Les scientifiques ont créé un modèle pour mieux prédire l’activité sismique dans les zones de subduction en étudiant la façon dont les roches se dissolvent et se déforment sous la pression. Cette avancée pourrait conduire à des prévisions plus précises des événements sismiques dans des zones telles que la zone de subduction de Cascadia, atténuant ainsi potentiellement l’impact de futures catastrophes naturelles.
Des scientifiques de Penn State et de l’Université Brown suggèrent que les roches provenant d’anciennes zones de subduction, des zones où les plaques tectoniques entrent en collision et sont poussées les unes sous les autres, pourraient améliorer les prévisions sur le comportement de ces zones dans les intervalles entre des tremblements de terre importants.
Des indices provenant de formations rocheuses en Alaska et au Japon ont permis aux scientifiques de développer un nouveau modèle pour prédire l’activité de la solution sous pression dans les zones de subduction, ont rapporté les chercheurs dans la revue. Avancées scientifiques. Les roches sédimentaires sont constituées de grains entourés de pores contenant de l’eau. Lorsque les roches sont comprimées sous une forte pression, les grains se dissolvent à leurs limites dans l’eau présente dans les pores, formant une solution sous pression. Cela permet aux roches de se déformer ou de changer de forme, ce qui influence la manière dont les plaques tectoniques glissent les unes sur les autres.
Analogies et mécanique sismique
« C’est comme lorsque vous faites du patin à glace : la lame à la surface finit par faire fondre la glace, ce qui vous permet de glisser », a déclaré l’auteur correspondant Donald Fisher, professeur de géosciences à Penn State. « Dans les roches, les grains de quartz se dissolvent aux contacts stressés et le matériau dissous se déplace vers les fissures où il précipite. »
Les tremblements de terre les plus puissants au monde se produisent dans les zones de subduction, où une plaque tectonique glisse sous l’autre. Lorsque ces plaques se collent les unes aux autres, des contraintes s’accumulent dans la croûte terrestre – comme un élastique qu’on tend. Lorsqu’une contrainte suffisante s’accumule pour surmonter la friction qui maintient les plaques ensemble – comme le claquement d’un élastique – un tremblement de terre se produit.
« Nous avons montré que la solution de pression est un processus fondamental pendant la période intersismique dans les zones de subduction », a déclaré Fisher. « L’apparition de cette solution de pression peut réellement affecter la quantité de contrainte élastique qui s’accumule dans différentes parties de la zone sismogène. »
Selon de nouvelles recherches, les cisaillements – ou ruptures causées par la déformation – dans les affleurements rocheux comme celui illustré ici pourraient apporter un nouvel éclairage sur la tectonique qui se produit entre les tremblements de terre majeurs dans la zone de subduction. Un objectif de caméra montre l’ampleur des caractéristiques de la roche. Crédit : Fourni par Donald Fisher
La solution sous pression est difficile à explorer en laboratoire car elle se produit généralement très lentement sur des milliers, voire des millions d’années, a déclaré Fisher. L’accélération du processus en laboratoire nécessite des températures plus élevées, ce qui produit d’autres changements dans les roches qui ont un impact sur les expériences.
Les scientifiques se sont plutôt tournés vers des roches qui avaient autrefois subi ces pressions tectoniques et qui ont ensuite été ramenées à la surface par des processus géologiques. Les roches présentent des cisaillements microscopiques – ou des cassures causées par la déformation – qui contiennent des textures qui fournissent la preuve d’une solution sous pression, ont indiqué les scientifiques.
« Ce travail nous permet de tester une loi d’écoulement, ou modèle, qui décrit le taux de solution de pression dans les roches anciennes qui se trouvaient autrefois à la limite de la plaque et qui ont été exhumées à la surface », a déclaré Fisher. « Et nous pouvons appliquer cela aux marges actives qui évoluent aujourd’hui. »
Faire progresser le modèle scientifique
Une étude précédente réalisée par une autre équipe de scientifiques a établi un lien entre les contraintes subies par les roches et leur taux de déformation, ou leur degré de déformation. Dans leurs nouveaux travaux, Fisher et son collègue Greg Hirth, professeur à l’Université Brown, ont créé un modèle plus détaillé qui prend en compte des facteurs tels que la taille des grains et la solubilité des roches, ou la quantité de matière rocheuse pouvant se dissoudre dans un liquide.
« Nous avons pu paramétrer la solubilité en fonction de la température et de la pression, d’une manière pratique qui n’avait jamais été réalisée auparavant », a déclaré Fisher. « Alors maintenant, nous pouvons intégrer des chiffres – différentes tailles de grains, différentes températures, différentes pressions et en tirer le taux de déformation. »
Les résultats peuvent aider à révéler où dans la couche sismogène – la plage de profondeurs à laquelle se produisent la plupart des tremblements de terre – cette contrainte se produit.
Les chercheurs ont appliqué leur modèle à la zone de subduction de Cascadia, une faille active qui s’étend du nord de la Californie au Canada et par de grandes villes comme Portland, Oregon, Seattle et Vancouver, Colombie-Britannique.
La température le long de la limite de la plaque et la quantité de contrainte accumulée y sont bien étudiées, et les résultats de leur modèle correspondent aux mouvements de la croûte basés sur des observations par satellite, ont indiqué les scientifiques.
« Cascadia est un excellent exemple car c’est la fin de la période intersismique – cela fait 300 ans depuis le dernier tremblement de terre majeur », a déclaré Fisher. « Nous pourrions en connaître une au cours de notre vie, ce qui constituerait la plus grande catastrophe naturelle à laquelle l’Amérique du Nord puisse s’attendre en termes de risque de secousses et de tsunami qui en résulterait. »
La National Science Foundation a soutenu ce travail.
