Comment se forment les montagnes ? Quelles forces sont nécessaires pour creuser un bassin ? Pourquoi la Terre tremble-t-elle et tremble-t-elle ?

Les scientifiques de la Terre se penchent sur ces questions fondamentales pour mieux comprendre le fonctionnement passé et présent de notre planète. Leurs découvertes nous aident aussi à planifier l'avenir en nous préparant aux séismes, déterminer où forer pour le pétrole et le gaz, et plus. Maintenant, dans un nouveau, carte élargie des contraintes tectoniques agissant sur l'Amérique du Nord, Les chercheurs de Stanford présentent la vue la plus complète à ce jour des forces en jeu sous la surface de la Terre.

Les résultats, Publié dans Communication Nature le 23 avril, ont des implications pour la compréhension et l'atténuation des problèmes associés à la sismicité induite (séismes d'origine humaine) provenant de la récupération de pétrole et de gaz non conventionnels, surtout en Oklahoma, Texas et d'autres régions ciblées pour l'exploration énergétique. Mais ils posent également une toute nouvelle série de questions qui, espèrent les chercheurs, stimuleront un large éventail d'études de modélisation.

« Comprendre les forces de la croûte terrestre est une science fondamentale, " a déclaré le co-auteur de l'étude Mark Zoback, le professeur Benjamin M. Page de géophysique à la Stanford's School of Earth, Sciences de l'énergie et de l'environnement (Stanford Earth). "Dans certains cas, il a une application immédiate, chez les autres, il peut être appliqué des décennies plus tard à des questions pratiques qui n'existent pas aujourd'hui. »

Première synthèse continentale des données

La nouvelle recherche fournit la première synthèse quantitative des failles sur l'ensemble du continent, ainsi que des centaines de mesures des directions des contraintes de compression, la direction à partir de laquelle la plus grande pression se produit dans la croûte terrestre. La carte a été produite en compilant des mesures nouvelles et précédemment publiées à partir de forages ainsi que des inférences sur les types ou les « styles » de failles basées sur des tremblements de terre qui se sont produits dans le passé.

Les trois styles possibles de failles comprennent ou défaut normal, dans laquelle la croûte s'étend horizontalement; failles décrochantes, dans laquelle la Terre glisse sur elle-même, comme dans la faille de San Andreas; et inverse, ou poussée, faille dans laquelle la Terre se déplace sur elle-même. Chacun provoque des secousses très différentes du point de vue du danger.

"Dans nos cartes des dangers en ce moment, dans la plupart des endroits, nous n'avons pas de preuves directes du type de mécanismes sismiques qui pourraient se produire, " dit Jack Baker, un professeur de génie civil et environnemental qui n'a pas participé à l'étude. "C'est passionnant que nous soyons passés de cette hypothèse aveugle selon laquelle tout est possible à des inférences spécifiques à l'emplacement sur les types de tremblements de terre auxquels nous pourrions nous attendre."

Zoom avant

En plus de présenter une vue à l'échelle du continent des processus régissant la plaque nord-américaine, les données, qui en intègrent près de 2, 000 orientations de contraintes, 300 d'entre eux sont nouveaux pour cette étude - offrent des indices régionaux sur le comportement du sous-sol.

"Si vous connaissez une orientation de toute faille et l'état de stress à proximité, vous savez à quel point il est susceptible d'échouer et si vous devriez vous en préoccuper dans les scénarios de tremblement de terre déclenchés naturellement et déclenchés par l'industrie, " a déclaré l'auteur principal Jens-Erik Lund Snee, doctorat '20, maintenant stagiaire postdoctoral auprès du United States Geological Survey (USGS) à Lakewood, Colorado. "Nous avons détaillé quelques endroits où les modèles géodynamiques précédemment publiés concordent très bien avec les nouvelles données, et d'autres où les modèles ne s'accordent pas du tout."

Dans l'est des États-Unis, par exemple, le style de failles révélé par l'étude est exactement le contraire de ce à quoi on s'attendrait, car la surface « rebondit » lentement à la suite de la fonte des calottes glaciaires qui couvraient la majeure partie du Canada et le nord des États-Unis quelque 20, il y a 000 ans, selon Lund Snee. La découverte que les contraintes de rebond sont bien inférieures à celles déjà stockées dans la croûte par la tectonique des plaques permettra aux scientifiques de mieux comprendre le potentiel sismique dans cette région.

Dans l'ouest des États-Unis, les chercheurs ont été surpris de voir des changements dans les types de contraintes et les orientations sur de courtes distances, avec des rotations majeures se produisant sur des dizaines de kilomètres seulement, une caractéristique que les modèles actuels de la dynamique de la Terre ne révèlent pas.

"Il est juste beaucoup plus clair maintenant comment le stress peut systématiquement varier à l'échelle d'un bassin sédimentaire dans certaines zones, " a déclaré Zoback. "Nous voyons des choses que nous n'avons jamais vues auparavant qui nécessitent une explication géologique. Cela nous apprendra de nouvelles choses sur le fonctionnement de la Terre."