Tomography of the Indian Ocean by waveform inversion
Tomographie de l'Océan Indien par inversion de forme d'onde
Résumé
The arrival of some plumes and the birth of hotspots at the Earth surface is more likely the cause of the break up of the Pangea ~200 Ma ago, during the jurassic era. The Gondwana was formed by many continental masses like Africa, Australia, India and Antarctic. The late cretaceous was affected by a biological crisis caused by a volcanic and/or asteroid cataclysm which provoke the disappearance of 90% of life on the Earth including dinosaurs, and produced India Deccan trapps with an area of 2 millions km^2 and thickness of 2.5-3 km. This volcanic disaster was associated with the birth of la Réunion hotspot ~65 Ma years ago, from there the india plate entered into the northward migration with a velocity of about 18-20 cm/year, and the closure of the Tethys ocean in front of the indian plate started; in the meantime the raising of basaltic lava from the indian ridges formed a new ocean floor behind the indian plate: this was the birth of indian ocean. In 1953 the Canadian researcher Tuzo Wilson suggested that such an intra-plate volcano may be due to a fixed hotspot in the mantle capable to create successive volcano on the surface; later in 1971 Jason Morgan suggested that the hotspot is fed by a mantle plume rising from the core-mantle boundary due to thermal instabilies. The goal of this thesis is to investigate the actual state of the plume in the entire indian ocean, responsible of many volcanic islands such as Maldives, Maurice and Réunion. By applying waveform inversion we are able to image the earth structure down to the lower mantle; we use Rhum-Rum data and also data collected from FDSN (Federation of Digital Seismograph Networks) data center to perfom our inversion. We perform the forward modelling with the spectral element method. For this regional case we use RegSEM (regional spectral element method) to compute synthetic seismograms that were compared to real seismograms later on. We divided the waveform into several wavepackets, each wavepacket corresponds to a specific mode. We inverted for two parameters, isotropic velocity and radial anisotropy.The result shows a large velocity anomaly channel extending from East to West over nearly ~2100 km in the Mascarene basin at a depth of 200 km. Our model also bring to light a plume under the Reunion hotspot with a broad head in the upper mantle and a narrow tail anchored in the lower mantle. Our model sheds light on the connection between the Reunion plume and the South African LLSVP (Large Low Shear Velocity Province), as well as between the Mascarene anomaly and the base of the lower mantle.
L'arrivée des panaches et la naissance des points chauds à la surface de la terre serait probablement la cause de la fragmentation de la Pangée il y a environ 200Ma, au cours du jurassique. Le Gondwana était formé de plusieurs masses continentales telles que l'Afrique, l'Australie, l'Inde et l'Antarctique. La fin du crétacé a été affectée par une crise biologique causée par un cataclysme volcanique et/ou dû à astéroïde, qui a provoqué la disparition d'environ 90% des vies sur terre, y compris celle des dinosaures, et a produit les trapps du Deccan en Inde, d’une superficie d'environ 2 millions de km^2 et d'une épaisseur de 2,5-3 km. C'est de ce désastre qu'à vu le jour le point chaud de la Réunion il y a environ 65 Ma, la plaque indienne a alors amorcé sa dérive vers le nord avec une vitesse d’environ 18-20 cm/an, et la fermeture de l'océan Téthys s'amorça au devant de la plaque indienne, cependant la remontée des laves basaltiques sous les rides forma un nouveau plancher océanique derrière la plaque indienne: c'était alors la naissance de l’océan Indien. En 1953, le chercheur canadien Tuzo Wilson a suggéré qu'un tel volcan intra-plaque serait dû à un point chaud fixe dans le manteau capable de créer des chapelets d'îles volcaniques à la surface lorsqu'une plaque lithosphérique passe au-dessus; plus tard en 1971, Jason Morgan a suggéré que les points chauds sont alimentés par des panaches thermiques en provenance de la limite noyau-manteau dus à des instabilités thermiques. Le but de cette thèse est d’investiguer l'état actuel du panache Réunionnais dans toute l'étendue de l’océan indien, responsable de nombreuses îles volcaniques comme les Maldives, Maurice et La Réunion. En appliquant les techniques d'inversion de forme d'onde, nous sommes capables d'imager la structure de la terre sous la Réunion jusqu'au manteau inférieur. Nous utilisons les données RHUM-RUM ainsi que des données collectées via la FDSN (Federation of Digital Seismograph Networks) data center. Nous avons bâti le problème direct à l'aide des éléments spectraux. Pour ce cas régional, nous utilisons la code RegSEM (Regional spectral element method) afin de calculer des sismogrammes synthétiques qui sont ensuite comparés aux sismogrammes réels. Nous avons sectionné la forme d'onde en plusieurs paquets d'ondes, chaque paquet d'onde correspond à un mode spécifique. Nous inversons pour deux paramètres, la vitesse isotrope et l'anisotropie radiale. Le résultat montre une zone importante d'anomalie de vitesse lente s'étendant de l'Est à l'Ouest sur près de ~ 2100 km dans le bassin des Mascareignes à une profondeur de 200 km. Notre modèle met également en évidence un panache sous le point chaud de la Réunion doté d'une tête épaisse dans le manteau supérieur et d'une queue étroite ancrée dans le manteau inférieur. Notre modèle apporte une lumière sur la connexion entre le panache Réunionnais et la LLSVP (Large Low Shear Velocity Province) Sud-Africaine, ainsi qu'entre l'anomalie des Mascareignes et la base du manteau inférieur.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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