Comprendre les tremblements de terre anciens aide les chercheurs à estimer les risques posés par les tremblements de terre modernes. Rapportés dans une nouvelle étude, les géologues ont mis au point une nouvelle façon d’estimer l’intensité de ces événements anciens : prendre leur température.
Lors d’un tremblement de terre, la température à l’intérieur d’une faille augmente lorsque les deux côtés glissent l’un contre l’autre. Pour observer de près les températures de tremblement de terre, le nouveau Géochimie, Géophysique, Géosystèmes L’étude a réorienté une méthode de base de la tectonique : la thermochronométrie à base de zircon, où la quantité d’hélium perdue par un grain minéral est liée à la température à laquelle il est devenu.
La méthode est généralement utilisée pour contraindre les processus terrestres opérant à des échelles de kilomètres et de millions d’années lorsque les chaînes de montagnes sont construites et détruites, mais les chercheurs l’ont appliquée à des échelles plus petites que jamais pour détecter les températures des tremblements de terre.
« Nous poussons cette technique à ses limites », a déclaré Emma Armstrong, auteur principal de l’étude et thermochronologue à l’Utah State University. « Il n’y a pas eu beaucoup d’études réalisées sur des événements de courte durée et de haute intensité, ou à ces petites échelles spatiales et temporelles. Nous parlons ici de secondes d’augmentation de la température », a-t-elle déclaré.
Les zircons et autres minéraux présents dans la fine bande de matériau endommagé dans une faille peuvent enregistrer les températures brèves et intensément chaudes que les roches atteignent lors d’un tremblement de terre. Les molécules organiques qui y sont conservées aussi. Les scientifiques peuvent comparer les enregistrements de zircon et de molécules organiques pour identifier les tremblements de terre passés et voir à quel point il a chauffé à l’intérieur de la faille lors de ces ruptures, leur indiquant la quantité d’énergie libérée.
Les chercheurs ont testé leur technique sur la faille de Punchbowl, une faille inactive majeure parallèle à la faille active de San Andreas dans la région de Los Angeles. « Une faille paléo-San Andreas » qui était active il y a plusieurs millions d’années, comme l’a décrit Alexis Ault, co-auteur de l’étude et thermochronologue et géologue sismique de l’Université d’État de l’Utah. Auparavant, les co-auteurs Heather Savage, géologue sismique, et Pratigya Polissar, géochimiste, toutes deux à l’Université de Californie à Santa Cruz, ont utilisé la technique des molécules organiques sur les mêmes roches.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont cherché à voir dans quelle mesure les deux techniques s’accordent à travers la faille, en testant à quel point les températures de la faille pouvaient varier pendant les tremblements de terre.
Les chercheurs ont utilisé de minuscules échantillons de roches de faille endommagées, appelées gouges de faille, à l’intérieur d’une bande de deux à 10 centimètres au cœur de la déformation de la faille, ainsi que des 10 centimètres qui l’entourent. Pour estimer les températures du tremblement de terre lors de la dernière rupture de la faille, l’équipe a analysé les zircons, qui sont des minéraux résilients capables de résister aux conditions intenses d’un tremblement de terre. En mesurant la quantité d’hélium restant dans les cristaux de zircon de la faille, ils ont estimé que la faille avait atteint des températures d’environ 700 degrés Celsius dans le passé, ce qui pourrait indiquer des tremblements de terre de grande magnitude.
La plage de température basée sur le zircon chevauche les estimations précédentes basées sur la matière organique, autour de 450 à 1050 degrés Celsius, mais affine également les estimations précédentes des températures sismiques. Cela suggère que si une méthode n’est pas disponible pour prendre la température d’un tremblement de terre, les scientifiques pourraient appliquer l’autre. Les chercheurs ont également découvert que la température variait le long de la faille, en corrélation avec la largeur de cette étroite bande de roche intensément déformée.
« Nous avons théoriquement prédit cela, mais ce n’est pas couramment observé dans les ensembles de données réels », a déclaré Ault. « Donc, montrer cela et soutenir les travaux antérieurs était passionnant. »
Armstrong et Ault sont impatients d’essayer cette nouvelle méthode de thermomètre sismique sur d’autres failles importantes et visent à incorporer d’autres données pour affiner les estimations des températures et de la magnitude des séismes anciens.
« La thermochronométrie au zircon est un outil classique que nous pouvons utiliser de nouvelles manières pour identifier ce qui aurait pu être un événement catastrophique dans le passé géologique qui est autrement cryptique aujourd’hui », a déclaré Armstrong.
EM Armstrong et al, Une approche multi-proxy utilisant la thermochronométrie Zircon (U-Th) / He et la maturité thermique des biomarqueurs pour capturer de manière robuste l’augmentation de la température du tremblement de terre le long de la faille de Punchbowl, Californie, Géochimie, Géophysique, Géosystèmes (2022). DOI : 10.1029/2021GC010291
Cette histoire est republiée avec l’aimable autorisation d’Eos, hébergée par l’American Geophysical Union. Lire l’histoire originale ici.