MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798384493518
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31564967
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a550
■1001  ▼aAcquisto,  Tanner  Michael.
■24510▼aCharacterizing  Incoming  Plate  Hydration  and  Overriding  Plate  Structure  at  Subduction  Zones:  Implications  for  Plate  Boundary  Slip  Behavior
■260    ▼a[Sl]▼bColumbia  University▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a234  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-04,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Becel,  Anne.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Columbia  University,  2024.
■520    ▼aSubduction  zones,  where  one  tectonic  plate  descends  beneath  another,  are  the  most  seismically  active  regions  on  Earth  and  have  produced  the  largest  earthquakes  and  some  of  the  most  destructive  tsunamis  ever  recorded.  Significant  questions  remain  regarding  the  roles  both  the  downgoing  and  overriding  plates  play  in  contributing  to  varying  styles  of  rupture  along  the  main  seismogenic  contact  between  the  two  plates,  or  megathrust,  where  such  great  (Mw    8)  earthquakes  are  generated.  In  the  last  few  decades,  the  scientific  community  has  recognized  how  different  structural  and  compositional  properties  of  both  plates,  and  in  particular  the  hydration  state  of  the  incoming  plate  can  contribute  to  variations  in  megathrust  slip  behaviors.  In  this  thesis,  I  show  how  marine  multichannel  seismic  (MCS)  and  ocean-bottom  seismometer  (OBS)  data  can  be  used  to  investigate  structural  controls  on  megathrust  slip  behavior  including  the  different  styles  of  great  earthquakes  and/or  the  generation  of  slow  slip  events.Offshore  Alaska  and  Sumatra,  we  used  long-streamer  multichannel  seismic  data  to  create  a  high-resolution  P-wave  velocity  (Vp)  model  of  the  upper  oceanic  crust  prior  to  subduction.  Using  a  differential  effective  medium  theory,  we  place  the  first  constraints  on  the  amounts  pore  (free)  water  contained  therein.  Our  results  indicate  that  the  uppermost  oceanic  crust  of  the  incoming  plates  in  both  regions  is  significantly  hydrated.  Offshore  Alaska,  we  show  that  pervasive  faulting  in  the  bending  area  allows  seawater  to  penetrateinto  the  uppermost  crust.  We  propose  that  high  water  content  in  uppermost  crust  might  contribute  to  observations  of  low  coupling  along  the  shallow  plate  interface  in  this  area  through  the  expulsion  of  pore  fluids.  Geochemical  analyses  of  arc  lavas  in  this  segment  of  the  Alaska  subduction  zone  suggests  significant  fluid  release  from  the  downgoing  crust  compared  to  adjacent  segments.  Thus,  we  propose  that  during  subduction,  additional  bending  and  high-temperature  circulation  of  remaining  pore  fluids  could  further  alter  the  upper  oceanic  crust  that  dehydrates  around  sub-arc  depths.  Offshore  Sumatra,  few  bending-related  faults  are  observed;  however,  evidence  for  significant  and  homogeneous  hydration  within  the  the  uppermost  crustal  layer  2A  (extrusives)  suggests  that  plate  bending  plays  a  role  in  the  shallow  reopening  cracks,  facilitating  the  shallow  penetration  of  seawater.  In  layer  2B  (sheeted  dikes)  just  below,  our  results  suggest  heterogeneous,  yet  significant,  hydration  that  we  attribute  to  the  slow  and  diffuse  deformation  taking  place  in  the  Wharton  Basin.  We  speculate  that  the  large  amounts  of  upper-crustal  water  carried  into  the  Sumatra  subduction  zone  can  influence  shallow  slip  behavior,  as  evidenced  by  recent  records  of  a  long-lasting  slow  slip  event  in  the  area.To  further  explore  potential  structural  and  compositional  controls  on  spatial  varia-  tions  in  megathrust  slip  behavior  in  Alaska,  we  use  OBS  data  to  create  a  3D  Vp  model  of  the  Alaska  Peninsula  Subduction  zone  within  a  500-by-400  km  wide  area  with  good  resolution  down  to  20-25  km  depths  in  both  the  incoming  and  overriding  plates.  Our  model  samples  two  subduction  zone  segments  that  exhibit  differences  in  history  and  style  of  megathrust  rupture.  We  interpret  reductions  in  seismic  velocities  within  the  incoming  plate  as  evidence  for  modest  hydration  of  the  Pacific  oceanic  plate  resulting  from  a  series  of  fracture  zones  and  the  formation  of  large  seamounts  and  an  associated  basement  swell,  or  platform.  The  bathymetry  of  the  seamounts  and  platform  in  part  modulates  the  distribution  and  lithology  of  subducting  sediments  across  the  margin  that  we  propose  might  influence  shallow  slip  behavior.  Within  the  overriding  North  American  plate,  we  see  evidence  for  contrasting  styles  of  deformation  and  variations  in  composition  (i.e.,  rigidity)  that  agrees  well  with  observed  changes  in  plate  coupling  and  great  earthquake  history.  These  results  emphasize  the  importance  of  considering  not  only  one,  but  several  factors  related  to  both  the  incoming  and  overriding  plates  which  collectively  contribute  to  along-strike  and  downdip  variations  in  megathrust  slip  behavior  between  segments.Our  final  study  looks  at  the  incoming  Cocos  plate  just  before  it  subducts  offshore  Mexico  beneath  the  North  American  plate.  Here  we  jointly  inverted  2D  OBS  and  long-offset  MCS  data  acquired  parallel  to  the  trench  to  derive  a  270  km-long,  high-resolution  Vp  model  of  the  entire  oceanic  crust  and  uppermost  mantle.  We  provide  the  first  constraints  on  the  quantities  of  both  free  and  structural  (i.e.,  mineral-bound)  water  contained  within  the  Cocos  plate  outboard  of  the  Guerrero  Gap  and  adjacent  segments  of  the  Mexican  subduction  zone.  The  Guerrero  gap  hosts  large  slow  slip  events  that  are  commonly  explained  through  the  release  of  water  through  the  dehydration  of  altered  sediments  and  upper  oceanic  crust  downdip.  Strikingly,  our  results  show  that  while  the  Cocos  plate  is  hydrated  offshore  Mexico,  nearly  all  of  the  water  is  contained  within  the  upper  oceanic  crust.  Moreover,  we  see  that  most  of  the  water  by  weight  is  present  as  free  fluids  in  the  pores  and  that  the  upper  oceanic  crust  is  only  moderately  altered  (0.3-1.3  wt.%)  compared  to  global  averages  (  1.5-3  wt.%).  While  the  upper  crust  appears  hydrated  everywhere  across  our  profile,  we  find  that  ∼30%  more  water  is  subducting  outboard  the  Guerrero  seismic  gap  where  large  seamounts  contribute  to  a  thicker  extrusive  layer  and  more  alteration.  This,  along  with  evidence  for  the  subduction  of  seamounts  in  Guerrero  might  help  explain  observations  of  weak  shallow  plate  coupling  and  a  greater  propensity  for  slow  slip  at  greater  seismogenic  depths  compared  to  adjacent  segments.  These  results  provide  important  new  constraints  on  how  much  pore  and  structural  water  is  carried  in  the  Cocos  plate  offshore  Mexico.  We  propose  that  global  estimates  of  incoming  structural  water  content  are  not  applicable  everywhere,  as  is  commonly  assumed  by  petrologic  and  thermal  models.  Much  less  structural  water  may  be  needed  within  the  upper  oceanic  crust  just  before  subduction  to  explain  the  occurrence  of  slow-slip  events  downdip  in  some  subduction  zones.
■590    ▼aSchool  code:  0054.
■650  4▼aGeophysics
■650  4▼aMarine  geology
■653    ▼aMegathrust  behavior
■653    ▼aSubduction  zones
■653    ▼aWater  content
■653    ▼aCompositional  properties
■690    ▼a0373
■690    ▼a0556
■690    ▼a0467
■71020▼aColumbia  University▼bEarth  and  Environmental  Sciences.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-04B.
■790    ▼a0054
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17164264▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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