Avec une clarté sans précédent, les scientifiques ont directement observé une zone de subduction – le point de collision où une plaque tectonique plonge sous une autre – se séparant activement. La découverte, rapportée dans Avancées scientifiquesjette un nouvel éclairage sur la façon dont la surface de la Terre évolue et soulève de nouvelles questions sur les futurs risques de tremblement de terre dans le nord-ouest du Pacifique.
Les zones de subduction sont les sites des événements tectoniques les plus puissants de la Terre. Ils conduisent des continents à travers le monde, libérent des tremblements de terre dévastateurs et des éruptions volcaniques et recycler la croûte de la planète profondément dans le manteau.
Mais ils ne durent pas éternellement. S'ils le faisaient, les continents se heurteraient sans cesse et s'accumuleraient, effaçant les océans et anéantiraient le record du passé de la Terre. La grande question que les géologues ont lutté avec: comment ces systèmes puissants finissent-ils exactement?
« Le démarrage d'une zone de subduction, c'est comme essayer de pousser un train en montée – cela fait un énorme effort », a déclaré Brandon Shuck, professeur adjoint à la Louisiana State University et auteur principal de l'étude. « Mais une fois qu'il bouge, c'est comme si le train se courrait, impossible de s'arrêter. La fin nécessite quelque chose de dramatique – en gros, une épave de train. »
Shuck a mené la recherche alors qu'il était chercheur postdoctoral à l'Observatoire de la Terre Lamont-Doherty, qui fait partie de la Columbia Climate School.
Au large des côtes de l'île de Vancouver, dans une région de Cascadia où les plaques Juan de Fuca et Explorer se déplacent lentement sous l'assiette nord-américaine, les scientifiques ont trouvé la réponse. En utilisant une combinaison de l'imagerie de réflexion sismique – essentiellement une échographie du sous-sol de la Terre – et des enregistrements de tremblement de terre détaillés, l'équipe a capturé une zone de subduction dans le processus de se déchirer.
Les données sismiques ont été collectées au cours de l'expérience d'imagerie sismique de Cascadia 2021 (CASIE21) à bord du navire de recherche de l'Observatoire de la Terre Lamont-Doherty, le Marcus G. Langseth. L'expérience a été dirigée par la scientifique de Lamont, Suzanne Carbotte, qui est également co-auteur du nouveau journal, avec la collègue de Lamont Anne Bécel.
Les chercheurs ont envoyé des ondes sonores du navire dans le fond marin et ont enregistré les échos à l'aide d'un streamer de 15 kilomètres de dispositifs d'écoute sous-marine. Cela a produit des images à haute résolution de failles et de fractures profondément sous le fond de l'océan, révélant des endroits où l'assiette claque.
« C'est la première fois que nous avons une image claire d'une zone de subduction prise en l'acte de mourir », a déclaré Shuck. « Plutôt que de fermer tout en une seule fois, l'assiette se déchire pièce par morceau, créant des microplaques plus petites et de nouvelles limites. Donc, au lieu d'une grande épave de train, c'est comme regarder un train dérailler lentement, une voiture à la fois. »
Carbotte ajoute que les scientifiques savent depuis des décennies que la subduction peut se déclencher car des régions de base de plaques océaniques atteignent une zone de subduction. « Mais nous n'avions pas auparavant une image si claire du processus en action », dit-elle. « Ces nouvelles découvertes nous aident à mieux comprendre le cycle de vie des plaques tectoniques qui façonnent la Terre. »
L'équipe a observé des larmes coupant à travers la plaque Juan de Fuca, y compris une rupture massive où l'assiette a chuté d'environ 5 kilomètres. « Il y a une très grande faille qui brise activement la plaque (subductrice) », a expliqué Shuck. « Ce n'est pas encore arraché à 100%, mais c'est proche. »
Les enregistrements de tremblement de terre confirment le motif: le long de la déchirure de 75 kilomètres de long, certaines sections sont encore sismiquement actives, tandis que d'autres sont étrangement silencieuses. « Une fois qu'une pièce s'est complètement brisée, elle ne produit plus de tremblements de terre parce que les rochers ne sont plus collés ensemble », a-t-il déclaré. Cet écart manquant de sismicité est un signe révélateur qu'une partie de l'assiette s'est déjà détachée et que l'écart augmente lentement au fil du temps.
L'étude a révélé que cette rupture se produit par étapes, à travers ce que les chercheurs appellent la terminaison « épisodique » ou « par morceaux ». Plutôt qu'une rupture soudaine sur toute la plaque tectonique, l'assiette déchire progressivement une section à la fois.
En déchirant en petits morceaux, la plus grande plaque perd de son élan, comme couper les voitures d'un train en fuite – et finit par arrêter de se faire tirer vers le bas. Le timing pour que chaque pièce se casse prend plusieurs millions d'années, mais ensemble, ces épisodes peuvent progressivement arrêter un système de subduction entier.
Cette rupture épisodique aide à expliquer les caractéristiques déroutantes de l'histoire de la Terre conservée ailleurs, comme les fragments abandonnés des plaques tectoniques et les éclats inhabituels d'activité volcanique. Un exemple frappant réside au large de Baja California, où les scientifiques ont depuis longtemps observé des microplaques fossiles – les restes brisés de la plaque farallon autrefois massive.
Pendant des décennies, les chercheurs savaient que ces fragments devaient être des preuves de zones de subduction mourantes, mais le mécanisme qui les a créés n'était pas clair. Cascadia prévoit maintenant que la pièce manquante: les zones de subduction ne s'effondrent pas dans un seul événement catastrophique mais démêle pas à pas, laissant derrière lui des microplaques comme preuves géologiques.
Pour l'avenir, les chercheurs explorent si un tremblement de terre majeur pourrait se séparer de l'une de ces larmes nouvellement découvertes ou si les ruptures pourraient influencer la façon dont les ruptures se propagent. Bien que ces résultats aident à affiner les modèles de la façon dont les complexités structurelles affectent le comportement des tremblements de terre, elles ne modifient pas de manière significative les perspectives de danger pour Cascadia sur une échelle de temps humaine.
La région reste capable de produire de très grands tremblements de terre et des tsunamis, et comprendre comment ces nouvelles ruptures influencent les modèles de rupture amélioreront les modèles utilisés pour étudier les risques sismiques dans le nord-ouest du Pacifique.
