Les chercheurs de Caltech ont utilisé des techniques d'imagerie avancées pour étudier l'augmentation de l'activité sismique dans le cratère de Long Valley en Californie, un supervolcan endormi. Leurs résultats suggèrent que la région n’est pas au bord d’une éruption majeure, mais connaît une activité sismique due aux processus de refroidissement.
Depuis les années 1980, les chercheurs ont observé des périodes d'instabilité distinctes dans une région située à l'est des montagnes de la Sierra Nevada en Californie, caractérisées par des séries de tremblements de terre et des périodes au cours desquelles le sol gonflait et s'élevait de près d'un demi-pouce par an. L’activité est préoccupante car la zone, connue sous le nom de Caldera de Long Valley, se trouve au sommet d’un immense volcan endormi. Le cratère de Long Valley s'est formé il y a 760 000 ans lors d'une violente éruption qui a craché 650 kilomètres cubes de cendres dans l'air - suffisamment de cendres pour recouvrir toute la région de Los Angeles d'une couche de sédiments d'un kilomètre d'épaisseur.
Une imagerie révolutionnaire révèle l’histoire intérieure
L'activité volcanique est devenue de plus en plus fréquente au cours des dernières décennies. Quelle est la raison derrière cela ? Se pourrait-il que la région se prépare à une nouvelle épidémie ? Ou bien l’augmentation de l’activité est-elle en fait le signe que le risque d’une grande éruption diminue ?
Pour répondre à ces questions, les chercheurs de Caltech ont créé l'image la plus détaillée à ce jour du sous-sol du cratère Changgu, qui atteint des profondeurs allant jusqu'à 10 kilomètres dans la croûte terrestre. Ces images à haute résolution révèlent la structure de la Terre sous le cratère et suggèrent que la récente activité sismique est causée par des fluides et des gaz libérés lorsque la zone se refroidit et s'affaisse.
La caldeira de Changgu est le site d'une éruption volcanique à grande échelle il y a 760 000 ans. Que s'est-il passé sous la surface de la caldeira de Changgu ? Une nouvelle étude utilisant des ondes sismiques pour imager l'environnement souterrain de la région a révélé que la chambre magmatique se refroidit. Pourtant, les gaz et les liquides libérés lors de la cristallisation du magma peuvent provoquer des tremblements de terre. Source : E. Biondi
Cette recherche a été menée dans le laboratoire du professeur de géophysique Zhongwen Zhan (Ph.D. '14). Un article décrivant la recherche a été publié le 18 octobre dans la revue Science Advances.
"Nous ne pensons pas que la région se prépare à une autre éruption de supervolcan, mais le processus de refroidissement pourrait libérer suffisamment de gaz et de liquides pour déclencher des tremblements de terre et de petites éruptions. Par exemple, en mai 1980, quatre tremblements de terre de magnitude 6 se sont produits dans la région", a déclaré Zhan Zhongwen.
Des images haute résolution montrent que la chambre magmatique du volcan est recouverte d'une calotte dure de roche cristalline, qui se forme lorsque le magma liquide refroidit et se solidifie.
Technologie d'imagerie innovante
Pour créer des images du sous-sol, les chercheurs déduisent à quoi ressemble l’environnement souterrain en mesurant les ondes sismiques produites par les tremblements de terre. Les tremblements de terre produisent deux types d’ondes sismiques : les ondes primaires (ondes P) et les ondes secondaires (ondes S). Les deux types d'ondes sismiques se propagent à des vitesses différentes dans des matériaux différents : les ondes sismiques se propagent lentement dans des matériaux élastiques comme les liquides mais très rapidement dans des matériaux rigides comme les roches. En utilisant des sismomètres à différents endroits, il est possible de mesurer les différences temporelles des vagues et de déterminer les propriétés du matériau qu'elles traversent - son élasticité ou sa rigidité. Les chercheurs peuvent ainsi créer une image de l’environnement souterrain.
source du tremblement de terre
Il existe des dizaines de sismomètres dans la région de Dongshan, mais la technologie utilisée par les chercheurs utilise des câbles à fibres optiques (comme ceux qui fournissent Internet) pour effectuer des mesures sismiques, un processus appelé détection acoustique distribuée (DAS). Les 100 kilomètres de câble utilisés pour imager la caldeira de Changgu équivalent à 10 000 sismomètres mono-composant. Pendant un an et demi, l'équipe a utilisé le câble pour mesurer plus de 2 000 événements sismiques, dont la plupart étaient trop petits pour que les gens puissent les ressentir. Les algorithmes d'apprentissage automatique traitent ces mesures et génèrent des images.
Cette étude est la première à utiliser le DAS pour produire des images aussi approfondies et à haute résolution. Les images d’études tomographiques locales précédentes étaient soit limitées à des environnements souterrains peu profonds d’environ 5 kilomètres de profondeur, soit couvraient des zones plus vastes à des résolutions inférieures.
"Il s'agit de la première démonstration de la façon dont le DAS peut changer notre compréhension de la dynamique de la croûte terrestre", a déclaré Ettore Biondi, scientifique du DAS à Caltech et premier auteur de l'article. "Nous sommes ravis d'appliquer des techniques similaires à d'autres domaines où nous sommes curieux de connaître les environnements souterrains."
Ensuite, l'équipe prévoit d'utiliser un câble de 200 kilomètres de long pour imager plus profondément la croûte terrestre, peut-être entre 15 et 20 kilomètres de profondeur, là où la chambre magmatique du cratère - son "cœur battant" - se refroidit.