The Tibetan plateau is a vast, elevated region located in central Asia, which is underlain by the thickest crust known on Earth (up to 90 km). An outstanding question of importance to many fields within geology is how and why did the Tibetan plateau form? Models attribute the growth of the plateau to a consequence of the ongoing India-Asia continental collision, but differ in the details of how the crustal thickening was accommodated: was it by underplating of Indian lower crust or by homogeneous shortening? High-grade metamorphic rocks sampled from the region potentially hold the key to answering this question, as they contain a record of past tectonic events that can discriminate between the various proposed models. This record can be decoded by integrating field, thermobarometric and geochronological techniques, to elucidate a detailed thermotectonic understanding of a region. This methodology was applied to three case studies, each of which targeted rare tectonic windows into the mid-crust of the plateau. These regions comprise Danba in eastern Tibet, Basong Tso in south-eastern Tibet and the Western Nyainqentanglha in southern Tibet. Each case study documents previously unreported metamorphic events that have allowed original interpretations to be made regarding tectonic evolution: in Danba, all metamorphism is shown to be early Jurassic; in Basong Tso, two metamorphic belts are documented that reveal a late Triassic--early Jurassic orogenic event; and in the Western Nyainqengtanglha, Cretaceous--Neogene magmatism is shown to overprint late Triassic metamorphism. Integration of the results has enabled commentary on the large scale evolution of the Tibetan plateau from the Permian until the present day, and even hinted at its future. The results indicate that the closure of the Paleotethys played an important role in the construction of the Tibetan plateau, and suggest that homogeneous crustal thickening is not a viable model for the documented exposure levels.

Discrete (mm- to m-scale) mylonitic shear zones in the northeastern Harquahala metamorphic core complex, Arizona, show evidence of fluid-mineral interactions catalyzing deformation and metamorphism. Many contain a deformed central epidote vein with adjacent bleached haloes and flanking paired shear zones that indicate significant fluid-rock interaction during deformation. An integration of structural and geochemical methods was employed to understand timing, metamorphic conditions, and physiochemical processes responsible for producing the discrete shear zones. Field and microstructural evidence suggest the zones initiated on antecedent fractures. Electron backscatter diffraction (EBSD) analyses show a significant coaxial contribution to the shear, and quartz deformation predominately by prism <a> slip, along with some rhomb <a> slip, suggesting amphibolite-facies conditions during shearing. Fourier Transform Infrared spectroscopy analyses of quartz reveal higher water contents within shear zones than within country rocks, indicating fluid infiltration synchronous with shearing. Stable isotope analyses of quartz and feldspar from mylonites are consistent with an igneous or metamorphic fluid origin. Microstructural observations suggest that the zone morphology with epidote veins, bleached haloes, and flanking discrete paired shear zones was developed predominantly from reaction softening mechanisms. The increase in deformation from bleached rock to flanking shear zones is marked by progressive modal increases in biotite and myrmekite, and modal decreases in K-feldspar, and locally epidote and titanite. Myrmekitic textures recrystallized readily and resulted in progressively greater grain size reduction of feldspar, which aided in the progressive alignment and linkage of the biotite grains, which together concentrated the deformation in bands. Volume reduction resulting from some of the metamorphic reactions may have led to a positive feedback cycle among fluid infiltration, metamorphism and deformation. U-Pb isotope analyses of syn-metamorphic titanite yield an age of ~70 Ma, suggesting the shear zones formed during cooling of the Late Cretaceous (75.5±1.3 Ma) Brown’s Canyon pluton, consistent with their top-to-the-southwest sense of shear, rather than during top-to-the-northeast directed Miocene metamorphic core complex exhumation. Petrography, EBSD analyses, and U-Pb dating of titanite from other (non-discrete) mylonites in the area imply most formed synchronously with the discrete shear zone mylonites. Only rare, scattered mylonites show features consistent with metamorphic core complex exhumation. / text

De nombreuses failles à faible pendage (pendage inférieur à 30°) ont été décrites en domaine continental extensif depuis leur mise en évidence dans la province des Basin and Range (USA). Bien que les observations de terrain suggèrent, dans plusieurs régions, que le jeu d'une faille se produit à faible pendage dans la croûte cassante (Apennins, Italie ; Basin and Range, USA; Alpes orientales), l'activité sismique liée à ces failles est presque inexistante et est en accord avec les angles de blocage des failles prédits par la mécanique andersonienne associée à la loi de Byerlee. L'étude des Metamorphic Core Complex et de l'exhumation de détachements dans les Cyclades permet d'obtenir un modèle figé de la croûte continentale en extension. Le Metamorphic Core Complex qui affleure sur l'île de Mykonos se caractérise par une intrusion granitique (laccolite) dans le dôme migmatitique, recoupé à son sommet par un système de détachements composé de deux branches. La branche inférieure ductile du détachement met en contact la Nappe Supérieure Cycladique, constituée de métabasites, et le laccolite. La branche supérieure cataclastique du détachement juxtapose une unité sédimentaire molassique sur la Nappe Supérieure Cycladique ou directement sur le laccolite. Le détachement cataclastique conditionne la sédimentation syn-tectonique dans les bassins. Associée au réseau de veines contemporain du jeu du détachement, la déformation dans l'unité sédimentaire montre que le détachement cataclastique de Mykonos a été actif à faible pendage et à faible profondeur, au moins au cours des derniers incréments de déformation. La synthèse des données collectées sur les îles d'Andros, de Tinos et de Mykonos montre que les détachements nord-cyladiques peuvent être considérés à différents stades d'évolution comme une seule et unique structure d'échelle crustale (le Système de Détachement Nord-Cycladique) pouvant accommoder l'extension régionale et l'exhumation des roches de l'unité inférieure. L'étude de l'Anisotropie de la Susceptibilité Magnétique (ASM) dans le laccolite, couplée aux observations de terrain, a permis de mettre en évidence une rotation de l'unité inférieure du détachement de Mykonos autour d'un axe vertical, compatible avec les données paléomagnétiques disponibles dans la littérature. Afin de réconcilier observations de terrain et mécanique des roches, nous proposons un nouveau modèle de réactivation de failles en considérant la faille comme une fine couche déformable plastiquement, contrairement au modèle classique suggérant une dislocation avec des propriétés frictionnelles. Notre modèle permet alors d'inclure les variations volumiques de la zone de faille au cours du cisaillement, et notamment, de prendre en compte des coefficients de dilatation faibles voir négatifs (faille compactante), souvent observés en laboratoire ou sur le terrain. Notre modèle permet, en particulier, de déterminer les quantités de déformation plastique que peuvent accommoder ces failles au cours du cisaillement avant leur blocage. Les angles de blocage obtenus dans notre modèle varient peu par rapport au modèle classique de réactivation de faille, qui apparaît comme un cas particulier de notre modèle. La réactivation d'une faille à faible pendage en extension est alors possible complètement ou partiellement et peut être associée à la formation de veines et de failles normales dans l'encaissant. La réactivation est alors favorisée lorsqu'il s'agit d'une faille compactante et se produit en régime durcissant, suggérant ainsi un comportement asismique de la faille.

Mid-Tertiary metamorphic core complexes in the Basin and Range province of the western North American Cordillera are characterized by large-magnitude extensional deformation. Numerous models have been proposed for the kinematic evolution of these metamorphic core complexes. Such models generally invoke footwall isotatic rebound due to tectonic denudation, and the presence of a weak middle crust capable of flow at mid-crustal levels. In popular models of Cordilleran-style metamorphic core-complex development, initial extension occurs along a breakaway fault, which subsequently is deformed into a synform and abandoned in response to isostatic rebound, with new faults breaking forward in the dominant transport direction. In southeast Arizona, the Catalina and Pinaleño Mountains core complexes have been pointed to as type examples of this model. In this study, the “traditional” core-complex model is tested through analysis of field relations and geochronological age constraints, and by interpretation of seismic reflection profiles along a transect incorporating these core complexes. Elements of these linked core-complex systems, from southwest to northeast, include the Tucson Basin, the Santa Catalina-Rincon Mountains, the San Pedro trough, the Galiuro Mountains, the Sulphur Springs Valley, the Pinaleño Mountains, and the Safford Basin. A new digital compilation of geological data, across highly extended terranes, in conjunction with reprocessing and interpretation of a suite of industry 2-D seismic reflection profiles spanning nearly sub-parallel to regional extension, illuminate subsurface structural features related to Cenozoic crustal extension and provide new constraints on evolution of core complexes in southeast Arizona. The main objective is to develop a new kinematic model for mid-Tertiary extension and core complex evolution in southeast Arizona that incorporates new geological and geophysical observations. Geological and seismological data indicate that viable alternative models explain observations at least as well as previous core-complex models. In contrast to the “traditional” model often employed for these structures, our models suggest that the southwest- and northeast-dipping normal-fault systems on the flanks of the Galiuro Mountains extend to mid-crustal depths beneath the San Pedro trough and Sulphur-Springs Valley, respectively. In our interpretations and models, these oppositely vergent fault systems are not the breakaway faults for the Catalina and Pinaleño detachment systems.

Cette thèse a pour objectif de caractériser les circulations de fluides en contexte d’effondrement d’un prisme d’accrétion crustal. Le Metamorphic Core Complex (MCC) de Naxos comprend un système de détachement/décollement caractérisé par mylonites, ultramylonites, cataclasites et failles normales dont les relations géométriques témoignent du litage rhéologique de la croûte continentale. La chimie des inclusions fluides déterminée par l’analyse microthermométrique, la spectroscopie RAMAN, l’ablation laser couplée à l’analyse spectroscopique (LA-ICP-MS), le « crush-leach », et les signatures isotopiques C et H des inclusions fluides permettent d’identifier trois grands types de fluides (1) des fluides salés riche en métaux, ii) des fluides aquo-carboniques en équilibre avec les encaissants métamorphiques, et iii) des fluides aqueux, probablement d’origine météorique. Ces données indiquent que la croûte est subdivisée en deux réservoirs séparés par la transition fragile-ductile. Les fluides météoriques circulent en association avec la déformation fragile de la croûte supérieure alors que les fluides salés et les fluides aquo-carboniques circulent en relation avec la déformation ductile. La géométrie de ces réservoirs évolue lors de la formation du MCC, conjointement avec l’exhumation et le refroidissement des roches métamorphiques. Le passage des roches du réservoir ductile au réservoir fragile est associée à un changement depuis un gradient géothermique élevé (60-100°C/km) vers un gradient géothermique plus faible (35-60°C/km). La transition fragile-ductile correspond ainsi à la fois à une limite rhéologique corrélée à une limite thermique et une limite de perméabilité. / The aim of this thesis is to characterize fluid circulations in the context of the collapse of a crustal accretionary belt. The Naxos Metamorphic Core Complex comprises a detachment/decollement system characterized by mylonites, ultramylonites, cataclasites and normal faults with structural relationships reflecting the rheological layering at the crustal scale. Fluid inclusion chemistry is determined by microthermometry, Raman spectroscopy; laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS), crush-leach and stable isotopes (C and H) analyses. These data characterize three different types of fluids: (1) high salinity fluids with a high metal content and high Th, (2) aqueous-carbonic fluids in equilibrium with the wall rocks and (3) aqueous probably surface-derived fluids. These data indicate that the crust is subdivided into two crustal reservoirs separated by the brittle/ductile transition. Surface-derived aqueous fluids circulate in association with the brittle deformation within the upper crust whereas aqueous-carbonic and high salinity fluids circulate in relation with ductile deformation. The characteristics of the trapped fluids indicate that as rocks have passed through the ductile/brittle transition they undergo a drastic change in geothermal gradient from 60 to 100°C/km within a lithostatic pressure regime to 35-60°C/km within a hydrostatic pressure regime. This implies that the fluid circulations are closely related to the rheological layering within the crust and its evolution during crustal extension. The ductile/brittle transition corresponds to a rheological boundary correlated to a thermal boundary and impermeable cap.

Pražské metro jako prostor pro realizaci geologických exkurzí Abstract: The aim of this diploma thesis is to evaluate and explore the potential of the tiling materials used in the Prague metro and to create guidelines suitable for organizing geological excursions. Ysdfvwavweefawfbaljehbrrkvjasdhbflavjsdhbf alskdjfbalksjdfnaůksjdnaůkjsdfnaůksjsa Sdfasdfasdfasfavsdfvaskedjfnalksjdfnca weuifhmacskdjfmcapisdjfcaksdjnfcamůskdjfnmacsdkjfnmacůskjdfmnacůs kdjfmnaclskdjfnmacůskdjfnacf askdjfaůksjdf nasdkfjn askdjfn aůksjdnf aůskjdfn aůkjsdf akjsdn fakůjsd fnaůksjdfnaůksrjng adg

Proteins are involved in numerous functions in the human body, including chemical transport, molecular recognition, and catalysis. To perform their function most proteins must adopt a specific structure (often referred to as the folded structure). A microscopic description of folding is an important prerequisite for elucidating the underlying basis of protein misfolding and rational drug design. However, protein folding occurs on heterogeneous length and time scales, presenting a grand challenge to both experiments and simulations. In computer simulations, challenges are generally mitigated by adopting coarse-grained descriptions of the physical environment, employing enhanced sampling strategies, and improving computing code and hardware. While significant advances have been made in these areas, for numerous systems a large spatiotemporal gap between experiment and simulations still exists, due to the limited time and length scales achieved by simulation, and the inability of many experimental techniques to probe fast motions and short distances. In this thesis, kinetic transition networks (KTNs) are constructed for various protein folding systems, via approaches based on the potential energy landscape (PEL) framework. By applying geometry optimisation techniques, the PEL is discretised into stationary points (i.e.~low-energy minima and the transition states that connect them). Essentially, minima characterise the low-lying regions of the PEL (thermodynamics) and transition states encode the motion between these regions (dynamics). Principles from statistical mechanics and unimolecular rate theory may then be employed to derive free energy surfaces and folding rates, respectively, from the KTN. Furthermore, the PEL framework can take advantage of parallel and distributed computing, since stationary points from separate simulations can be easily integrated into one KTN. Moreover, the use of geometry optimisation facilitates greater conformational sampling than conventional techniques based on molecular dynamics. Accordingly, this framework presents an appealing means of probing complex processes, such as protein folding. In this dissertation, we demonstrate the application of state-of-the-art theory, combining PEL analysis and KTNs to three diverse protein systems. First, to improve the efficiency of protein folding simulations, the intrinsic rigidity of proteins is exploited by implementing a local rigid body (LRB) approach. The LRB approach effectively integrates out irrelevant degrees of freedom from the geometry optimisation procedure and further accelerates conformational sampling. The effects of this approach on the underlying PEL are analysed in a systematic fashion for a model protein (tryptophan zipper\,1). We demonstrate that conservative local rigidification can reproduce the thermodynamic and dynamic properties for the model protein. Next, the PEL framework is employed to model large-scale conformational changes in proteins, which have conventionally been difficult to probe in silico. Methods based on geometry optimisation have proved useful in overcoming the broken ergodicity issue, which is associated with proteins that switch morphology. The latest PEL-based approaches are utilised to investigate the most extreme case of fold-switching found in the literature:~the α-helical hairpin to β-barrel transition of the C-terminal domain of RfaH, a bacterial transcription factor. PEL techniques are employed to construct the free energy landscape (FEL) for the refolding process and to discover mechanistic details of the transition at an atomistic level. The final part of the thesis focuses on modelling intrinsically disordered proteins (IDPs). Due to their inherent structural plasticity, IDPs are generally difficult to characterise, both experimentally and via simulations. An approach for studying IDPs within the PEL framework is implemented and tested with various contemporary potential energy functions. The cytoplasmic tail of the human cluster of differentiation 4 (CD4), implicated in HIV-1 infection, is characterised. Metastable states identified on the FEL help to unify, and are consistent with, several earlier predictions.

Les zones de convergence sont des objets clés à la compréhension de la dynamique de la lithosphère. Elles sont le siège de déformations majeures comme en témoignent la concentration et l’intensité des séismes qui leur sont associées. A plus grande échelle de temps et d'espace, ces déformations résultent généralement en un empilement d’unités dont l’étude offre l'accès aux différents niveaux structuraux mis en jeu dans l'organisation de la chaîne de montagnes. Caractériser précisément la dynamique de structuration de ces unités ainsi que les paramètres contrôlant cette dynamique constitue une étape cruciale permettant d’aller plus loin, notamment quantitativement, dans notre connaissance de la dynamique lithosphérique. Cette thèse a comme double objectif (1) de préciser le comportement rhéologique des roches aux conditions Pressions-Température P-T du faciès éclogitique au sein de l' interface de subduction et (2) de caractériser et quantifier l' influence de la rhéologie de la plaque supérieure, et plus spécifiquement, le rôle de sa partie crustale, sur l'évolution spatio-temporelle des zones de convergence. Pour cela, une approche multi-disciplinaire a été utilisée. Dans un premier temps, je présente une analyse multi-échelle couplant travail de terrain et de pétrologie métamorphique qui a permis d'étudier la déformation au sein de roches HP-BT à l' interface de subduction au niveau de la klippe du Mont-Emilius (Alpes occidentales, Italie). Je détaille ensuite une étude quantitative alliant modélisation numérique thermo-mécanique 3D et 2D de zones de convergence. L'ensemble des modèles a permis d'analyser de nombreux paramètres influençant la structure rhéologique de la plaque supérieure tels que le géotherme initial, l'épaisseur de la lithosphère et de la croûte et la nature des matériaux impliqués. L'ensemble des modèles réalisés sont contraints/confrontés par/aux des données issues d'exemples naturels. Les résultats de l'étude sur des roches déformées au sein de l’interface de subduction mettent en évidence le possible comportement cassant des roches à des conditions de pression et température de l'ordre de 2.15-2.40 GPa, 500-550 °C, i.e., dans le faciès éclogitique. L’enregistrement d’un tel mode de déformation est d'une importance capitale car il remet en question le paradigme d’un comportement ductile sans résistance au niveau de l’ interface de subduction. Les résultats obtenus via les modèles numériques montrent par ailleurs que la rhéologie de la plaque supérieure, ainsi que celle de sa seule partie crustale, a une influence de premier ordre sur la dynamique globale des zones de convergence en modifiant notamment le mode de subduction, la cinématique de la fosse, le mode d'exhumation lors d'une collision, le timing de la déchirure du slab et de la formation de bassins d'arrière-arc, la répartition et l'intensité de la déformation au sein de la plaque supérieure. La combinaison des méthodes de pétrologie et de modélisation numérique a permis d'obtenir une analyse quantifiée de l' influence de la rhéologie des lithosphères impliquées dans les zones de convergence sur la dynamique de ces zones. Cette thèse présente ainsi de nouvelles contraintes à notre compréhension de la réponse mécanique de la lithosphère, en fonction de sa structuration rhéologique et de sa place au sein des zones de convergence à petite et grande échelle. Les nouvelles données présentées révèlent l' impact majeur de la rhéologie de la lithosphère dans les zones de convergence. Ce paramètre amène ainsi à reconsidérer notre vision actuelle des zones de convergence. / Convergence zones are key objects to the understanding of the lithosphere dynamics. They are the location correspond to places of intense deformation as evidenced by the concentration and magnitude of recorded earthquakes. On a larger scale of time and space, these deformations generally result in nappes stacking whose study offers access to the different structural levels involved in the mountain belt structuration. Precisely characterizing the structuring dynamics of these units as well as the parameters controlling this dynamic is a crucial step that would allow in particular a better quantification of lithospheric dynamics. The aim of this thesis is twofold: (1) clarifying the rheological behavior of rocks in the Pressure-Temperature (P-T) conditions of the eclogitic facies at the subduction interface and (2) characterizing and quantifying the influence of the overriding plate rheology, and more specifically, the role of its crustal part, on the spatio-temporal evolution of convergence zones. For this, I used a multi-disciplinary approach. First, I present a multi-scale analysis combining fieldwork and metamorphic petrology, which allowed me to study the deformation within High Pressure-Low Temperature (HP-LT) rocks at the subduction interface in the Mont-Emilius klippe (Western Alps, Italy). Then, I show the results of a quantitative study combining 3D and 2D thermo-mechanical modeling of convergence zones. The entire set of models allowed me to analyze different parameters influencing the rheological structure of the overriding plate, such as the initial geotherm, the thicknesses of the lithosphere and the crust, and the nature of the involved materials. All the performed models are constrained/compared by/with data from natural examples. The results of the study on deformed rocks within the subduction interface highlight the possible brittle behavior of rocks at pressure and temperature conditions on the order of 2.15-2.40 GPa and 500-550 °C, i.e., in the eclogitic facies. The recording of such a deformation mode is of paramount importance because it challenges the paradigm of subduction interface caracterized by ductile behavior without resistance. The results obtained with the numerical models show that the rheology of the overriding plate, as well as that of only its crustal part, has a first-order influence on the overall dynamics of the convergence zones by modifying the mode of subduction, trench kinematics, the mode of exhumation during collision, the timing for slab break-off and back-arc basin formation, the location and intensity of deformation within the overriding plate. The combination of petrology and numerical modeling methods allowed me to obtain a quantified analysis of the influence of the rheology of the lithospheres involved in convergence zones on the dynamics of these zones. This thesis presents new constraints for our understanding of the mechanical response of the lithosphere at different spatial scales as a function of its rheological structure. The new data presented here reveal the major impact of the lithosphere rheology in convergence zones. This parameter leads us to reconsider our current view of the convergence zones.

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Depuis au moins 540 Ma deux grands systèmes de subduction coexistent sur Terre : d'une part, les systèmes de subduction-collision (chaînes Hercynienne, Himalayenne ou Alpine) et d'autre part, les systèmes de subduction de type péri-pacifique. Pour ces derniers, l'avant-arc constitue une zone clef pour retracer l'évolution de la subduction au cours du temps. En effet ces zones au contact avec le slab peuvent enregistrer des événements tectoniques et/ou des conditions métamorphiques variées (e.g. formation de " paired metamorphic belts "), qui sont autant d'indicateurs du contexte géodynamique. Le massif métamorphique de El Oro en Equateur est un exemple exeptionnel où une section complète et basculée de l'avant-arc Triasique est préservée. L'ensemble est constitué d'une série métasédimentaire de bas à haut grade métamorphique intrudée par des granitoïdes de type S, juxtaposé avec un laccolithe gabbroïque et des schistes bleus. Ce travail de thèse s'est concentré sur l'étude du métamorphisme de haute-température basse-pression et ses relations les schistes bleu. Afin de contraindre l'événement tectono-métamorphique affectant l'avant-arc Equatorien au Trias et la formation d'une "paired metamorphic belt", nous avons utilisé des outils structuraux, métamorphiques, géochimiques, géochronologiques et de modélisation thermique. Nos résultats montrent que durant cette période l'avant-arc Equatorien connait un intense épisode de fusion partielle en régime extensif. La base de la croûte est migmatisée sur une épaisseur de 10km. Les estimations Pression-Température indiquent que les conditions de fusion partielle varient de 4.5 kbar et 650°C pour la partie supérieure métaxitique et jusqu'à 7.5 kbar et 720°C pour la partie inférieure diatexitique. La gradient géothermique inféré est divisé en deux segments : un segment supérieur caractérisé par un gradient de 40°C/km et un segment inférieur caractérisé par un gradient quasi-isothermique. L'absence de paragénèse de ultra-haute température est attribuée à la grande fertilité du protolithe métasédimentaire. Les résultats géochimiques montrent que les plutons granodioritiques sont issus d'un mélange entre : (1) les liquides de fusion partielle produit par la réaction de deshydration de la muscovite des métasédiments et (2) un magma basique. Les âges U-Pb sur zircons et monazites révèlent que l'événement anatectique fût bref entre 229 et 225 Ma. La source de chaleur à l'origine de l'événement thermique est attribuée à la mise en place d'un pluton gabbroïque à ~ 230 Ma en base de croûte. Successivement, se sous-plaque les schistes-bleu refroidissant rapidement l'avant-arc. L'événement anatectique observé dans le massif de El Oro au Trias s'insrit à plus grande échelle au sein d'une large anomalie thermique affectant l'ensemble du continent sud Américain entre 260 et 220 Ma. Durant cette période la marge est un soumise à un régime extensif accompagné d'un important magmatisme d'origine crustal, principalement en position d'arc et d'avant-arc. Nous attribuons cette anomalie thermique d'ampleur continental à une "avalanche mantellique". A la lumière du contexte géodynamique globale nous inteprétons la formation de la paired metamorphic belt de El Oro à la rupture du slab.