Diagramme schématique montrant la géométrie d'une zone de subduction typique et la production de volcans d'arc. Crédits :Xiaotao Yang
Chez les sismologues, la géologie de la côte de l'Alaska, riche en tremblements de terre et en volcans, des îles Aléoutiennes au sud-est est fascinante, mais pas bien compris. Maintenant, avec des outils plus sophistiqués qu'avant, une équipe de l'Université du Massachusetts à Amherst rapporte de nouveaux détails inattendus sur les plaques tectoniques de la région et leurs relations avec les volcans.
La tectonique des plaques - le mouvement souterrain constant des plateaux continentaux et océaniques, se caractérise souvent par des "zones de subduction" où les plaques s'entrechoquent, l'un glissant généralement sous l'autre. Beaucoup sont des régions sujettes aux tremblements de terre et aux volcans.
L'auteur principal Xiaotao Yang dit :"Pendant longtemps, On pensait que toute la région centrale de l'Alaska avait une simple plaque de subduction. Ce que nous avons découvert, c'est qu'il existe en fait deux grandes dalles de subduction. C'est une surprise que nous voyions des différences entre ces deux dalles et les matériaux de manteau associés. Yang dit que la nouvelle recherche montre, "il y a beaucoup plus de subtilités et de variations que nous n'avions pas vues auparavant."
Yang, qui a fait ce travail à UMass Amherst avec le co-auteur Haiying Gao, est maintenant membre du corps professoral de l'Université Purdue. Écrire dans le Journal of Geophysical Research:Solid Earth , ils soulignent que le centre de l'Alaska est "un endroit idéal pour étudier la segmentation de la subduction et sa corrélation avec la distribution des volcans" car "on ne comprend pas clairement ce qui contrôle la distribution des volcans d'arc".
Yang dit que leur étude met en évidence à quel point une zone de subduction peut être complexe et comment cette complexité peut contrôler la distribution des volcans. Elle permet également de clarifier une question de longue date en sismologie :qu'est-ce qui détermine si des volcans sont présents et s'ils sont en arc de cercle, ou en grappes. Yang dit que cela dépend en partie du fait que les roches profondes du manteau au-dessus de la dalle de subduction se fondent en magma, et comment le magma est stocké dans la croûte.
Pour leurs enquêtes, Yang et Gao ont utilisé une puissante technique d'imagerie sismique qui, selon Yang, est similaire à une tomodensitométrie médicale de la Terre. Avec ça, ils ont construit un modèle de vitesse sismique détaillé de la marge Aléoutienne-Alaska de la croûte au manteau supérieur. La vitesse sismique fait référence à la vitesse à laquelle une onde sismique traverse un matériau tel que le magma ou la croûte. Les ondes voyagent plus lentement à travers une faible densité, matériau à faible vitesse par rapport aux roches environnantes, par exemple, il dit.
Le nouveau modèle des chercheurs révèle plusieurs dalles descendantes, avec différentes vitesses sismiques, épaisseurs et pendages, ils écrivent. Yang ajoute, « Une fois que nous avons pu observer les deux volcans du centre de l'Alaska pour la première fois d'une manière très précise, ce que nous voyons est un système de subduction beaucoup plus compliqué que ce que nous savions auparavant. Cette nouvelle information sur la complexité nous aide à comprendre la répartition des volcans en Alaska. C'est plus compliqué que ce que les outils pouvaient nous montrer auparavant, " il ajoute.
Leurs découvertes aident à expliquer pourquoi il y a une rupture dans l'arc des volcans appelé Denali Volcanic Gap, dit Yang. En dessous se trouve une région en forme de coin de matériau à haute vitesse sismique au-dessus de la plaque de subduction mais en dessous du manteau. Il fait relativement froid et sec sans fondre, ce qui explique pourquoi il n'y a pas de volcan dans la région.
Modèles schématiques illustrant la diversité du magmatisme le long de la zone de subduction de l'Alaska à travers les principales zones volcaniques et la brèche volcanique de Denali. Les modèles sont basés sur les principales observations sismiques de notre modèle de vitesse, correspondant aux profils verticaux de vitesse. Ce chiffre a été modifié par rapport à la figure 11 dans l'article publié, fournis par l'auteur. Crédits :Xiaotao Yang
Par contre, l'amas de volcans du champ volcanique de Wrangell n'a pas la même signature, il ajoute. Les volcans Wrangell ont des matériaux à vitesse sismique nettement basse dans la croûte. C'est un réservoir de magma assez grand qui peut expliquer pourquoi ils sont dans un amas au lieu d'un arc, Yang dit, bien que "le fait qu'il soit là aide à expliquer d'où vient le magma pour les éruptions passées".
Cette étude a été rendue possible par le réseau de capteurs sismiques de la National Science Foundation (NSF) en Alaska, dans le cadre de son programme EarthScope Transportable Array (http://www.usarray.org), Notes de Yang. Son co-auteur Gao a reçu un financement de démarrage de UMass Amherst et une subvention NSF CAREER. Ils ont également utilisé des ressources de calcul au Massachusetts Green High Performance Computing Center à Holyoke.
Yang dit que leur travail ajoute à la compréhension des sismologues de la répartition des volcans dans les Cascades dans le nord-ouest du Pacifique, Amérique du Sud et Pacifique Sud. Il espère poursuivre avec des analyses plus détaillées des réservoirs de magma dans la croûte, comment les volcans sont alimentés et en particulier, si les volcans aléoutiens ont du magma dans la croûte.
