranapanema block). Large delay times at the Pantanal Basin may indicate a stronger asthenospheric channel, a more coherent flow, or a thicker asthenosphere. Small delays beneath the northern Paraná Basin and central Amazon craton may indicate thinner anisotropic asthenosphere. / Anisotropia sísmica em regiões continentais, principalmente em áreas estáveis, nos dá informações importantes sobre eventos tectônicos do passado e do presente, e nos ajuda a entender padrões de fluxo do manto superior de forma não alcançada por outros métodos geofísicos. A medida de separação de ondas cisalhantes (SWS), em estações individuais, de fases refratadas no núcleo (fases SKS, por exemplo), indica a intensidade e orientação da anisotropia sísmica no manto superior. Estudos prévios de SWS na América do Sul se concentraram principalmente ao longo dos Andes e no sudeste do Brasil. Agora adicionamos medidas extras que se extendem por todo território Brasileiro e alguns países vizinhos, especialmente nas bacias do Pantanal e do Chaco-Paraná, como parte do \"Projeto Temático 3-Bacias\" da FAPESP. Os resultados tanto das estações temporárias quanto da rede permanente Brasileira mostram um mapa de anisotropia mais robusto e completo da plataforma estável da América do Sul. Em geral, as direções de polarização rápida tem em média direção L-O. Desvios significantes nas direções LSL-ONO ou LNL-OSO são observadas em muitas regiões. Comparamos nossos resultados com diferentes representantes da anisotropia: movimento absoluto de placa dado pelo sistema de referência de hotspot HS3-NUVEL-1A, um modelo recente dependente do tempo de fluxo do manto superior induzido pela subducção da placa de Nazca, anisotropia global de tomografia de ondas de superfície, e tendências geológicas. Observamos pouca correlação das direções de anisotropia com tendências geológicas, com exceção de algumas estações no norte do Brasil e uma melhor correlação com o modelo de fluxo do manto. Portanto, nossa anisotropia observada é devida principalmente a fluxo do manto superior, com pouca contribuição de anisotropia \"congelada\" litosférica. Também, desvios do modelo de fluxo do manto, o qual inclui uma litosfera mais espessa no cráton da Amazônia, são devido ao fluxo ao redor de núcleos cratônicos não usados no modelo: a quilha do cráton do São Francisco e um possível núcleo cratônico abaixo da região norte da bacia do Paraná (chamado bloco do Paranapanema). Atrasos de tempo grandes na bacia do Pantanal podem indicar um canal astenosférico mais forte, um fluxo mais coerente ou uma astenosfera mais espessa. Pequenos atrasos abaixo da parte norte da bacia do Paraná e no centro do cráton da Amazônia podem indicar uma astenosfera mais fina.

Seismic anisotropy at continental regions, mainly at stable areas, gives important information about past and present tectonic events, and helps us in understanding patterns of upper mantle flow in a way not achieved by other methods. The measurement of shear wave splitting (SWS), at individual stations, from core refracted phases (such as SKS phases), indicates the amount and orientation of the seismic anisotropy in the upper mantle. Previous studies of SWS in South America concentrated mainly along the Andes and in southeast Brazil. Now we add extra measurements extending to all Brazilian territory, especially in the Pantanal and Paraná-Chaco basins, as part of the FAPESP 3-Basins Thematic Project. The results from both temporary deployments and from the Brazilian permanent network provide a more complete and robust anisotropy map of the South America stable platform. In general the fast polarization orientations have an average E-W orientation. Significant deviations to ESE-WNW or ENE-WSW are observed in many regions. We compare our results with different anisotropy proxies: absolute plate motion given by the hotspot reference frame HS3-NUVEL-1A, a recent model of time dependent upper mantle flow induced by the Nazca plate subduction, global anisotropy from surface wave tomography, and geologic trends. We observe a poor correlation of the anisotropy directions with geological trends, with the exception of a few stations in northern Brazil and a better correlation with the mantle flow model. Therefore, our observed anisotropy is mainly due to upper-mantle flow, with little contribution from frozen lithospheric anisotropy. Also, deviations from the mantle flow model, which includes a thicker lithosphere at the Amazon craton, are mainly due to flow surrounding cratonic nuclei not used in the model: the keel of the São Francisco craton and a possible cratonic nucleus beneath the northern part of the Paraná Basin (called Paranapanema block). Large delay times at the Pantanal Basin may indicate a stronger asthenospheric channel, a more coherent flow, or a thicker asthenosphere. Small delays beneath the northern Paraná Basin and central Amazon craton may indicate thinner anisotropic asthenosphere. / Anisotropia sísmica em regiões continentais, principalmente em áreas estáveis, nos dá informações importantes sobre eventos tectônicos do passado e do presente, e nos ajuda a entender padrões de fluxo do manto superior de forma não alcançada por outros métodos geofísicos. A medida de separação de ondas cisalhantes (SWS), em estações individuais, de fases refratadas no núcleo (fases SKS, por exemplo), indica a intensidade e orientação da anisotropia sísmica no manto superior. Estudos prévios de SWS na América do Sul se concentraram principalmente ao longo dos Andes e no sudeste do Brasil. Agora adicionamos medidas extras que se extendem por todo território Brasileiro e alguns países vizinhos, especialmente nas bacias do Pantanal e do Chaco-Paraná, como parte do \"Projeto Temático 3-Bacias\" da FAPESP. Os resultados tanto das estações temporárias quanto da rede permanente Brasileira mostram um mapa de anisotropia mais robusto e completo da plataforma estável da América do Sul. Em geral, as direções de polarização rápida tem em média direção L-O. Desvios significantes nas direções LSL-ONO ou LNL-OSO são observadas em muitas regiões. Comparamos nossos resultados com diferentes representantes da anisotropia: movimento absoluto de placa dado pelo sistema de referência de hotspot HS3-NUVEL-1A, um modelo recente dependente do tempo de fluxo do manto superior induzido pela subducção da placa de Nazca, anisotropia global de tomografia de ondas de superfície, e tendências geológicas. Observamos pouca correlação das direções de anisotropia com tendências geológicas, com exceção de algumas estações no norte do Brasil e uma melhor correlação com o modelo de fluxo do manto. Portanto, nossa anisotropia observada é devida principalmente a fluxo do manto superior, com pouca contribuição de anisotropia \"congelada\" litosférica. Também, desvios do modelo de fluxo do manto, o qual inclui uma litosfera mais espessa no cráton da Amazônia, são devido ao fluxo ao redor de núcleos cratônicos não usados no modelo: a quilha do cráton do São Francisco e um possível núcleo cratônico abaixo da região norte da bacia do Paraná (chamado bloco do Paranapanema). Atrasos de tempo grandes na bacia do Pantanal podem indicar um canal astenosférico mais forte, um fluxo mais coerente ou uma astenosfera mais espessa. Pequenos atrasos abaixo da parte norte da bacia do Paraná e no centro do cráton da Amazônia podem indicar uma astenosfera mais fina.

A l'échelle de plusieurs dizaines de millions d'années, un système de subduction implique de grandes déformations de la plaque plongeante assimilée un solide viscoélastique, et du manteau supérieur assimilé à un fluide newtonien. L'objectif de ce travail est de développer une stratégie de couplage solide-fluide appliquée à l'étude de l'interaction lithosphère-asthénosphère. Cette stratégie est basée sur l'utilisation de maillages non-conformes aux interfaces et d'une méthode de domaines fictifs (MDF) pour la résolution du problème fluide. Pour l'efficience des modèles 3D, nous employons une formulation simplifiée de la méthode de domaines fictifs par multiplicateurs de Lagrange. La MDF développée est validée par des comparaisons avec des solutions analytiques qui montrent que la méthode est d'ordre 1. La stratégie de couplage est également validée par la comparaison avec d'autres méthodes de couplage solide-fluide. Une première étude est ensuite menée pour analyser l'influence de certains paramètres rhéologiques et cinématiques sur la dynamique d'une subduction contrôlée par les vitesses des plaques. Cette étude, en 2D, concerne plus spécifiquement le mécanisme de plissement périodique du slab lorsque celui-ci est ancré à 660 km de profondeur. Ce mécanisme induit des variations de pendage du slab générant des variations de l'état de contrainte de la plaque chevauchante. Un intérêt particulier est porté sur l'influence de la viscosité du manteau sur les plissements. Dans ce cadre, nous réalisons une application à la subduction andine. / Over the time scale of tens of millions of years, a subduction system involves large deformations of tectonics plates, as one plate sinks into the Earth's mantle. The aim of this work was to develop a soli-fluid coupling method applied to the lithosphere-asthenosphere interaction in the context of subduction zones. Plates were assumed to behave as viscoelastic bodies, while the upper mantle was assimilated to a newtonian fluid. The method developped here is based on the use of non-matching interface meshes and a fictitious domain method (FDM) for the fluid problem. To optimize the computational efficiency of 3D model, we used a simplified version of the Lagrange multipliers fictitious domain method. The developped FDM has been benchmarked with analytical solutions and we showed that this FDM is a first-order method. The coupling method has also been compared to other fluid-solid coupling methods using matching interfaces meshes. A first two-dimensional study was performed in order to evaluate the influence of some rheological and kinematic parameters on the dynamics of a subduction controlled by the velocity of the plates. This study aimed at investigating cyclic slab folding over a rigid 660 km depth transition zone. This folding mechanism induces variations in slab dip that generate variations in the stress state of the overriding plate. We focussed on the influence of the upper mantle viscosity on slab folding. We also applied this model to the Andean subduction zone. Several studies have determined a cyclic variation of the South-American tectonic regime (period of 30-40~Myrs) which may have been related to the slab dip evolution.