Modelado numérico de un sistema de tipo andino y su respuesta a variaciones climáticas y reológicas

• Autores: Quinteros, Javier
• Año de publicación: 2008
• Idioma: inglés
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Jacovkis, Pablo Miguel; Ramos, Víctor Alberto
• Materia: METODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS; GEODINAMICA; TECTONICA DE PLACAS; COMPORTAMIENTO ELASTO-VISCO-PLASTICO; DEFORMACION DE SOLIDOS; ECUACIONES DE STOKES; ANDES; FINITE ELEMENT METHOD; GEODYNAMICS; PLATE TECTONICS; ELASTO-VISCO-PLASTIC BEHAVIOUR; SOLIDS DEFORMATION; STOKES EQUATIONS; ANDES
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

En esta tesis se modelan numéricamente procesos asociados a la tectónica de placas por medio del diseño y la implementación de dos modelos completamente originales basados en el método de los elementos finitos. Además, es la primera vez que se aplican este tipo de modelos numéricos a las regiones tratadas en esta tesis. El primer modelo está basado en las ecuaciones de Stokes (dinámica de fluidos) y simula la evolución de largo plazo y en gran escala de la corteza en un orógeno de tipo Andino. Este modelo ha sido acoplado con un modelo de compensación isostática y otro de erosión. Se simuló la evolución de la corteza superior de los Andes Australes a los 47ºS durante el Mioceno. Se determinó en la simulación el rol clave de la erosión superficial y de la cortical, así como también la aparición de un fenómeno de rain-shadow. El otro es un modelo termo-mecánico y basado en la deformación de sólidos. Es capaz de simular el comportamiento elasto-visco-plástico de los materiales y reproducir procesos geodinámicos hasta una profundidad de 410 km bajo diversas condiciones cinemáticas. Se pueden incluir una cantidad arbitraria de materiales con diferentes propiedades por medio de sus parámetros. No se conocen implementaciones de modelos con este tipo de características que se apliquen al estudio de este tipo de procesos. El modelo fue utilizado para estudiar las particularidades de un proceso denominado delaminación. Se simuló la evolución durante casi 9 millones de años (My) de un dominio de 150 km de profundidad y 300 km de ancho que incluye el manto litosférico y astenosférico. En este experimento, las raíces del orógeno se desprenden de la corteza inferior debido a su transformación en eclogita. Además, se presenta en detalle un framework de propósito general. Este fue diseñado para resolver distintos tipos de ecuaciones en derivadas parciales por el método de los elementos finitos. Su diseño modular y el uso adecuado de las abstracciones brindan una gran flexibilidad para utilizar diferentes tipos de elementos para resolver los problemas. También puede ser extendido a otro tipo de ecuaciones y elementos. Esta tesis es un ejemplo de los avances y mejoras que pueden ser alcanzados en distintas ramas de la ciencia por medio de la investigación y colaboración interdisciplinaria.
Plate tectonic processes are numerically modeled in this thesis by means of the design and implementation of two completely original models based on the finite element method. Besides, it is the first time that this type of numerical models are applied to the regions studied in this thesis. The first model is based on Stokes equations (fluid dynamics) and simulates the large-scale and long-term evolution of the crust in an Andean-type orogen. It has been coupled with an isostatic compensation model and with an erosion model. The evolution of the upper crust of the Patagonian Andes at 47ºC during Miocene is simulated. The key role of the crustal and superficial erosion was determined in the simulation as well as the establishment of a rain-shadow. The other model is thermo-mechanical and based on solids deformation. It can simulate elasto-visco-plastic behaviour of materials and reproduce geodynamical processes to a depth of 410 km under different kinematical conditions. Any number of materials with different properties can be included in the simulations by means of a proper setting of parameters. No other models with these features have been implemented and applied to the study of this type of processes. The model is employed to study the insights of a geodynamic process called delamination. The evolution of a 150 km deep and 300 km wide domain consisting of lithosphere and asthenosphere through almost 9 million years (My) is simulated. In this experiment, the root of the orogen detaches from the lower crust due to its transformation into a dense eclogite. In addition, a full-featured general purpose framework is presented in detail. This was designed to solve different types of partial differential equations by means of the finite element method (FEM). Its modular design and the proper use of abstractions give a huge flexibility to employ different types of elements to solve the problem. It can also be extended to other type of elements and equations. This thesis is an example of the improvements and enhancements that can be achieved in different branchs of science by means of the interdisciplinary research and collaboration.
Fil: Quinteros, Javier. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.