Yellowstone, une destination touristique populaire et homonyme d'une émission de télévision tout aussi populaire, a été le tout premier parc national aux États-Unis. Et bouillonner en dessous – à ce jour – est l'un des réseaux d'activité volcanique les plus actifs de la Terre.
Dans une nouvelle étude, publiée le 18 juillet dans le High Impact Journal Avancées scientifiquesLe professeur d'ingénierie occidentale Bing Li et ses collaborateurs à Universidad Industrial de Santander (Université industrielle de Santander) en Colombie et à la United States Geological Survey ont utilisé l'apprentissage automatique pour réexaminer les données historiques du tremblement de terre de la Caldera de Yellowstone sur une période de 15 ans. L'équipe a pu détecter et attribuer des amplitudes rétroactivement à environ 10 fois plus d'événements sismiques, ou des tremblements de terre, que précédemment.
Une caldeira – comme celle de Yellowstone Park couvrant des parties du Wyoming, de l'Idaho et du Montana – est une grande dépression ou creux formé lorsqu'un volcan éclate et que la chambre magmatique en dessous se vide, conduisant à l'effondrement de la terre au-dessus. Ceci est différent d'un cratère volcanique, qui est formé par un dynamitage vers l'extérieur.
Le catalogue historique de la caldeira Yellowstone contient désormais 86 276 tremblements de terre couvrant les années 2008 à 2022, améliorant considérablement la compréhension antérieure des systèmes volcaniques et sismiques grâce à une meilleure collecte de données et à des analyses systématiques.
Une conclusion clé dans l'étude est que plus de la moitié des tremblements de terre enregistrés dans Yellowstone faisaient partie des essaims de tremblement de terre – des groupes de petits tremblements de terre interconnectés qui se propagent et se déplacent dans une zone relativement petite sur une période relativement courte. Ceci est différent d'une réplique, qui est un plus petit tremblement de terre qui suit une maille plus grande dans la même zone générale.
« Alors que Yellowstone et d'autres volcans ont chacun des caractéristiques uniques, l'espoir est que ces idées peuvent être appliquées ailleurs », a déclaré Li, un expert des tremblements de terre et des mécanismes de roche induits par un liquide. « En comprenant les modèles de sismicité, comme les essaims de tremblement de terre, nous pouvons améliorer les mesures de sécurité, mieux informer le public des risques potentiels et même guider le développement de l'énergie géothermique loin du danger dans les zones avec un flux de chaleur prometteur. »
Machines à détection en fusion
Avant l'application de l'apprentissage automatique, les tremblements de terre étaient généralement détectés par inspection manuelle par des experts formés. Ce processus prend du temps, est à forte intensité de coût et détecte souvent moins d'événements que possible maintenant avec l'apprentissage automatique. L'apprentissage automatique a déclenché une ruée vers l'or d'exploration de données ces dernières années alors que les sismologues revisitent la richesse des données historiques de forme d'onde stockées dans les centres de données à travers le monde et en apprennent plus sur les régions sismiques actuelles et auparavant inconnues du monde entier.
« Si nous devions le faire à l'ancienne avec quelqu'un qui clique manuellement à travers toutes ces données à la recherche de tremblements de terre, vous ne pourriez pas le faire. Ce n'est pas évolutif », a déclaré Li.
L'étude montre également que des essaims de tremblement de terre sous la caldeira Yellowstone se sont produits le long des structures de faille relativement immatures et plus rugueuses, par rapport aux structures de faille matures plus typiques observées dans des régions telles que le sud de la Californie et même immédiatement en dehors de la caldeira.
La rugosité a été mesurée en caractérisant les tremblements de terre comme des fractales, qui sont des formes géométriques qui présentent une auto-similitude, ce qui signifie qu'elles semblent similaires à différentes échelles. Visualisé pour la première fois par Benoit Mandelbrot en 1980, des modèles fractaux sont observés sur les côtes, les flocons de neige, le brocoli et même la ramification des vaisseaux sanguins. Les modèles à base de fractales, ciblant la rugosité par rapport à la régularité, ont pu caractériser ces essaims de tremblement de terre, qui, selon les chercheurs, ont été causés par le mélange d'eau souterraine en mouvement lentement et de rafales soudaines de liquide.
« Dans une large mesure, il n'y a pas de compréhension systématique de la façon dont un tremblement de terre en déclenche un autre dans un essaim. Nous ne pouvons que mesurer indirectement l'espace et le temps entre les événements », a déclaré Li. « Mais maintenant, nous avons un catalogue d'activité sismique beaucoup plus robuste sous la caldeira Yellowstone, et nous pouvons appliquer des méthodes statistiques qui nous aident à quantifier et à trouver de nouveaux essaims que nous n'avons pas vus auparavant, les étudier et voir ce que nous pouvons en apprendre. »
