O principal objetivo deste trabalho é prever a evolução de margens divergentes desde o início da extensão litosférica, levando-se em consideração a interação entre processos superficiais e tectônicos. Para isto, foi desenvolvido um modelo numérico que acopla isostasia flexural, efeitos térmicos, estiramento litosférico e processos superficiais. A isostasia flexural é simulada através de uma placa elástica fina sobre um fluido invíscido, representando o comportamento flexural da litosfera flutuando sobre a astenosfera. Durante a simulação, a estrutura térmica da litosfera evolui como um resultado da advecção e difusão do calor no interior da Terra. Considera-se que o estiramento da litosfera é acomodado por falhas planas na crosta superior e deformação dúctil na crosta inferior e manto. O modelo de processos superficiais descreve como a paisagem é erodida e como os sedimentos são transportados e depositados nas bacias sedimentares. Através desse modelo numérico, é mostrado que o estiramento litosférico tem uma profunda influência na evolução da migração de escarpas em margens divergentes. Os resultados sugerem que escarpas limitadas por falhas criadas em flancos de rifts por descarregamento mecânico e resposta flexural têm pouca chance de \"sobreviver\" através de recuo erosivo se a crosta inferior sob o flanco do rift foi substancialmente estirada. Nessa configuração, o divisor de drenagem que persiste através do tempo é criado em direção ao continente em uma posição que depende da rigidez flexural da crosta superior. Esse cenário ocorre quando a topografia pré-rift mergulha para o continente, caso contrário a evolução da escarpa é guiada pelo divisor de águas interior pré-existente. Esses conceitos são aplicados no estudo das margens do sudeste da Australia e do sudeste do Brasil, onde o cenário de retração de escarpas através de recuo erosivo mostrou-se improvável. O mesmo modelo numérico foi utilizado para estudar como a passagem de uma anomalia térmica sob a litosfera pode afetar a evolução pós-rift de bacias sedimentares em margens divergentes. Os resultados numéricos mostram que a velocidade da litosfera em relação à anomalia térmica e a rigidez flexural da litosfera oceânica e continental afetam a evolução de bacias sedimentares devido ao soerguimento da superfície relacionado com a expansão térmica da litosfera. Como exemplo, é estudada a possível influência de uma anomalia térmica (Pluma de Trindade?) na evolução das bacias de Campos e Espírito Santo, na margem sudeste brasileira. / The purpose of this work is to predict the evolution of divergent margins since the onset of lithospheric extension, taking into account the interaction between surface and tectonic processes. For this, a numerical model was developed to study the coupling of flexural isostasy, thermal effects, stretching of the lithosphere and surface processes. The flexural isostasy is simulated through a thin elastic plate overlying an inviscid fluid, representing the flexural behavior of the lithosphere floating on the asthenosphere. During the simulation, the thermal structure of the lithosphere evolves as a result of advection and diffusion of heat in the Earths interior. The stretching of the lithosphere is assumed to be accommodated by planar faults in the upper crust and ductile flow in the lower crust and mantle. The surface processes model describes how the landscape is eroded and how the sediments are transported and deposited in the sedimentary basins. The results from this numerical model show that the amount of lithospheric stretching has a profound influence on the evolution of escarpment migration in divergent margins. These results suggest that fault-bounded escarpments created at rift flanks by mechanical unloading and flexural rebound have little potential to survive as retreating escarpments if the lower crust under the rift flank is substantially stretched. In this configuration, a drainage divide that persists through time is created landward in a position that depends on the flexural rigidity of the upper crust. This scenario occurs when the pre-rift topography dips landward, otherwise the evolution of the escarpment is guided by the pre-existing inland drainage divide. These concepts are applied to study the margins of Southeastern Australia and Southeastern Brazil, where the retreating escarpment scenario showed to be unlikely. The same numerical model is used to study how the passage of a thermal anomaly under the lithosphere can affect the post-rift evolution of sedimentary basins in divergent margins. The numerical results show that the velocity of the lithosphere relative to the thermal anomaly and the flexural rigidity of the continental and oceanic lithospheres affect the evolution of sedimentary basins due to surface uplift related to thermal expansion of the lithosphere. As an example, the model is applied to assess the possible influence of a thermal anomaly (Trindade Plume?) on the evolution of the Campos and Esp rito Santo Basins, in Southeastern Brazilian margin.

A bacia hidrográfica do rio Amazonas abrange uma área de 6 × 106 km2 da região norte da América do Sul. O seu canal mais longo, com quase 7.000 km tem origem nos Andes peruanos e cruza todo o continente até chegar na foz, no Atlântico Equatorial. Apesar dos diversos esforços científicos, os processos que guiaram a evolução da paisagem na Amazônia ainda são discutidos, assim como a data do estabelecimento dessa grande bacia hidrográfica que culminou com a forma¸cao do rio Amazonas como um rio transcontinental. O presente trabalho teve como objetivo estudar como se deu a evolução da paisagem na regiao norte da América do Sul, com foco na forma¸cao do Rio Amazonas, através de simulações usando um modelo numérico que incorpora orogenia, flexura, isostasia da litosfera, clima e processos superficiais de erosao e sedimentação. Diversos experimentos numéricos foram realizados alterando-se a topografia original, taxa de espessamento crustal nos Andes, erodibilidade das rochas, entre outros parâmetros. Constatou-se que o instante da formação do rio transcontinental é muito sensível a modificações na paleotopografia inicial do modelo e erodibilidade das rochas. Porém, em todos os modelos, o instante da formação do rio Amazonas ´e marcado por um aumento expressivo na taxa de sedimentação na foz do rio Amazonas e uma correspondente queda no aporte sedimentar na foz do rio Orinoco. Adicionalmente, um aumento na taxa de espessamento crustal na região andina não modifica expressivamente as taxas de sedimentação na foz do Amazonas. Isso ocorre pois o aumento no aporte sedimentar proveniente do Andes é essencialmente depositado nas bacias de ante-país devido ao aumento no espaço de acomodação gerado pela carga adicional sobre a placa litosférica. O aumento da taxa de precipitação sobre a cordilheira dos Andes se reflete em um aumento nas taxas de deposição nas bacias de ante-país, na Bacia do Solimões e na foz do Orinoco, porém na foz do Amazonas as taxas de sedimentação sofrem um crescimento pouco expressivo. Já um aumento na precipitação sobre todo o modelo faz com que, em todas as bacias sedimentares, as taxas de sedimentação sofram um aumento gradativo. / The Amazon hydrographic basin is the largest in the world, covering 6 × 106 km2 of northern South America. Its longest channel, with almost 7000 km, brings sediment from the Andes to the Atlantic Ocean, in brazilian equatorial coast. Despite the scientific efforts, the timing of origin of this hydrographic basin is still debated, as well as the processes that guided its evolution and shaped the landscape in this region. In my research, I used an adaptation of the numerical model developed by Sacek (2014) to study the landscape evolution of the north of South America, focusing on the establishment of the Amazon River as a transcontinental river. The numerical model accounts for the contributions of orogeny, climate, isostasy and flexure of the lithosphere, and surface processes (erosion and deposition of sediments). I performed dozens of experiments, testing a range of values for the different parameters of the model, and I was able to reproduce, in many aspects, the evolution of landscape in the region, as hypothesized by others researchers. I also observed in my results a changing in drainage pattern, that corresponds to the onset of the Amazon River. Furthermore, it was predicted by the simulations, at the moment of the onset of the Amazon River, a great increase in sedimentary deposition at the Amazon Fan, simultaneously with a fall in sedimentary deposition at the Orinoco mouth. However, in the simulations, the moment of the onset of the Amazon River is very sensitive to changes in the initial topography of the model. I also tested the influence of crustal thickening rate in the Andes, precipitation rate, and resistance to erosion of sediments of the model, in the sedimentation pattern of the region. I concluded that an increase in precipitation rate in the model can significantly alter the rate of deposition at the region of Amazons mouth and in others sedimentary basins in the model. However, an increase in crustal thickening or precipitation rate in the Andes does not expressively change the rate of deposition at the region of Amazons mouth, but changes occur at foreland basins and at Solimoes Basin.

A bacia hidrográfica do rio Amazonas abrange uma área de 6 × 106 km2 da região norte da América do Sul. O seu canal mais longo, com quase 7.000 km tem origem nos Andes peruanos e cruza todo o continente até chegar na foz, no Atlântico Equatorial. Apesar dos diversos esforços científicos, os processos que guiaram a evolução da paisagem na Amazônia ainda são discutidos, assim como a data do estabelecimento dessa grande bacia hidrográfica que culminou com a forma¸cao do rio Amazonas como um rio transcontinental. O presente trabalho teve como objetivo estudar como se deu a evolução da paisagem na regiao norte da América do Sul, com foco na forma¸cao do Rio Amazonas, através de simulações usando um modelo numérico que incorpora orogenia, flexura, isostasia da litosfera, clima e processos superficiais de erosao e sedimentação. Diversos experimentos numéricos foram realizados alterando-se a topografia original, taxa de espessamento crustal nos Andes, erodibilidade das rochas, entre outros parâmetros. Constatou-se que o instante da formação do rio transcontinental é muito sensível a modificações na paleotopografia inicial do modelo e erodibilidade das rochas. Porém, em todos os modelos, o instante da formação do rio Amazonas ´e marcado por um aumento expressivo na taxa de sedimentação na foz do rio Amazonas e uma correspondente queda no aporte sedimentar na foz do rio Orinoco. Adicionalmente, um aumento na taxa de espessamento crustal na região andina não modifica expressivamente as taxas de sedimentação na foz do Amazonas. Isso ocorre pois o aumento no aporte sedimentar proveniente do Andes é essencialmente depositado nas bacias de ante-país devido ao aumento no espaço de acomodação gerado pela carga adicional sobre a placa litosférica. O aumento da taxa de precipitação sobre a cordilheira dos Andes se reflete em um aumento nas taxas de deposição nas bacias de ante-país, na Bacia do Solimões e na foz do Orinoco, porém na foz do Amazonas as taxas de sedimentação sofrem um crescimento pouco expressivo. Já um aumento na precipitação sobre todo o modelo faz com que, em todas as bacias sedimentares, as taxas de sedimentação sofram um aumento gradativo. / The Amazon hydrographic basin is the largest in the world, covering 6 × 106 km2 of northern South America. Its longest channel, with almost 7000 km, brings sediment from the Andes to the Atlantic Ocean, in brazilian equatorial coast. Despite the scientific efforts, the timing of origin of this hydrographic basin is still debated, as well as the processes that guided its evolution and shaped the landscape in this region. In my research, I used an adaptation of the numerical model developed by Sacek (2014) to study the landscape evolution of the north of South America, focusing on the establishment of the Amazon River as a transcontinental river. The numerical model accounts for the contributions of orogeny, climate, isostasy and flexure of the lithosphere, and surface processes (erosion and deposition of sediments). I performed dozens of experiments, testing a range of values for the different parameters of the model, and I was able to reproduce, in many aspects, the evolution of landscape in the region, as hypothesized by others researchers. I also observed in my results a changing in drainage pattern, that corresponds to the onset of the Amazon River. Furthermore, it was predicted by the simulations, at the moment of the onset of the Amazon River, a great increase in sedimentary deposition at the Amazon Fan, simultaneously with a fall in sedimentary deposition at the Orinoco mouth. However, in the simulations, the moment of the onset of the Amazon River is very sensitive to changes in the initial topography of the model. I also tested the influence of crustal thickening rate in the Andes, precipitation rate, and resistance to erosion of sediments of the model, in the sedimentation pattern of the region. I concluded that an increase in precipitation rate in the model can significantly alter the rate of deposition at the region of Amazons mouth and in others sedimentary basins in the model. However, an increase in crustal thickening or precipitation rate in the Andes does not expressively change the rate of deposition at the region of Amazons mouth, but changes occur at foreland basins and at Solimoes Basin.

O principal objetivo deste trabalho é prever a evolução de margens divergentes desde o início da extensão litosférica, levando-se em consideração a interação entre processos superficiais e tectônicos. Para isto, foi desenvolvido um modelo numérico que acopla isostasia flexural, efeitos térmicos, estiramento litosférico e processos superficiais. A isostasia flexural é simulada através de uma placa elástica fina sobre um fluido invíscido, representando o comportamento flexural da litosfera flutuando sobre a astenosfera. Durante a simulação, a estrutura térmica da litosfera evolui como um resultado da advecção e difusão do calor no interior da Terra. Considera-se que o estiramento da litosfera é acomodado por falhas planas na crosta superior e deformação dúctil na crosta inferior e manto. O modelo de processos superficiais descreve como a paisagem é erodida e como os sedimentos são transportados e depositados nas bacias sedimentares. Através desse modelo numérico, é mostrado que o estiramento litosférico tem uma profunda influência na evolução da migração de escarpas em margens divergentes. Os resultados sugerem que escarpas limitadas por falhas criadas em flancos de rifts por descarregamento mecânico e resposta flexural têm pouca chance de \"sobreviver\" através de recuo erosivo se a crosta inferior sob o flanco do rift foi substancialmente estirada. Nessa configuração, o divisor de drenagem que persiste através do tempo é criado em direção ao continente em uma posição que depende da rigidez flexural da crosta superior. Esse cenário ocorre quando a topografia pré-rift mergulha para o continente, caso contrário a evolução da escarpa é guiada pelo divisor de águas interior pré-existente. Esses conceitos são aplicados no estudo das margens do sudeste da Australia e do sudeste do Brasil, onde o cenário de retração de escarpas através de recuo erosivo mostrou-se improvável. O mesmo modelo numérico foi utilizado para estudar como a passagem de uma anomalia térmica sob a litosfera pode afetar a evolução pós-rift de bacias sedimentares em margens divergentes. Os resultados numéricos mostram que a velocidade da litosfera em relação à anomalia térmica e a rigidez flexural da litosfera oceânica e continental afetam a evolução de bacias sedimentares devido ao soerguimento da superfície relacionado com a expansão térmica da litosfera. Como exemplo, é estudada a possível influência de uma anomalia térmica (Pluma de Trindade?) na evolução das bacias de Campos e Espírito Santo, na margem sudeste brasileira. / The purpose of this work is to predict the evolution of divergent margins since the onset of lithospheric extension, taking into account the interaction between surface and tectonic processes. For this, a numerical model was developed to study the coupling of flexural isostasy, thermal effects, stretching of the lithosphere and surface processes. The flexural isostasy is simulated through a thin elastic plate overlying an inviscid fluid, representing the flexural behavior of the lithosphere floating on the asthenosphere. During the simulation, the thermal structure of the lithosphere evolves as a result of advection and diffusion of heat in the Earths interior. The stretching of the lithosphere is assumed to be accommodated by planar faults in the upper crust and ductile flow in the lower crust and mantle. The surface processes model describes how the landscape is eroded and how the sediments are transported and deposited in the sedimentary basins. The results from this numerical model show that the amount of lithospheric stretching has a profound influence on the evolution of escarpment migration in divergent margins. These results suggest that fault-bounded escarpments created at rift flanks by mechanical unloading and flexural rebound have little potential to survive as retreating escarpments if the lower crust under the rift flank is substantially stretched. In this configuration, a drainage divide that persists through time is created landward in a position that depends on the flexural rigidity of the upper crust. This scenario occurs when the pre-rift topography dips landward, otherwise the evolution of the escarpment is guided by the pre-existing inland drainage divide. These concepts are applied to study the margins of Southeastern Australia and Southeastern Brazil, where the retreating escarpment scenario showed to be unlikely. The same numerical model is used to study how the passage of a thermal anomaly under the lithosphere can affect the post-rift evolution of sedimentary basins in divergent margins. The numerical results show that the velocity of the lithosphere relative to the thermal anomaly and the flexural rigidity of the continental and oceanic lithospheres affect the evolution of sedimentary basins due to surface uplift related to thermal expansion of the lithosphere. As an example, the model is applied to assess the possible influence of a thermal anomaly (Trindade Plume?) on the evolution of the Campos and Esp rito Santo Basins, in Southeastern Brazilian margin.

Le segment 16°N de la dorsale Est-Pacifique (EPR) est le plus large et le moins profond de cette dorsale rapide. Cette morphologie atypique est liée à un apport magmatique accru sous la dorsale dû à la proximité du point chaud des Mathématiciens. Ce travail présente une étude morphostructurale et de chronologie relative détaillée de la zone axiale de ce segment, réalisée à partir de l’analyse de données bathymétriques à 40 m, 10 m et 1 m de résolution, combinée à l’analyse de photos et vidéos de plongées Nautile acquises lors de la campagne PARISUB (PAnache Ridge SUBmersible.). Cette étude permet de discuter des processus tectoniques, de la dynamique des éruptions, ainsi que de l’influence du point chaud sur les processus d’accrétion. Sur les bordures du plateau sommital, ainsi que sur les plaines abyssales adjacentes au dôme, les failles et les grabens abyssaux apparaissent moins développés que le long des autres segments de l’EPR. Cette structuration du plancher serait la conséquence directe d’une lithosphère plus chaude et plus mince. A l’axe, le système éruptif complexe et très segmenté, reflète une faible localisation des intrusions et une grande variabilité spatiale et temporelle de l’activité magmatique. En effet, le fossé sommital est parfois large, d’autre fois étroit, parfois unique et parfois parallèle à un second fossé sur plusieurs kilomètres. Cette variabilité et la disposition de ces segments en échelon, décalés vers le point chaud, traduit l’influence du point chaud sur l’activité magmatique et son organisation. Cette influence est observée également sur la morphologie des coulées, mais cette fois-ci de manière indirecte. En effet, l’apport magmatique accru à l’axe est responsable de la formation d’un plateau sommital subhorizontal atteignant 5 km de large au centre du segment. Les faibles pentes de ce plateau sont à l’origine de la mise en place de coulées d’inflation en nappe et en coussin qui constituent plus d’un tiers des coulées de la zone cartographiée. La morphologie atypique de ces coulées, notamment celles en nappe, a conduit au développement d’un modèle théorique sur la dynamique des éruptions sur un plancher subhorizontal et d’un modèle conceptuel de la mise en place de ces laves. Ces coulées aux faciès contrastés semblent s’être mises en place au cours d’une même éruption qui se serait étalée sur jusqu’à plusieurs dizaines de jours, permettant ainsi une inflation des coulée jusqu’à 30 m de hauteur. Ce type d’éruptions aurait pour origine un apport de magma plus conséquent, qui trouverait sa source dans le point chaud. L’influence du point chaud des Mathématiciens sur les processus d’accrétion est donc observable de l’échelle décimétrique à plurikilométrique. / The 16°N segment of the East Pacific Rise (EPR) is the most over-inflated and shallowest of this fast -spreading ridge, in relation with an important magma flux due to the proximity of the Mathematician hotspot. The goal of this thesis is to analyze in detail the magmatic and tectonic processes along this segment in regards to the influence of the hotspot. The study of these processes is based on a morpho-structural and chronological analysis of the segment between 15°36.N and 15°53.N using bathymetric data (1,10 and 40 m resolution) and Nautile dive photos and videos of the French PARISUB (.PAnach Ridge SUBmerssible.) cruise. The characterization of the faults and fissures geometry (e.g., vertical throw, dip, length, depth, width) and their orientation reveled that tectonic processes occur more than 750 m of the ridge axis. Lateral and abyssal grabens formed by fault, less developed than in other EPR segments would be the consequence of a warmer and thinner lithosphere. At the axis, the existence of two parallel and contiguous Axial Summit Troughs (ASTs) over a distance of about 20 km and above a wide magma lens, indicate a wide zone of diking and thus a poor localization of magmatic processes. This poor localization, and the highly segmented and global “en echelon” shift of the ASTs that progressively accommodate the bow shape of the axial dome in the direction of the hotspot, revealed the importance of the Mathematician hotspot influences on spreading processes. This hotspot also influences, although indirectly lava flows morphologies.Indeed, it is at the origin of the formation of a wide sub-horizontal plateau that results in the formation of inflated sheet and pillow flows. That flows covering about one third of the plateau allows us to develop theoretical and conceptual models to investigate lava flow dynamics. Models revealed that inflated sheet and pillow flows may emplace during the same long-live (few hours to 20 days) eruption, with sheet flows erupted at the end.