Un morceau de roche de la taille d’une montagne caché sous le Japon canalise les tremblements de terre.
Un morceau de roche souterrain de la taille d’une montagne pourrait affecter les trajectoires de grands tremblements de terre dans le sud du Japon.
La roche ignée dense, connue sous le nom de pluton de Kumano, se cache à environ 5 kilomètres sous la surface sous la péninsule japonaise de Kii. Il se trouve dans la croûte de la plaque continentale eurasienne. Sous cette dalle de croûte continentale, la plaque océanique des Philippines plonge vers le manteau terrestre, un processus appelé subduction. De nouvelles recherches suggèrent que le pluton lourd dans la plaque eurasienne modifie la pente de cette plongée, forçant la plaque philippine à descendre plus fortement.
Le pluton se trouve également près des épicentres de deux grands tremblements de terre des années 1940, dont chacun s’est déplacé dans des directions opposées et n’a pas traversé le pluton lui-même.
« En fin de compte, nous ne savons pas vraiment pourquoi ces tremblements de terre ne se sont pas chevauchés dans la région du pluton », a déclaré le co-auteur de l’étude, Dan Bassett, géophysicien marin au GNS Science de Nouvelle-Zélande, un service de recherche en sciences de la Terre. « Il semble jouer un rôle vraiment clé dans la nucléation de ces tremblements de terre et les empêcher de se rejoindre. » (Le point de nucléation d’un tremblement de terre est l’endroit où il commence à rompre la croûte.)
Bien qu’il se trouve relativement près de la surface, le pluton peut avoir une grande influence sur la façon dont l’eau se déplace des océans de la Terre vers son manteau. La subduction de la plaque océanique des Philippines est deux fois plus abrupte sous la pression du pluton. Cela semble créer plus de fractures dans la plaque de subduction, ce qui lui permet de transporter plus d’eau de mer vers la croûte profonde et le manteau. L’eau dans le manteau entraîne alors des choses comme des éruptions volcaniques.
Le pluton de Kumano dans le sud du Japon apparaît sous la forme d’un renflement rouge (indiquant une roche dense) au centre de cette nouvelle visualisation 3D. Le morceau de roche de la taille d’une montagne est niché dans la croûte de la plaque continentale eurasienne, sous laquelle la plaque océanique des Philippines plonge vers le manteau terrestre.
Comment la croûte se casse
La plaque philippine broie sous la plaque eurasienne au large des côtes du Japon à un rythme d’environ 1,78 pouces (4,5 centimètres) par an. Ce processus, appelé subduction, déclenche des tremblements de terre et du volcanisme. Les scientifiques utilisent des moniteurs sismiques pour essayer de comprendre les structures géologiques dans les zones de subduction, mais il s’agit souvent d’un enregistrement inégal, en particulier dans les tranchées sous-marines où placer l’équipement n’est pas facile.
La côte du Japon, cependant, est l’un des endroits les mieux surveillés au monde, d’un point de vue sismique. L’Agence japonaise pour la science et la technologie Marine-Earth (JAMSTEC) a couvert la région de Nankai Trough avec des moniteurs du fond marin, et les sismologues japonais ont également mis en place la gamme la plus dense de sismomètres de forage – des équipements de surveillance sismique enfouis profondément dans la croûte pour minimiser les perturbations du non – vibrations sismiques — sur la planète.
« Nous avons reconnu que nous avions ce gigantesque ensemble de données, qui avait gonflé pendant quelques décennies et était vraiment unique en ce sens qu’il nous permettrait de produire un modèle tridimensionnel à très haute résolution de toute la zone de subduction », a déclaré Bassett.
L’équipe n’a pas découvert le pluton de Kumano, qui est connu depuis environ 2006, mais ils ont obtenu l’image la plus claire jamais vue de la façon dont cette structure influence la zone de subduction. Ce qu’ils ont trouvé a été une surprise : la plupart des recherches sur les zones de subduction se concentrent sur la structure de la plaque qui plonge sous la surface, mais ne considèrent pas la plaque qui repose dessus. Les nouvelles découvertes indiquent que la dalle de croûte reposant sur la plaque de subduction peut être plus importante que quiconque ne l’avait imaginé.
« Nous réfléchissons beaucoup à l’angle de la dalle qui descend et n’avons pas passé beaucoup de temps à réfléchir à l’impact des propriétés de la croûte supérieure sur la dalle descendante », a déclaré Wendy Bohon, géologue à l’Incorporated Research Institutions for Seismology (IRIS), qui n’a pas participé à l’étude.
Les résultats, publiés dans la revue Nature Geoscience (ouvre dans un nouvel onglet) le 3 février, soulèvent de nouvelles questions sur le rôle du pluton dans les tremblements de terre. En 1944, un séisme de magnitude 8,1 a commencé au bord du pluton et a secoué le sol vers le nord-est. Deux ans plus tard, un tremblement de terre de magnitude 8,6 a commencé près de l’épicentre du premier séisme mais s’est rompu dans la direction sud-ouest.
« Vous avez ces points le long de failles qui ressemblent à de petits points rugueux ou, dans ce cas, à de gros points rugueux et ils peuvent empêcher le tremblement de terre de se décompresser », a déclaré Bohon, faisant référence à des structures telles que le pluton de Kumano. « Ils peuvent agir comme des points de nucléation, des endroits où les tremblements de terre commencent, ou ils peuvent agir comme un filet de sécurité, des endroits où le tremblement de terre pourrait s’arrêter. »
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On ne sait pas pourquoi le pluton a cet effet, a déclaré Bassett. Il se pourrait que la roche volcanique dense exerce une telle pression sur la plaque de subduction qu’elle résiste au genre de rupture dramatique nécessaire pour continuer un tremblement de terre. Ou cela pourrait être dû à la façon dont le pluton modifie la forme de la plaque de subduction en dessous. Au niveau du pluton, la plaque de subduction double la raideur de sa plongée vers le bas. Cela signifie que cette croûte océanique descend très profondément, très rapidement. Les tremblements de terre se produisent plus facilement à des profondeurs moins profondes où la croûte est froide et cassante, de sorte que la chute rapide pourrait limiter la zone de croûte capable de générer un tremblement de terre.
L’eau en mouvement
La trajectoire descendante abrupte de la plaque de subduction forcée par le pluton de Kumano a un impact plus clair sur la façon dont l’eau se déplace à travers la zone de subduction. Ce cycle de l’eau n’est pas directement lié aux tremblements de terre dans la région, mais il est important pour la création de magmas et pour les processus à grande échelle du manteau, a déclaré Donna Shillington, scientifique de la Terre à la Northern Arizona University qui n’a pas participé à la recherche mais qui a écrit un article News & Views sur les résultats.
Pour ces processus, le pluton semble extrêmement important, a déclaré Shillington . L’énorme structure semble créer la pression qui force la plaque de subduction dans une plongée abrupte. Cette plongée abrupte force la plaque de subduction à se déformer et à se fissurer, créant des fractures dans lesquelles l’eau de mer peut s’infiltrer. La trajectoire de la plongée influence également la destination de l’eau et les minéraux avec lesquels elle peut réagir chimiquement. Les ondes sismiques dans cette région ralentissent considérablement, suggérant une zone de serpentine minérale richement hydratée, ont découvert les chercheurs.
« Ces minéraux sont stables jusqu’à quelque part dans le stade approximatif de 400 à 600 degrés Celsius [472 degrees to 1112 degrees Fahrenheit]il doit donc être transporté avant que cette plaque ne chauffe suffisamment pour que cette eau soit libérée », a déclaré Shillington. « Cela aura donc probablement un effet plus profond.
Tout comme dans les tremblements de terre, les géoscientifiques se sont davantage concentrés sur la plaque de subduction lorsqu’ils essaient de comprendre le cycle de l’eau de la Terre profonde, a déclaré Shillington. La nouvelle étude suggère que la plaque prioritaire est également importante.
« Si nous voulons comprendre cette eau dans l’assiette, nous avons maintenant une autre variable à laquelle nous devons réfléchir », a-t-elle déclaré.
L’équipe de recherche prévoit maintenant de construire des modèles tridimensionnels de la zone de subduction dans le nord-est du Japon où le tremblement de terre de Tohoku de 2011 a pris naissance et de la zone de subduction de Hikurangi au large de l’île du Nord de la Nouvelle-Zélande. Ceux-ci devraient être prêts d’ici un an ou deux, a déclaré Bassett.
« Pouvoir comparer des modèles 3D haute résolution des structures terrestres dans les trois zones de subduction devrait nous permettre de réfléchir un peu plus attentivement à l’impact de la structure des zones de subduction sur le comportement sismique », a-t-il déclaré.
