Les scientifiques ont détecté le tremblement de terre le plus profond de tous les temps, à 467 miles (751 kilomètres) sous la surface de la Terre.

Cette profondeur place le séisme dans le manteau inférieur, où les sismologues s’attendaient à ce que les tremblements de terre soient impossibles. En effet, sous des pressions extrêmes, les roches sont plus susceptibles de se plier et de se déformer que de se briser avec une libération soudaine d’énergie. Mais les minéraux ne se comportent pas toujours exactement comme prévu, a déclaré Pamela Burnley, professeur de géomatériaux à l’Université du Nevada à Las Vegas, qui n’a pas participé à la recherche. Même à des pressions où ils devraient se transformer en différents états moins sujets aux tremblements de terre, ils peuvent s’attarder dans de vieilles configurations.

« Ce n’est pas parce qu’ils devraient changer qu’ils le feront », a déclaré Burnley à Live Science. Ce que le tremblement de terre peut révéler, alors, c’est que les frontières à l’intérieur de la Terre sont plus floues qu’on ne le reconnaît souvent.

Franchissement de la frontière

Le séisme, rapporté pour la première fois en juin dans la revue Geophysical Research Letters,était une réplique mineure à un séisme de magnitude 7,9 qui a secoué les îles Bonin au large du Japon continental en 2015. Des chercheurs dirigés par le sismologue Eric Kiser de l’Université de l’Arizona ont détecté le séisme en utilisant le réseau japonais de stations sismiques Hi-net. Le réseau est le système le plus puissant pour détecter les tremblements de terre actuellement utilisés, a déclaré John Vidale, sismologue à l’Université de Californie du Sud qui n’a pas participé à l’étude. Le séisme était petit et ne pouvait pas être ressenti à la surface, de sorte que des instruments sensibles étaient nécessaires pour le trouver.

La profondeur du tremblement de terre doit encore être confirmée par d’autres chercheurs, a déclaré Vidale à Live Science, mais la découverte semble fiable. « Ils ont fait du bon travail, donc j’ai tendance à penser que c’est probablement juste », a déclaré Vidale.

 

 

Cela fait du tremblement de terre une sorte de casse-tête. La grande majorité des tremblements de terre sont peu profonds, provenant de la croûte terrestre et du manteau supérieur dans les 62 premiers milles (100 km) sous la surface. Dans la croûte, qui ne s’étend qu’environ 20 km (12 miles) en moyenne, les roches sont froides et cassantes. Lorsque ces roches subissent un stress, a déclaré Burnley, elles ne peuvent se plier qu’un peu avant de se briser, libérant de l’énergie comme un ressort enroulé. Plus profondément dans la croûte et le manteau inférieur, les roches sont plus chaudes et sous des pressions plus élevées,ce qui les rend moins sujettes à la rupture. Mais à cette profondeur, des tremblements de terre peuvent se produire lorsque des pressions élevées poussent sur des pores remplis de fluide dans les roches, forçant les fluides à sortir. Dans ces conditions, les roches sont également sujettes à des bris cassants, a déclaré Burnley.

Ce genre de dynamique peut expliquer les tremblements de terre jusqu’à 249 miles (400 km), ce qui est encore dans le manteau supérieur. Mais même avant la réplique de Bonin en 2015, des tremblements de terre ont été observés dans le manteau inférieur, jusqu’à environ 420 miles (670 km). Ces tremblements de terre ont longtemps été mystérieux, a déclaré Burnley. Les pores des roches qui retiennent l’eau ont été fermés, de sorte que les fluides ne sont plus un déclencheur.

« À cette profondeur, nous pensons que toute l’eau devrait être chassée, et nous sommes certainement loin, très loin de l’endroit où nous verrions un comportement cassant classique », a-t-elle déclaré. « Cela a toujours été un dilemme. »

Changer les minéraux

Le problème avec les tremblements de terre plus profonds qu’environ 249 miles a à voir avec la façon dont les minéraux se comportent sous pression. Une grande partie du manteau de la planète est composée d’un minéral appelé olivine, qui est brillant et vert. Environ 249 miles plus bas, les pressions ont provoqué la réorganisation des atomes d’olivine en une structure différente, un minéral bleu-ish appelé wadsleyite. Un autre 62 miles (100 km) plus profond, la wadsleyite se réorganise à nouveau en ringwoodite. Enfin, à environ 423 miles (680 km) de profondeur dans le manteau, la ringwoodite se décompose en deux minéraux, la bridgmanite et la périclase. Les géoscientifiques ne peuvent pas sonder directement la Terre aussi loin, bien sûr, mais ils peuvent utiliser des équipements de laboratoire pour recréer des pressions extrêmes et créer ces changements à la surface. Et parce que les ondes sismiques se déplacent différemment à travers différentes phases minérales, les géophysiciens peuvent voir les signes de ces changements en examinant les vibrations causées par les grands tremblements de terre.

Cette dernière transition marque la fin du manteau supérieur et le début du manteau inférieur. Ce qui est important à propos de ces phases minérales, ce n’est pas leurs noms, mais que chacune se comporte différemment. C’est similaire au graphite et aux diamants, a déclaré Burnley. Les deux sont faits de carbone,mais dans des arrangements différents. Le graphite est la forme qui est stable à la surface de la Terre, tandis que les diamants sont la forme qui est stable profondément dans le manteau. Et les deux se comportent très différemment: le graphite est doux, gris et glissant, tandis que les diamants sont extrêmement durs et clairs. Au fur et à mesure que l’olivine se transforme en ses phrases à pression plus élevée, elle devient plus susceptible de se plier et moins susceptible de se briser d’une manière qui déclenche des tremblements de terre.

Les géologues ont été intrigués par les tremblements de terre dans le manteau supérieur jusque dans les années 1980, et ne sont toujours pas tous d’accord sur la raison pour laquelle ils s’y produisent. Burnley et son directeur de thèse, le minéralogiste Harry Green, ont été ceux qui ont trouvé une explication potentielle. Dans des expériences dans les années 1980, le couple a constaté que les phases minérales de l’olivine n’étaient pas aussi propres et propres. Dans certaines conditions, par exemple, l’olivine peut sauter la phase de wadsleyite et se diriger directement vers la ringwoodite. Et juste à la transition de l’olivine à la ringwoodite, sous une pression suffisante, le minéral pourrait en fait se briser au lieu de se plier.

« S’il n’y avait pas de transformation dans mon échantillon, il ne se briserait pas », a déclaré Burnley. « Mais à la minute où j’avais une transformation en cours et que je l’épuisais en même temps, elle se cassait. »

Burnley et Green ont rapporté leur découverte en 1989 dans la revue Nature, suggérant que cette pression dans la zone de transition pourrait expliquer les tremblements de terre en dessous de 249 miles.

 

 

Going deeper 

The new Bonin earthquake is deeper than this transition zone, however. At 467 miles down, it originated in a spot that should be squarely in the lower mantle.

One possibility is that the boundary between the upper and lower mantle is just not exactly where seismologists expect it to be in the Bonin region, said Heidi Houston, a geophysicist at the University of Southern California who was not involved in the work. The area off the Bonin island is a subduction zone where a slab of oceanic crust is diving beneath a slab of continental crust. This sort of thing tends to have a warping effect.

"It's a complicated place, we don't know exactly where this boundary between the upper and lower mantle is," Houston told Live Science.

Les auteurs de l’article soutiennent que la dalle de croûte subductrice peut s’être essentiellement déposée sur le manteau inférieur assez fermement pour y placer les roches sous une énorme quantité de stress, générant suffisamment de chaleur et de pression pour provoquer une rupture très inhabituelle. Burnley, cependant, soupçonne que l’explication la plus probable est à voir avec les minéraux qui se comportent mal – ou du moins curieusement. La croûte continentale qui plonge vers le centre de la Terre est beaucoup plus froide que les matériaux environnants, a-t-elle déclaré, ce qui signifie que les minéraux de la région pourraient ne pas être assez chauds pour compléter les changements de phase qu’ils sont censés effectuer à une pression donnée.

Encore une fois, les diamants et le graphite en sont un bon exemple, a déclaré Burnley. Les diamants ne sont pas stables à la surface de la Terre, ce qui signifie qu’ils ne se formeraient pas spontanément, mais ils ne se dégradent pas en graphite lorsque vous les collez dans des bagues de fiançailles. C’est parce qu’il y a une certaine quantité d’énergie dont les atomes de carbone ont besoin pour se réorganiser, et à la surface de la Terre, cette énergie n’est pas disponible. (Sauf si quelqu’un zappe le diamant avec un laser à rayons X.)

Quelque chose de similaire peut se produire en profondeur avec l’olivine, a déclaré Burnley. Le minéral peut être soumis à une pression suffisante pour se transformer en une phase non fragile, mais s’il fait trop froid – disons, à cause d’une dalle géante de croûte continentale froide tout autour – il peut rester olivine. Cela pourrait expliquer pourquoi un tremblement de terre pourrait provenir de la croûte inférieure: il ne fait tout simplement pas aussi chaud là-bas que les scientifiques s’y attendent.

« Ma pensée générale est que si le matériau est assez froid pour accumuler suffisamment de stress pour le libérer soudainement lors d’un tremblement de terre, il fait également assez froid pour que l’olivine ait été coincée dans sa structure olivine », a déclaré Burnley.

Quelle que soit la cause du séisme, il est peu probable qu’il se répète souvent, a déclaré Houston. Seulement environ la moitié des zones de subduction dans le monde connaissent même des tremblements de terre profonds, et le type de grand séisme qui a précédé ce séisme ultra-profond ne se produit que tous les deux à cinq ans, en moyenne.

« C’est un événement assez rare », a-t-elle déclaré.

Publié à l’origine sur Live Science.

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