Numerical modeling of mantle dynamics and its interaction with cratonic keels of the continental lithosphere.

SANTOS, E. B. (2024). Modelagem numérica da dinâmica do manto e sua interação com quilhas cratônicas da litosfera continental, Tese de Doutorado, Instituto de Astronomia,Geofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade de São Paulo, São Paulo.
Diferentes modelos de espessura da litosfera baseados em tomografia sísmica indicam que variações laterais da espessura litosférica podem ser abruptas, especialmente ao longo das bordas dos crátons, onde a espessura pode variar mais de 100 km ao redor dos limites da quilha cratônica. Essas variações laterais podem afetar o fluxo do manto astenosférico durante o movimento das placas litosféricas, o que pode eventualmente impactar o campo de esforços no interior do manto e da crosta e afetar a evolução topográfica das margens continentais. A quantificação correta da interação geodinâmica entre a astenosfera e as quilhas cratônicas envolve processos de escoamento não-lineares e cenários com configuração geométrica complexa. Por essa razão, o uso de códigos numéricos é uma abordagem natural para estudar esses problemas geodinâmicos. No presente trabalho, modelos numéricos termo-mecânicos foram usados com reologia realista para a crosta e o manto para avaliar como o fluxo astenosférico sob quilhas cratônicas afetou a topografia e o campo de esforços no interior da placa litosférica. Foram testados diferentes valores de espessura
para a quilha cratônica e a velocidade relativa entre a litosfera e a base do manto superior.
Foi possível observar que o fluxo horizontal da astenosfera sob a quilha cratônica induz esforços distensivos na crosta quando o fluxo astenosférico ocorre da litosfera mais fina em direção ao cráton, definido aqui como “proa cratônica”. Por outro lado, esforços compressivos na crosta são observados na região onde o fluxo astenosférico ocorre do cráton em direção à litosfera mais fina, uma porção definida aqui como “popa cratônica”. A magnitude dos esforços aumenta com maiores velocidades e uma quilha cratônica mais espessa, alcançando uma magnitude de ±8 - 10 MPa na crosta cratônica nos cenários com uma quilha cratônica com 200 km de espessura. O fluxo astenosférico sob a quilha cratônica induz convecção de borda (do inglês edge-driven convection) com maior vigor adjacente à popa cratônica, onde são observadas perturbações topográficas, especialmente em cenários com quilha cratônica espessa, resultando em topografia dinâmica negativa de centenas de
metros. Propomos que esse mecanismo de subsidência dinâmica pode explicar parte da topografia residual negativa observada ao longo da margem sul da Austrália, induzida pelo rápido movimento para o norte (7,4 cm/ano) da placa combinado com a presença de uma quilha litosférica espessa no continente. Adicionalmente, a inclinação continental nortesul observada na Austrália durante o Mioceno pode ser parcialmente explicada como a desaceleração da placa e a consequente redução da amplitude da topografia dinâmica no
continente e nas regiões marginais durante os últimos 30 milhões de anos.