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Formation de la croûte et histoire thermique Martienne
No full textLa sismologie a récemment apporté d’importantes informations sur la structure de l’intérieur de Mars et en particulier de sa croûte. L’épaisseur moyenne de la croûte est contrainte entre 50 et 67 km avec une différence de 12 à 34 km entre les hémisphères Nord et Sud. Cette dichotomie est une caractéristique essentielle de la surface Martienne. Dans cette thèse, je propose un nouveau mécanisme pour expliquer sa formation, basé sur un processus de rétroaction positive entre l’épaisseur de la croûte et son extraction. La croûte étant enrichie en éléments producteurs de chaleur, lorsqu’elle est plus épaisse, la base de la lithosphère, qui est une limite rhéologique et donc thermique, est atteinte à une profondeur moindre. Sous une lithosphère amincie, la fraction de liquide dans le manteau est plus élevée, car à une même température mais à plus faible pression. Les vitesses d’extraction de magma sont alors plus élevées et la croûte croit plus rapidement là où elle est plus épaisse. La diffusion de la chaleur dans la lithosphère favorisant les grandes longueurs d’onde, nous proposons que ce mécanisme ait pu générer la dichotomie martienne. Pour le tester, j’ai développé un modèle d’évolution thermique paramétré asymétrique incluant l’extraction de la croûte. Avec ce modèle, nous démontrons qu’une dichotomie crustale se développe et croit à partir d’une perturbation, hémisphérique initiale négligeable. Pour une certaine gamme de paramètres, notre modèle est capable de reproduire les observations sur l’épaisseur de la croûte et la structure thermique du manteau. Nous montrons aussi qu’une planète en couche stagnante avec une forte dichotomie d’épaisseur de croûte se refroidit légèrement plus vite qu’une planète dont la croûte est d’épaisseur constante. Enfin, nous démontrons que notre modèle de croissance de la dichotomie fournit également une explication pour la formation de roches différenciées dans les Hautes Plateaux du Sud.Seismology has recently provided important information about the structure of the interior of Mars, and in particular its crust. The average thickness of the crust is constrained to between 50 and 67 km, with a difference of 12 to 34 km between the northern and southern hemispheres. This dichotomy is an essential feature of the Martian surface. In this thesis, I propose a new mechanism to explain its formation, based on a positive feedback process between the thickness of the crust and its extraction. As the crust is enriched in heat-producing elements, when it is thicker, the base of the lithosphere, which is a rheological and therefore thermal limit, is reached at a shallower depth. Under a thinned lithosphere, the fraction of liquid in the mantle is higher, because it is at the same temperature but at lower pressure. Magma extraction rates are therefore higher and the crust grows faster where it is thicker. Since heat diffusion in the lithosphere favours long wavelengths, we propose that this mechanism could have generated the Martian dichotomy. To test this, I have developed an asymmetric parametric thermal evolution model that includes the extraction of the crust. With this model, we demonstrate that a crustal dichotomy develops and grows from an initial negligible hemispherical perturbation. For a certain range of parameters, our model is able to reproduce observations of crustal thickness and mantle thermal structure. We also show that a stagnant layer planet with a strong crust thickness dichotomy cools slightly faster than a planet with a constant crust thickness. Finally, we show that our dichotomy growth model also provides an explanation for the formation of differentiated rocks in the Southern Highlands
Formation de la croûte et histoire thermique Martienne
No full textSeismology has recently provided important information about the structure of the interior of Mars, and in particular its crust. The average thickness of the crust is constrained to between 50 and 67 km, with a difference of 12 to 34 km between the northern and southern hemispheres. This dichotomy is an essential feature of the Martian surface. In this thesis, I propose a new mechanism to explain its formation, based on a positive feedback process between the thickness of the crust and its extraction. As the crust is enriched in heat-producing elements, when it is thicker, the base of the lithosphere, which is a rheological and therefore thermal limit, is reached at a shallower depth. Under a thinned lithosphere, the fraction of liquid in the mantle is higher, because it is at the same temperature but at lower pressure. Magma extraction rates are therefore higher and the crust grows faster where it is thicker. Since heat diffusion in the lithosphere favours long wavelengths, we propose that this mechanism could have generated the Martian dichotomy. To test this, I have developed an asymmetric parametric thermal evolution model that includes the extraction of the crust. With this model, we demonstrate that a crustal dichotomy develops and grows from an initial negligible hemispherical perturbation. For a certain range of parameters, our model is able to reproduce observations of crustal thickness and mantle thermal structure. We also show that a stagnant layer planet with a strong crust thickness dichotomy cools slightly faster than a planet with a constant crust thickness. Finally, we show that our dichotomy growth model also provides an explanation for the formation of differentiated rocks in the Southern Highlands.La sismologie a récemment apporté d’importantes informations sur la structure de l’intérieur de Mars et en particulier de sa croûte. L’épaisseur moyenne de la croûte est contrainte entre 50 et 67 km avec une différence de 12 à 34 km entre les hémisphères Nord et Sud. Cette dichotomie est une caractéristique essentielle de la surface Martienne. Dans cette thèse, je propose un nouveau mécanisme pour expliquer sa formation, basé sur un processus de rétroaction positive entre l’épaisseur de la croûte et son extraction. La croûte étant enrichie en éléments producteurs de chaleur, lorsqu’elle est plus épaisse, la base de la lithosphère, qui est une limite rhéologique et donc thermique, est atteinte à une profondeur moindre. Sous une lithosphère amincie, la fraction de liquide dans le manteau est plus élevée, car à une même température mais à plus faible pression. Les vitesses d’extraction de magma sont alors plus élevées et la croûte croit plus rapidement là où elle est plus épaisse. La diffusion de la chaleur dans la lithosphère favorisant les grandes longueurs d’onde, nous proposons que ce mécanisme ait pu générer la dichotomie martienne. Pour le tester, j’ai développé un modèle d’évolution thermique paramétré asymétrique incluant l’extraction de la croûte. Avec ce modèle, nous démontrons qu’une dichotomie crustale se développe et croit à partir d’une perturbation, hémisphérique initiale négligeable. Pour une certaine gamme de paramètres, notre modèle est capable de reproduire les observations sur l’épaisseur de la croûte et la structure thermique du manteau. Nous montrons aussi qu’une planète en couche stagnante avec une forte dichotomie d’épaisseur de croûte se refroidit légèrement plus vite qu’une planète dont la croûte est d’épaisseur constante. Enfin, nous démontrons que notre modèle de croissance de la dichotomie fournit également une explication pour la formation de roches différenciées dans les Hautes Plateaux du Sud
Formation de la croûte et histoire thermique Martienne
No full textSeismology has recently provided important information about the structure of the interior of Mars, and in particular its crust. The average thickness of the crust is constrained to between 50 and 67 km, with a difference of 12 to 34 km between the northern and southern hemispheres. This dichotomy is an essential feature of the Martian surface. In this thesis, I propose a new mechanism to explain its formation, based on a positive feedback process between the thickness of the crust and its extraction. As the crust is enriched in heat-producing elements, when it is thicker, the base of the lithosphere, which is a rheological and therefore thermal limit, is reached at a shallower depth. Under a thinned lithosphere, the fraction of liquid in the mantle is higher, because it is at the same temperature but at lower pressure. Magma extraction rates are therefore higher and the crust grows faster where it is thicker. Since heat diffusion in the lithosphere favours long wavelengths, we propose that this mechanism could have generated the Martian dichotomy. To test this, I have developed an asymmetric parametric thermal evolution model that includes the extraction of the crust. With this model, we demonstrate that a crustal dichotomy develops and grows from an initial negligible hemispherical perturbation. For a certain range of parameters, our model is able to reproduce observations of crustal thickness and mantle thermal structure. We also show that a stagnant layer planet with a strong crust thickness dichotomy cools slightly faster than a planet with a constant crust thickness. Finally, we show that our dichotomy growth model also provides an explanation for the formation of differentiated rocks in the Southern Highlands.La sismologie a récemment apporté d’importantes informations sur la structure de l’intérieur de Mars et en particulier de sa croûte. L’épaisseur moyenne de la croûte est contrainte entre 50 et 67 km avec une différence de 12 à 34 km entre les hémisphères Nord et Sud. Cette dichotomie est une caractéristique essentielle de la surface Martienne. Dans cette thèse, je propose un nouveau mécanisme pour expliquer sa formation, basé sur un processus de rétroaction positive entre l’épaisseur de la croûte et son extraction. La croûte étant enrichie en éléments producteurs de chaleur, lorsqu’elle est plus épaisse, la base de la lithosphère, qui est une limite rhéologique et donc thermique, est atteinte à une profondeur moindre. Sous une lithosphère amincie, la fraction de liquide dans le manteau est plus élevée, car à une même température mais à plus faible pression. Les vitesses d’extraction de magma sont alors plus élevées et la croûte croit plus rapidement là où elle est plus épaisse. La diffusion de la chaleur dans la lithosphère favorisant les grandes longueurs d’onde, nous proposons que ce mécanisme ait pu générer la dichotomie martienne. Pour le tester, j’ai développé un modèle d’évolution thermique paramétré asymétrique incluant l’extraction de la croûte. Avec ce modèle, nous démontrons qu’une dichotomie crustale se développe et croit à partir d’une perturbation, hémisphérique initiale négligeable. Pour une certaine gamme de paramètres, notre modèle est capable de reproduire les observations sur l’épaisseur de la croûte et la structure thermique du manteau. Nous montrons aussi qu’une planète en couche stagnante avec une forte dichotomie d’épaisseur de croûte se refroidit légèrement plus vite qu’une planète dont la croûte est d’épaisseur constante. Enfin, nous démontrons que notre modèle de croissance de la dichotomie fournit également une explication pour la formation de roches différenciées dans les Hautes Plateaux du Sud
Formation de la croûte et histoire thermique Martienne
No full textSeismology has recently provided important information about the structure of the interior of Mars, and in particular its crust. The average thickness of the crust is constrained to between 50 and 67 km, with a difference of 12 to 34 km between the northern and southern hemispheres. This dichotomy is an essential feature of the Martian surface. In this thesis, I propose a new mechanism to explain its formation, based on a positive feedback process between the thickness of the crust and its extraction. As the crust is enriched in heat-producing elements, when it is thicker, the base of the lithosphere, which is a rheological and therefore thermal limit, is reached at a shallower depth. Under a thinned lithosphere, the fraction of liquid in the mantle is higher, because it is at the same temperature but at lower pressure. Magma extraction rates are therefore higher and the crust grows faster where it is thicker. Since heat diffusion in the lithosphere favours long wavelengths, we propose that this mechanism could have generated the Martian dichotomy. To test this, I have developed an asymmetric parametric thermal evolution model that includes the extraction of the crust. With this model, we demonstrate that a crustal dichotomy develops and grows from an initial negligible hemispherical perturbation. For a certain range of parameters, our model is able to reproduce observations of crustal thickness and mantle thermal structure. We also show that a stagnant layer planet with a strong crust thickness dichotomy cools slightly faster than a planet with a constant crust thickness. Finally, we show that our dichotomy growth model also provides an explanation for the formation of differentiated rocks in the Southern Highlands.La sismologie a récemment apporté d’importantes informations sur la structure de l’intérieur de Mars et en particulier de sa croûte. L’épaisseur moyenne de la croûte est contrainte entre 50 et 67 km avec une différence de 12 à 34 km entre les hémisphères Nord et Sud. Cette dichotomie est une caractéristique essentielle de la surface Martienne. Dans cette thèse, je propose un nouveau mécanisme pour expliquer sa formation, basé sur un processus de rétroaction positive entre l’épaisseur de la croûte et son extraction. La croûte étant enrichie en éléments producteurs de chaleur, lorsqu’elle est plus épaisse, la base de la lithosphère, qui est une limite rhéologique et donc thermique, est atteinte à une profondeur moindre. Sous une lithosphère amincie, la fraction de liquide dans le manteau est plus élevée, car à une même température mais à plus faible pression. Les vitesses d’extraction de magma sont alors plus élevées et la croûte croit plus rapidement là où elle est plus épaisse. La diffusion de la chaleur dans la lithosphère favorisant les grandes longueurs d’onde, nous proposons que ce mécanisme ait pu générer la dichotomie martienne. Pour le tester, j’ai développé un modèle d’évolution thermique paramétré asymétrique incluant l’extraction de la croûte. Avec ce modèle, nous démontrons qu’une dichotomie crustale se développe et croit à partir d’une perturbation, hémisphérique initiale négligeable. Pour une certaine gamme de paramètres, notre modèle est capable de reproduire les observations sur l’épaisseur de la croûte et la structure thermique du manteau. Nous montrons aussi qu’une planète en couche stagnante avec une forte dichotomie d’épaisseur de croûte se refroidit légèrement plus vite qu’une planète dont la croûte est d’épaisseur constante. Enfin, nous démontrons que notre modèle de croissance de la dichotomie fournit également une explication pour la formation de roches différenciées dans les Hautes Plateaux du Sud
Formation de la croûte et histoire thermique Martienne
No full textSeismology has recently provided important information about the structure of the interior of Mars, and in particular its crust. The average thickness of the crust is constrained to between 50 and 67 km, with a difference of 12 to 34 km between the northern and southern hemispheres. This dichotomy is an essential feature of the Martian surface. In this thesis, I propose a new mechanism to explain its formation, based on a positive feedback process between the thickness of the crust and its extraction. As the crust is enriched in heat-producing elements, when it is thicker, the base of the lithosphere, which is a rheological and therefore thermal limit, is reached at a shallower depth. Under a thinned lithosphere, the fraction of liquid in the mantle is higher, because it is at the same temperature but at lower pressure. Magma extraction rates are therefore higher and the crust grows faster where it is thicker. Since heat diffusion in the lithosphere favours long wavelengths, we propose that this mechanism could have generated the Martian dichotomy. To test this, I have developed an asymmetric parametric thermal evolution model that includes the extraction of the crust. With this model, we demonstrate that a crustal dichotomy develops and grows from an initial negligible hemispherical perturbation. For a certain range of parameters, our model is able to reproduce observations of crustal thickness and mantle thermal structure. We also show that a stagnant layer planet with a strong crust thickness dichotomy cools slightly faster than a planet with a constant crust thickness. Finally, we show that our dichotomy growth model also provides an explanation for the formation of differentiated rocks in the Southern Highlands.La sismologie a récemment apporté d’importantes informations sur la structure de l’intérieur de Mars et en particulier de sa croûte. L’épaisseur moyenne de la croûte est contrainte entre 50 et 67 km avec une différence de 12 à 34 km entre les hémisphères Nord et Sud. Cette dichotomie est une caractéristique essentielle de la surface Martienne. Dans cette thèse, je propose un nouveau mécanisme pour expliquer sa formation, basé sur un processus de rétroaction positive entre l’épaisseur de la croûte et son extraction. La croûte étant enrichie en éléments producteurs de chaleur, lorsqu’elle est plus épaisse, la base de la lithosphère, qui est une limite rhéologique et donc thermique, est atteinte à une profondeur moindre. Sous une lithosphère amincie, la fraction de liquide dans le manteau est plus élevée, car à une même température mais à plus faible pression. Les vitesses d’extraction de magma sont alors plus élevées et la croûte croit plus rapidement là où elle est plus épaisse. La diffusion de la chaleur dans la lithosphère favorisant les grandes longueurs d’onde, nous proposons que ce mécanisme ait pu générer la dichotomie martienne. Pour le tester, j’ai développé un modèle d’évolution thermique paramétré asymétrique incluant l’extraction de la croûte. Avec ce modèle, nous démontrons qu’une dichotomie crustale se développe et croit à partir d’une perturbation, hémisphérique initiale négligeable. Pour une certaine gamme de paramètres, notre modèle est capable de reproduire les observations sur l’épaisseur de la croûte et la structure thermique du manteau. Nous montrons aussi qu’une planète en couche stagnante avec une forte dichotomie d’épaisseur de croûte se refroidit légèrement plus vite qu’une planète dont la croûte est d’épaisseur constante. Enfin, nous démontrons que notre modèle de croissance de la dichotomie fournit également une explication pour la formation de roches différenciées dans les Hautes Plateaux du Sud
Formation de la croûte et histoire thermique Martienne
No full textSeismology has recently provided important information about the structure of the interior of Mars, and in particular its crust. The average thickness of the crust is constrained to between 50 and 67 km, with a difference of 12 to 34 km between the northern and southern hemispheres. This dichotomy is an essential feature of the Martian surface. In this thesis, I propose a new mechanism to explain its formation, based on a positive feedback process between the thickness of the crust and its extraction. As the crust is enriched in heat-producing elements, when it is thicker, the base of the lithosphere, which is a rheological and therefore thermal limit, is reached at a shallower depth. Under a thinned lithosphere, the fraction of liquid in the mantle is higher, because it is at the same temperature but at lower pressure. Magma extraction rates are therefore higher and the crust grows faster where it is thicker. Since heat diffusion in the lithosphere favours long wavelengths, we propose that this mechanism could have generated the Martian dichotomy. To test this, I have developed an asymmetric parametric thermal evolution model that includes the extraction of the crust. With this model, we demonstrate that a crustal dichotomy develops and grows from an initial negligible hemispherical perturbation. For a certain range of parameters, our model is able to reproduce observations of crustal thickness and mantle thermal structure. We also show that a stagnant layer planet with a strong crust thickness dichotomy cools slightly faster than a planet with a constant crust thickness. Finally, we show that our dichotomy growth model also provides an explanation for the formation of differentiated rocks in the Southern Highlands.La sismologie a récemment apporté d’importantes informations sur la structure de l’intérieur de Mars et en particulier de sa croûte. L’épaisseur moyenne de la croûte est contrainte entre 50 et 67 km avec une différence de 12 à 34 km entre les hémisphères Nord et Sud. Cette dichotomie est une caractéristique essentielle de la surface Martienne. Dans cette thèse, je propose un nouveau mécanisme pour expliquer sa formation, basé sur un processus de rétroaction positive entre l’épaisseur de la croûte et son extraction. La croûte étant enrichie en éléments producteurs de chaleur, lorsqu’elle est plus épaisse, la base de la lithosphère, qui est une limite rhéologique et donc thermique, est atteinte à une profondeur moindre. Sous une lithosphère amincie, la fraction de liquide dans le manteau est plus élevée, car à une même température mais à plus faible pression. Les vitesses d’extraction de magma sont alors plus élevées et la croûte croit plus rapidement là où elle est plus épaisse. La diffusion de la chaleur dans la lithosphère favorisant les grandes longueurs d’onde, nous proposons que ce mécanisme ait pu générer la dichotomie martienne. Pour le tester, j’ai développé un modèle d’évolution thermique paramétré asymétrique incluant l’extraction de la croûte. Avec ce modèle, nous démontrons qu’une dichotomie crustale se développe et croit à partir d’une perturbation, hémisphérique initiale négligeable. Pour une certaine gamme de paramètres, notre modèle est capable de reproduire les observations sur l’épaisseur de la croûte et la structure thermique du manteau. Nous montrons aussi qu’une planète en couche stagnante avec une forte dichotomie d’épaisseur de croûte se refroidit légèrement plus vite qu’une planète dont la croûte est d’épaisseur constante. Enfin, nous démontrons que notre modèle de croissance de la dichotomie fournit également une explication pour la formation de roches différenciées dans les Hautes Plateaux du Sud
The effect of different mantle convection regimes on the long-term thermochemical evolution of the Earth’s core
No full textThe Earth's palaeomagnetic record reveals the existence of a global magnetic field persisting for at least 3.4 billion years. This geomagnetic field is generated by thermochemical convection, driven by the cooling of the Earth's core. Efficient cooling of the core is crucial to sustaining the magnetic field. The solid mantle plays thus a critical role in regulating the core's long-term evolution. Notably, efficient mantle cooling resulting from plate tectonics is important for sustaining the magnetic field observed in the geological record up to the present day.
However, the timing of the onset of modern-style plate tectonics remains an open question. It may have been active since the Earth's formation (~4.5 billion years ago), or since the Archean (4 – 3 billion years ago), or emerged much more recently (<1 billion years ago). When and how plate tectonics began are major scientific questions in Earth science because of their profound implications for Earth's thermal and magnetic history. The convection regime that preceded plate tectonics remains unclear. Observations of other planetary bodies in the solar system such as Mars, Mercury, and the Moon suggest that a stagnant lid regime—characterized by a single and immobile plate—is the norm. This raises the possibility that early Earth operated under a stagnant lid regime, which is significantly less efficient at dissipating heat. Such inefficient cooling would limit the capacity to sustain a long-lived magnetic field, unlike the plate tectonics regime.
Our study aims to constrain the mantle-core co-evolution by investigating the impact of these two convection regimes—stagnant lid and plate tectonics (i.e. mobile lid)—and their transition during Earth's geological evolution. To achieve this, we developed a coupled model that integrates two one-dimensional evolution frameworks. One model describes the core's thermochemical evolution, including inner core crystallization and the potential formation of a thermally stratified layer. The other describes mantle dynamics, allowing for either stagnant lid or mobile lid behaviour.
We systematically explored a wide range of mantle parameters such as mantle viscosity, the relative efficiency of stagnant - versus mobile-lid regimes, the timing of plate tectonics onset, and the mantle's and core initial temperatures. For the core, we focused on two end-member scenarios to account for the low and high thermal conductivity of iron whose precise determination remains controversial. We compared the resulting model predictions with key constraints, including the present-day inner core size, the palaeomagnetic record, the evolution of the mantle potential temperature, and the present-day thickness of a thermally stratified stable layer at the top of the liquid core. This integrated approach sheds light on the interplay between mantle dynamics and core processes since the time of Earth’s formation
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
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