Le premier exemple naturel de séisme fossilisé dans la serpentinite (type de roche) apporte de nouvelles connaissances sur les forces extrêmes et les réactions chimiques qui se produisent lors des ruptures sismiques.

La première découverte mondiale a été faite par l'Université d'Otago Ph.D. étudiant Matthew Tarling, les superviseurs Steven Smith et James Scott du département de géologie d'Otago, et Cecilia Viti de l'Université de Sienne en Italie. Leurs conclusions sont publiées cette semaine dans la prestigieuse revue Communication Nature :"Rupture dynamique sismique préservée dans une zone de cisaillement serpentinite rampante."

Monsieur Tarling, qui a dirigé la recherche, décrit comment la chaleur extrême peut être produite pendant les tremblements de terre, similaire à la pratique consistant à se frotter les mains pour se réchauffer.

"La chaleur que vous ressentez provient de la friction entre les paumes de vos mains lorsqu'elles se déplacent l'une contre l'autre. Un processus similaire se produit lors des tremblements de terre, alors que des morceaux géants de la croûte terrestre glissent les uns contre les autres le long des surfaces de failles. Cependant, les conditions sont si extrêmes pendant les tremblements de terre que parfois assez de chaleur est produite pour faire fondre les roches le long de la surface de la faille. Quand le tremblement de terre s'arrête, la fonte se refroidit et se solidifie pour former une couche de roche vitreuse distinctive :lorsque les géologues trouvent des preuves de ce type de « fonte par friction », ils peuvent être sûrs d'avoir trouvé le site d'un ancien tremblement de terre. »

Le problème est que la fusion par friction est en fait assez rare, et les géologues doivent donc rechercher d'autres preuves d'un échauffement extrême par friction pour identifier l'emplacement des anciens tremblements de terre.

Dans leur étude, l'équipe dirigée par Otago a présenté les premières preuves de la déshydratation à haute température de la serpentine minérale lors d'un ancien tremblement de terre. Soutenu par le financement d'un prix de démarrage rapide Marsden, l'équipe a étudié de minuscules fragments de roche de faille de la faille de Livingstone en Nouvelle-Zélande.

"La faille de Livingstone est une faille ancienne spectaculaire qui traverse les îles du Nord et du Sud de la Nouvelle-Zélande. Parce que les roches qui ont été déplacées ensemble par la faille produisent des sols assez stériles, très peu de végétation pousse, qui nous offre une occasion unique d'étudier le fonctionnement interne de la zone de faille avec des détails étonnants, " dit M. Tarling.

En utilisant la microscopie électronique à transmission à haute résolution, l'équipe de recherche a découvert que de fines couches de serpentine à l'intérieur de la faille ont été converties en deux nouveaux minéraux :l'olivine et le pyroxène. Ce type de réaction ne se produit qu'à des températures supérieures à 800°C, et lorsque la réaction se produit, elle libère des quantités substantielles d'eau qui pourraient pressuriser la surface de la faille. L'équipe a ensuite utilisé la modélisation numérique pour montrer que la réaction s'est probablement produite par échauffement par friction lors d'un ancien tremblement de terre d'une magnitude comprise entre trois et quatre sur l'échelle de Richter.

Le Dr Smith dit que la découverte est une étape rare et cruciale dans l'identification des ruptures d'anciens tremblements de terre, et offre également des informations cruciales sur les processus qui provoquent l'affaiblissement des défauts et la libération d'énergie lors de la rupture.

"Quand un tremblement de terre se produit, nous pouvons sentir et mesurer les effets des secousses du sol, mais la rupture sismique elle-même a lieu à plusieurs kilomètres sous nos pieds, et cela rend vraiment difficile de comprendre ce qui se passe. Imaginez essayer de reconstituer correctement toutes les pièces d'un moteur de voiture simplement en écoutant la voiture à plusieurs kilomètres de distance :c'est fondamentalement impossible, et nous devons trouver des moyens plus directs d'étudier la rupture profonde elle-même. Ce que nous essayons de faire ici, c'est de comprendre ce qui se passe réellement à la surface de la faille lors de la rupture, parce que ces processus détiennent la clé pour comprendre la physique des tremblements de terre."

A ce stade précoce de sa carrière, M. Tarling (29 ans) espère que ce ne sera pas la dernière découverte importante à laquelle il participera.

"Ce que nous avons découvert aidera les géologues à mieux comprendre le comportement des roches le long des limites des plaques tectoniques comme les zones de subduction. Pendant longtemps, cela n'a été compris que dans un contexte théorique ou expérimental, mais notre signature nouvellement identifiée dans une faille naturelle ouvre la porte à plus de découvertes concernant les forces extrêmes qui ont façonné les continents de la Terre."