Les tremblements de terre produisent des ondes sismiques avec une gamme de fréquences, du long, des mouvements de roulement qui font osciller les gratte-ciel, au saccadé, vibrations à haute fréquence qui causent d'énormes dommages aux maisons et autres structures plus petites. Une paire de géophysiciens de l'Université Brown a une nouvelle explication sur la façon dont ces vibrations à haute fréquence peuvent être produites.

Dans un article publié en Lettres de recherche géophysique , Les membres du corps professoral de Brown, Victor Tsai et Greg Hirth, proposent que les roches entrant en collision à l'intérieur d'une zone de faille lors d'un tremblement de terre sont les principaux générateurs de vibrations à haute fréquence. C'est une explication très différente de l'explication traditionnelle, disent les chercheurs, et cela pourrait aider à expliquer les modèles sismiques déroutants créés par certains tremblements de terre. Cela pourrait également aider les scientifiques à prédire quelles failles sont susceptibles de produire les séismes les plus dommageables.

"La façon dont nous pensons normalement aux tremblements de terre est que le stress s'accumule sur une faille jusqu'à ce qu'elle finisse par échouer, les deux côtés glissent l'un contre l'autre, et ce glissement seul est la cause de tous les mouvements du sol que nous observons, " dit Tsaï, professeur agrégé au département de la Terre de Brown, Sciences environnementales et planétaires. "L'idée de cet article est d'évaluer s'il y a autre chose que le simple glissement. La question de base est :si vous avez des objets qui entrent en collision à l'intérieur de la zone de faille pendant qu'elle glisse, quelle physique pourrait en résulter ?"

S'appuyant sur des modèles mathématiques décrivant les collisions de roches lors de glissements de terrain et autres coulées de débris, Tsai et Hirth ont développé un modèle qui prédit les effets potentiels des collisions de roches dans les zones de failles. Le modèle a suggéré que les collisions pourraient en effet être le principal moteur des vibrations à haute fréquence. Et la combinaison du modèle de collision avec des modèles de glissement de friction plus traditionnels offre des explications raisonnables pour les observations de tremblement de terre qui ne correspondent pas tout à fait au modèle traditionnel seul, disent les chercheurs.

Par exemple, le modèle combiné aide à expliquer les tremblements de terre répétés, des tremblements de terre qui se produisent au même endroit dans une faille et ont des formes d'ondes sismiques presque identiques. La chose étrange à propos de ces tremblements de terre est qu'ils ont souvent des magnitudes très différentes, produisent encore des mouvements du sol qui sont presque identiques. C'est difficile à expliquer par le glissement seul, mais a plus de sens avec le modèle de collision ajouté, disent les chercheurs.

"Si vous avez deux tremblements de terre dans la même zone de faille, ce sont les mêmes rochers qui s'entrechoquent - ou du moins des rochers de la même taille à peu près, " dit Tsai. " Donc, si les collisions produisent ces vibrations à haute fréquence, il n'est pas surprenant que vous obteniez les mêmes mouvements du sol à ces fréquences, quelle que soit la quantité de glissement qui se produit."

Le modèle de collision peut également aider à expliquer pourquoi les séismes dans des zones de failles plus matures - celles qui ont eu beaucoup de séismes sur une longue période de temps - ont tendance à produire moins de dommages que les séismes de même ampleur sur des failles plus immatures. Heures supplémentaires, les séismes répétés ont tendance à broyer les roches dans une faille, rendre les défauts plus lisses. Le modèle de collision prédit que des failles plus lisses avec des roches moins déchiquetées en collision produiraient des vibrations à haute fréquence plus faibles.

Tsai dit qu'il reste encore du travail à faire pour valider complètement le modèle, mais ce premier travail suggère que l'idée est prometteuse. Si le modèle s'avère effectivement valide, elle pourrait être utile pour classer les failles susceptibles de produire des séismes plus ou moins dommageables.

"Les gens ont fait certaines observations selon lesquelles des types particuliers de failles semblent générer plus ou moins de mouvement à haute fréquence que d'autres, mais il n'a pas été clair pourquoi les défauts tombent dans une catégorie ou l'autre, " a-t-il dit. " Ce que nous offrons est un cadre potentiel pour comprendre que, et nous pourrions potentiellement généraliser cela à tous les défauts du monde. Des failles plus lisses avec des structures internes arrondies peuvent généralement produire moins de mouvements à haute fréquence, tandis que des défauts plus grossiers auraient tendance à produire plus. »

La recherche suggère également que certaines idées de longue date sur le fonctionnement des tremblements de terre pourraient nécessiter une révision.

"Dans un certain sens, cela pourrait signifier que nous en savons moins sur certains aspects des tremblements de terre que nous ne le pensions, " dit Tsai. " Si la faute n'est pas toute l'histoire, alors nous avons besoin d'une meilleure compréhension de la structure de la zone de faille."