T?ranganui Knoll est une montagne sous-marine (mont sous-marin) au large des côtes de la Nouvelle-Zélande qui a été le site d'une expédition de forage du Programme international de découverte des océans. Le mont sous-marin entrera un jour en collision avec la zone de subduction de Hikurangi, conduisant à des conditions qui génèrent et amortissent les tremblements de terre. Crédit :Andrew Gase/Institut national de recherche sur l'eau et l'atmosphère
Les zones de subduction – des endroits où une plaque tectonique plonge sous une autre – sont les endroits où se produisent les tremblements de terre les plus importants et les plus dommageables au monde. Une nouvelle étude a révélé que lorsque les montagnes sous-marines, également appelées monts sous-marins, sont entraînées dans des zones de subduction, non seulement ils préparent le terrain pour ces puissants tremblements de terre, mais aussi créer des conditions qui finissent par les amortir.
Les résultats signifient que les scientifiques devraient surveiller plus attentivement des zones particulières autour d'un mont sous-marin subductif, les chercheurs ont dit. Cette pratique pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre et prévoir où les futurs séismes sont les plus susceptibles de se produire.
« La Terre devant le mont sous-marin en sous-sol devient cassante, privilégiant les tremblements de terre puissants alors que la matière derrière elle reste molle et faible, permettant de relâcher le stress plus doucement, " a déclaré le co-auteur Demian Saffer, directeur de l'Institut de géophysique de l'Université du Texas (UTIG), une unité de recherche de l'Université du Texas à Austin Jackson School of Geosciences.
L'étude a été publiée le 2 mars dans Géosciences de la nature et était dirigé par Tian Sun, qui est actuellement chercheur scientifique à la Commission géologique du Canada. Les autres co-auteurs incluent Susan Ellis, un scientifique de l'institut de recherche néo-zélandais GNS Science. Saffer a supervisé le projet et était le conseiller postdoctoral de Sun à Penn State lorsqu'ils ont commencé l'étude.
Les chercheurs ont utilisé un modèle informatique pour simuler ce qui se passe lorsque les monts sous-marins pénètrent dans les tranchées océaniques créées par les zones de subduction. Selon le modèle, quand un mont sous-marin s'enfonce dans une tranchée, le sol devant lui devient cassant, à mesure que sa lente progression évacue l'eau et compacte la Terre. Mais dans son sillage, le mont sous-marin laisse une traînée de sédiments humides plus doux. Le dur, la roche cassante peut être une source de puissants tremblements de terre, au fur et à mesure que les forces générées par la plaque de subduction s'y accumulent, mais l'affaiblissement, le matériau humide derrière le mont sous-marin crée un contraire, effet d'amortissement sur ces tremblements et tremblements.
Les chercheurs ont intégré les données d'échantillons de roches et de sédiments subductifs autour des monts sous-marins, comme ces carottes qui ont été forées au large du Japon en 2000. Les carottes contiennent un mélange de roche, sédiments et de l'eau et donnent aux chercheurs un aperçu de ce qui se passe lorsqu'un mont sous-marin est situé entre des plaques tectoniques. Crédit :Demian Saffer
Bien que les monts sous-marins se trouvent partout au fond de l'océan, les profondeurs extraordinaires auxquelles la subduction se produit signifie que l'étude ou l'imagerie d'un mont sous-marin en subduction est extrêmement difficile. C'est pourquoi jusqu'à présent, les scientifiques ne savaient pas si les monts sous-marins pouvaient affecter le style et la magnitude des séismes de la zone de subduction.
La recherche actuelle a abordé le problème en créant une simulation informatique réaliste d'un mont sous-marin subductif et en mesurant les effets sur la roche et les sédiments environnants, y compris les interactions complexes entre les contraintes dans la Terre et la pression des fluides dans le matériau environnant. L'obtention de données réalistes pour le modèle impliquait de mener des expériences sur des échantillons de roche collectés dans des zones de subduction par des forages océaniques scientifiques au large du Japon.
Les scientifiques ont déclaré que les résultats du modèle les avaient complètement pris par surprise. Ils s'attendaient à ce que la pression de l'eau et le stress brisent les matériaux à la tête du mont sous-marin et affaiblissent ainsi les roches, pas les renforcer.
"Le mont sous-marin crée une boucle de rétroaction dans la façon dont les fluides sont expulsés et la réponse mécanique de la roche aux changements de pression du fluide, " dit Ellis, qui a co-développé le code numérique au cœur de l'étude.
Les scientifiques sont convaincus que leur modèle est robuste car le comportement sismique qu'il prédit correspond systématiquement au comportement des séismes réels.
Le forage océanique scientifique à partir de navires de recherche tels que le JOIDES Resolution fournit une source clé de données sur ce qui se passe lorsqu'une montagne sous-marine entre en collision avec une zone de subduction. Crédit :Joshua Mountjoy
Alors que la roche affaiblie laissée dans le sillage des monts sous-marins peut amortir les grands tremblements de terre, les chercheurs pensent que cela pourrait être un facteur important dans un type de tremblement de terre connu sous le nom d'événement de glissement lent. Ces tremblements de terre au ralenti sont uniques car ils peuvent prendre des jours, des semaines et même des mois à se dérouler.
Laura Wallace, chercheur à l'UTIG et au GNS Science, qui a été le premier à documenter les événements de glissement lent en Nouvelle-Zélande, a déclaré que la recherche était une démonstration de la façon dont les structures géologiques de la croûte terrestre, comme les monts sous-marins, pourrait influencer tout un spectre d'activité sismique.
"Les prédictions du modèle concordent très bien avec ce que nous voyons en Nouvelle-Zélande en termes d'endroit où se produisent les petits tremblements de terre et les secousses par rapport au mont sous-marin, " dit Wallace, qui ne faisait pas partie de la présente étude.
Sun pense que leurs enquêtes ont contribué à combler un manque de connaissances sur les monts sous-marins, mais cette recherche bénéficiera de plus de mesures.
« Nous avons encore besoin d'imagerie géophysique à haute résolution et de surveillance des tremblements de terre en mer pour mieux comprendre les modèles d'activité sismique, " dit Soleil.
