Une zone de subduction championne

La tranchée des Tonga tient une place d'honneur dans les annales de la sismologie car c'est là que les scientifiques américains, invité à enquêter sur la terre grondant par le roi des Tonga, ont eu leur premier aperçu clair d'une zone de subduction en action.

Le papier classique que les scientifiques Bryan Isacks, Jack Oliver et Lynn Sykes publiés en 1968 ont conduit à l'acceptation de la théorie alors spéculative de la tectonique des plaques.

En 1985, le sismologue japonais Hitoshi Kawakatsu a découvert autre chose d'intéressant aux Tonga :la dalle descendante a une double zone sismique. « Il y a deux zones de séismes dans la dalle, " a déclaré Wiens. "L'un est dans la partie supérieure de la dalle et l'autre vers le milieu de la dalle."

Vienne, qui étudie la zone de subduction des Tonga depuis le début des années 1990, dit que c'est un grand laboratoire naturel parce que ses caractéristiques sont si extrêmes. Le fond de l'océan qui y plonge est plus vieux et plus froid que la plupart des autres dalles de subduction. Il évolue aussi très vite.

« Dans la partie nord de la tranchée des Tonga, la dalle bouge de 9 pouces par an, " dit Wiens. " La faille de San Andreas, par comparaison, bouge de 2 pouces par an."

Et la dalle de subduction a une autre bizarrerie utile. Il ne descend pas dans la tranchée à une vitesse uniforme mais descend beaucoup plus vite à l'extrémité nord de la tranchée qu'à l'extrémité sud.

Cela signifie que la dalle se réchauffe à des vitesses différentes le long de sa longueur. "C'est comme pousser une barre de chocolat froide dans une casserole bouillonnante de pudding, " dit Wiens. " Si vous poussez lentement, le chocolat a une chance de se réchauffer et de fondre, mais si tu pousses vite, le chocolat reste froid plus longtemps."

C'est une configuration parfaite pour étudier le phénomène dépendant de la température.

La surprise

Lorsque Wei a analysé les données des Tonga, il a vu la double zone sismique que le scientifique japonais avait découverte. « Nous allons à peu près faire le suivi de cet article de 1985, " il a dit.

"Là où la double zone sismique a commencé à s'effondrer aux Tonga, cependant, nous avons vu cette zone très active de tremblements de terre que nous avons appelée la ceinture sismique, " Wiens a dit. " C'était une surprise; on ne s'y attendait pas."

Pourquoi l'éclatement soudain des tremblements de terre lors de la descente de la dalle ? L'indice révélateur était que l'éclatement s'est incliné vers le haut du nord au sud le long de la dalle. Plus la dalle bougeait vite, plus les tremblements de terre sont profonds, et plus la dalle est lente, moins les tremblements de terre sont superficiels.

La ceinture sismique inclinée a indiqué aux scientifiques que le mécanisme déclenchant les tremblements de terre était sensible à la température. "Nous pensons que les tremblements de terre se produisent lorsque le manteau de la dalle descendante devient suffisamment chaud pour libérer son eau, ", a déclaré Wien.

"Les gens ont déjà proposé ce mécanisme, mais c'est le pistolet fumant, " Wiens a poursuivi. " La sismicité change la profondeur d'une manière qui est corrélée avec le taux de subduction et la température de la dalle. "

Le cycle des eaux profondes

Mais d'où vient l'eau, et pourquoi est-il libéré soudainement?

L'intérieur de la plaque Pacifique est exposé à l'eau de mer car la plaque est tirée sous la plaque Tonga et des failles s'ouvrent sur sa surface supérieure, dit Wei. L'eau de mer réagit avec la roche pour former des minéraux hydratés (minéraux qui contiennent de l'eau dans leur structure cristalline) de la famille des serpentines. Le plus abondant de ces minéraux de serpentine est une pierre verte appelée antigorite.

Mais à mesure que la dalle descend et que la température et la pression augmentent, ces minéraux hydratés deviennent instables et se décomposent par des réactions de déshydratation, dit Wei.

Cette libération soudaine de grandes quantités d'eau est ce qui déclenche les tremblements de terre.

"La température que nous prédisons dans les emplacements des tremblements de terre suggère fortement que les minéraux se déshydratent très profondément dans la zone de subduction des Tonga, dit Peter van Keken, membre du personnel scientifique de la Carnegie Institution for Science et co-auteur de l'article.

Les "diagrammes de phases" des réactions de déshydratation de l'antigorite se chevauchent parfaitement avec la pression et la température de la dalle au niveau de la ceinture sismique.

Mais les diagrammes de phase ne sont pas si fiables à ces températures et profondeurs extrêmes. Alors Wei, pour un, aimerait voir plus de données de laboratoire sur le comportement de l'antigorite et d'autres minéraux hydratés à haute température et pression pour cerner le mécanisme.

Pour lui, la partie la plus excitante de la recherche est la preuve de l'eau à 180 milles sous la surface.

" Nous ne savons actuellement pas quelle quantité d'eau atteint la Terre profonde ou jusqu'où l'eau peut enfin atteindre, " dit Wei. " En d'autres termes, nous ne savons pas combien d'eau est stockée dans le manteau, qui est un facteur clé pour le bilan hydrique de la Terre."

L'eau là-bas peut être aussi importante pour nous que l'eau ici. On dirait que l'eau est le lubrifiant qui huile la machine qui recycle la croûte terrestre.

« L'ensemble de données des Tonga est un si grand coffre au trésor que nous exploiterons pendant de nombreuses années à venir, ", a déclaré Wei. "Les Tonga ont beaucoup plus d'histoires à nous raconter sur l'intérieur de la Terre."