https://frosthead.com

Les tremblements de terre lents sont une chose

Le 11 mars 2011, un séisme de magnitude 9, 0 a secoué le Japon pendant près de six minutes, déclenchant un tsunami et une catastrophe nucléaire qui ont fait près de 20 000 victimes. Mais sous la surface, les plaques tectoniques au large de la côte est du Japon avaient doucement commencé à se déplacer bien avant le début des secousses. En février 2011, deux tremblements de terre plus calmes ont commencé à ramper lentement le long de la tranchée du Japon en direction du point où le séisme de mégathustère se produirait un mois plus tard.

Contenu connexe

  • La géologie derrière le séisme catastrophique en Italie
  • Les ralentissements sismiques pourraient prévenir des tremblements de terre imminents

Ces tremblements de terre étranges et silencieux sont appelés événements à glissement lent, ou tremblements de terre lents - termes génériques désignant le spectre de mouvements et de tremblements modérés qui se produisent à la limite entre les plaques tectoniques. Découverts seulement au cours des 20 dernières années, les séismes lents sont encore un casse-tête sismique. Ils peuvent déplacer les plaques tectoniques autant ou plus qu'un séisme de magnitude 7. Mais alors qu'un tremblement de terre régulier libère soudainement des ondes sismiques qui peuvent renverser des bâtiments, un tremblement de terre lent dure des jours, des mois, parfois même des années - et les personnes à proximité ne ressentent rien.

On pense que ces grondements imperceptibles ont précédé les séismes massifs qui ont secoué le Japon, le Mexique et le Chili - mais nous ne savons pas si des tremblements de terre lents ont déclenché les tremblements de terre massifs ou même comment ils se rapportent à leurs homologues plus rapides et plus dangereux. Décoder quand, où et pourquoi une grève lente de tremblements de terre pourrait nous aider à comprendre les zones de faille les plus dangereuses de notre planète et, peut-être même, à nous aider à prévoir des séismes et des tsunamis dévastateurs avant qu'ils ne se fassent sentir.

«C'est un vrai mystère», déclare Heidi Houston, géophysicien à l'Université de Washington à Seattle. «Nous avons étudié les tremblements de terre réguliers pendant des décennies et nous comprenons certaines choses à leur sujet - et ensuite ce processus se poursuit et il est identique à certains aspects, et donc très différent à certains autres."

Installation de capteurs pour surveiller les mouvements subtils de la terre. Installation de capteurs pour surveiller les mouvements subtils de la terre. (Gracieuseté de Herb Dragert)

Avant la fin des années 1990, les géoscientifiques pensaient bien comprendre comment le puzzle de plaques tectoniques couvrant la surface de la Terre se déplaçait et s'emboîtait. Ils ont supposé que lorsqu'une tranche de la croûte terrestre glissait les unes sur les autres, les plaques se glissaient l'une après l'autre ou restaient coincées, accumulant le stress qui les poussait jusqu'à ce qu'elles glissent de manière explosive dans un tremblement de terre qui se répercute dans la zone de la faille.

Mais dès le début du nouveau millénaire, de nombreuses publications scientifiques ont décrit une nouvelle classe de séismes lents récurrents et généralisés observés sur les côtés opposés de la bordure du Pacifique.

Le premier signalement d'un événement de glissement lent clairement défini provient de la zone de subduction de Cascadia, formée par la plaque de Juan de Fuca poussant sous la plaque d'Amérique du Nord du nord de la Californie à l'île de Vancouver. Là, les régions situées à une trentaine de kilomètres sous la surface sont adoucies par les profondeurs et les températures élevées et se glissent sans à-coups. Mais des parties moins profondes et fragiles des plaques tectoniques glissantes peuvent rester collées ensemble jusqu'à ce que la région bloquée se rompe dans une mégathrust gigantesque. Cascadia n'a pas déclenché de tremblement de terre géant depuis les années 1700 - mais des rumeurs dans la communauté sismique suggèrent que le prochain grand événement approche.

En 1999, le géophysicien Herb Dragert, de la Commission géologique du Canada, a remarqué que certaines stations de surveillance GPS continues situées dans le sud de l'île de Vancouver et dans la péninsule olympique se comportaient étrangement. Sept d'entre eux ont sauté environ un quart de pouce pendant plusieurs semaines dans la direction opposée au mouvement normal de la plaque. Ce genre de saut en arrière est ce à quoi on pourrait s'attendre lors d'un tremblement de terre - mais il n'y avait pas eu de tremblement détectable.

«Herb était très inquiet au début. Il pensait que quelque chose n'allait pas, dit Kelin Wang, scientifique à la Commission géologique du Canada, qui a travaillé avec Dragert et le géoscientifique Thomas James pour décoder ce puzzle. "Il a tout essayé pour prouver qu'il avait tort, et tout a échoué."

C'est parce qu'il n'y avait rien de mal avec les données. L’équipe a vite compris qu’elle voyait la plaque d’Amérique du Nord et la plaque de Juan de Fuca glisser doucement au fur et à mesure que les pièces où elles étaient collées étaient fermées. Entre 18 et 24 milles sous la surface, ces zones collées étaient au-dessus de la région à haute température et haute pression, où les plaques glissaient sans à-coups, mais en dessous des parties verrouillées de la zone de subduction, générant des tremblements de terre. Et il s'avère que la zone collante et intermédiaire glisse sur un calendrier, environ tous les 14 mois.

À peu près à la même époque, un sismologue de l’Institut national de recherche sur les sciences de la Terre et la prévention des catastrophes avait constaté des vibrations de basse fréquence se propageant périodiquement d’un sismomètre à l’autre dans la zone de subduction de la fosse de Nankai dans le sud-ouest du Japon. Kazushige Obara, qui se trouve maintenant à l'Institut de recherche sur les séismes de l'Université de Tokyo, a observé que ces grondements avaient commencé à une profondeur de 21 km sous la surface et pouvaient durer plusieurs jours, ressemblant au tremblement qui accompagne les éruptions volcaniques - mais il ne s'agissait pas d'une région volcanique.

Lorsque Obara et Dragert se sont rencontrés lors d'une conférence, ils se sont rendus compte que les événements de glissement lent détectés par Dragert par GPS et les tremblements non volcaniques relevés par sismomètres par Obara pouvaient tous deux être le signe du même type de mouvement imperceptible des plaques dans les zones de subduction.

«J'ai été frappé par leur durée similaire, leurs alignements identiques avec la frappe de leurs zones de subduction respectives, leurs profondeurs d'occurrence similaires», déclare Dragert dans un courrier électronique.

Ainsi, lorsque Dragert est revenu au Canada, son collègue Garry Rogers, un sismologue à la retraite qui travaillait avec Dragert à la Commission géologique du Canada, a parcouru des boîtes d'anciens sismogrammes pour tenter d'identifier la forme d'onde révélatrice du tremblement. Ils l'ont trouvé à chaque fois que les unités GPS ont enregistré un événement de glissement lent.

«Les cheveux se dressaient sur la nuque», explique Rogers. "Ce fut une journée très excitante."

Peu de temps après, Obara a compensé le tremblement de terre qu'il voyait au Japon. Nous savons maintenant que différents types de séismes lents peuvent survenir avec ou sans tremblement, à différentes profondeurs et pour différentes durées. Ils ont discrètement traversé des zones de subduction au large des côtes de l’Alaska, du Costa Rica, du Mexique et de la Nouvelle-Zélande et même à travers l’interface de plaque verticale de la faille de San Andreas, le tout sans aucune détection (sauf si vous êtes un satellite ou un sismomètre).

«Nous ne savions vraiment pas qu'il existait tout ce riche spectre et cette famille d'événements de dérapage de fautes», déclare Laura Wallace, géophysicienne à l'Université du Texas à Austin, qui étudie les tremblements de terre lents au large des côtes néo-zélandaises. «Cela a vraiment transformé notre compréhension du comportement des défauts aux limites des plaques et de la manière dont le mouvement des plaques est adapté. C'est un gros problème. "

La Nouvelle-Zélande et le fond marin. La tranchée Hikurangi se trouve juste au sud de la tranchée bleu foncé (la tranchée Kermadec) en haut au centre de cette image. La Nouvelle-Zélande et le fond marin. La tranchée Hikurangi se trouve juste au sud de la tranchée bleu foncé (la tranchée Kermadec) en haut au centre de cette image. (Sandwell & Smith (1997), Stagpoole (2002))

Mais enquêter sur ce riche spectre d'événements à glissement lent est un défi, en partie parce qu'ils sont si subtils et en partie parce qu'ils sont en grande partie inaccessibles.

«Il est simplement difficile de regarder quelque chose qui est si profond dans la Terre», dit Rogers. Surtout si ce quelque chose est aussi profond sous la mer, comme les événements à glissement lent qui déplacent la tranchée Hikurangi au large de la côte est de l'île du Nord de la Nouvelle-Zélande de plusieurs centimètres toutes les quelques années.

Donc, en 2014, Wallace est devenu créatif. Elle a dirigé le déploiement d'un réseau de manomètres sous-marins afin de détecter tout mouvement vertical du fond marin susceptible de signaler un événement de glissement lent. Elle a chronométré à la perfection: les manomètres ont détecté le fond de l'océan sous-marin, ce que Wallace et son équipe ont calculé, ce qui signifie que les plaques ont glissé de 4 à 8 pouces en l'espace de quelques semaines. Contrairement aux glissements lents qui se produisent en profondeur sous la surface de Cascadia et au Japon, ces glissements ne sont nés que de 2, 5 à 4 miles sous le fond marin, ce qui signifie que des tremblements de terre lents peuvent se produire à des profondeurs et dans des conditions très différentes de celles d'origine. découvert dans.

De plus, la section de la tranchée que les manomètres Wallace ont glissée était la même section qui avait généré deux tsunamis dos à dos en 1947, qui avaient détruit un chalet, jeté deux hommes sur une route intérieure et, d'une manière ou d'une autre, tué personne.

«Si nous pouvons comprendre cette relation entre les événements de glissement lents et les tremblements de terre destructeurs sur les zones de subduction, nous pourrons éventuellement utiliser ces éléments de manière prévisionnelle», dit-elle.

Mais d’abord, nous devons mieux les détecter et les surveiller, c’est exactement ce que Demian Saffer de la Pennsylvania State University tente de faire. Au cours des six dernières années, il a collaboré avec des scientifiques japonais et allemands à la création de deux observatoires de forage, essentiellement des collections d'instruments enfermés dans des trous de forage situés sous le plancher océanique, près de la fosse de Nankai, dans le sud-ouest du Japon, le lieu où Obara a découvert les tremblements. .

À partir de ces observatoires de forage ainsi que des données recueillies par un réseau de capteurs du fond de la mer, son équipe a rassemblé des preuves préliminaires de glissements lents qui coïncident avec des essaims de petits tremblements de terre de basse fréquence. Saffer soupçonne que ces glissements lents et lents pourraient libérer un stress accumulé à la limite de la plaque qui, autrement, se romprait lors d'un tremblement de terre catastrophique.

Il compare ce phénomène à un embrayage glissant qui crée un peu de stress, mais échoue ensuite tous les quelques mois à quelques années. «Ce que nous voyons est très préliminaire, mais nous voyons des indices d'événements lents plutôt communs qui semblent atténuer le stress sur la limite de la plaque, ce qui est plutôt cool», dit-il. Il présentera ces résultats lors de la réunion de l’American Geophysical Union cet automne.

Les chercheurs ont récupéré une série de capteurs sous-marins surveillant le glissement lent au large des côtes de la Nouvelle-Zélande. Les chercheurs ont récupéré une série de capteurs sous-marins surveillant le glissement lent au large des côtes de la Nouvelle-Zélande. (Avec la permission d'Erin Todd de l'Université de Californie à Santa Cruz)

Wallace, Saffer et une importante équipe internationale de scientifiques planifient actuellement une expédition en 2018 pour forer dans la tranchée de Hikurangi afin de mettre en place des observatoires similaires. Et comme ils forent des rotations dans la croûte océanique, ils prévoient de prélever des échantillons des roches qui composent les plaques tectoniques pour comprendre en quoi consistent les minéraux et les fluides dans la zone de subduction qui permettent un glissement lent.

«Il y a beaucoup de théories sur les types de conditions physiques pouvant conduire à ce comportement de glissement lent», explique Wallace. Elle dit que l’un des plus populaires est que les excès de liquide dans la zone de faille l’affaiblissent et lui permettent de glisser plus facilement. «Mais nous ne comprenons toujours pas vraiment cela», ajoute-t-elle.

Là où tout a commencé, dans la zone de subduction de Cascadia, Heidi Houston, de l’Université de Washington, s’efforce également de comprendre les mécanismes de base qui sous-tendent les tremblements de terre lents. «Quels processus les ralentissent?», Déclare Houston. "C'est le mystère central d'eux."

Houston a récemment découvert que, lorsque les secousses grondent sous les zones de faille, des forces aussi banales que les marées peuvent les renforcer. Elle continue d'étudier comment la profondeur, la pression des fluides et les minéraux déposés à la limite des plaques tectoniques modifient les propriétés des séismes lents.

À l'instar des autres sismologues, géoscientifiques et géophysiciens qui gravitent autour des tremblements de terre lents depuis leur découverte, le frisson de ce qui reste inconnu motive Houston - de même que la possibilité que la compréhension des séismes lents puisse un jour nous éclairer sur des séismes mortels.

"Je passe beaucoup de temps à étudier ce processus", dit-elle.

Les tremblements de terre lents sont une chose