Que peuvent nous dire les mouvements cachés du sous-sol sur les tremblements de terre, les éruptions et même le changement climatique ? Les scientifiques de la NASA utilisent des données recueillies à 400 milles au-dessus de la Terre pour le savoir.
Rampant, montant, tombant, glissant, certaines parties de la Terre sont en mouvement perpétuel. Les mouvements sont généralement trop infimes pour que les sens humains les remarquent, mais ils offrent des indices sur des changements plus importants qui se produisent à l’intérieur des volcans, le long des lignes de faille et là où les plaques tectoniques se rencontrent et s’affrontent. C’est pourquoi les scientifiques du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud utilisent des outils avancés et des analyses de données créatives pour trouver et surveiller les surfaces en mouvement de la Terre. Voici quelques choses qu’ils ont apprises récemment.
Déplacer des montagnes
Les géologues devaient autrefois se rendre sur le terrain encore et encore pour collecter des données sur les mouvements de la Terre, en utilisant des technologies telles que le GPS et en traçant chaque nouvelle mesure sur des cartes topographiques. Dans les années 1990, des scientifiques du JPL et d’ailleurs ont mis au point une nouvelle technique de traitement des données qui leur a permis d’obtenir des images extrêmement précises à l’aide d’un radar suffisamment petit pour être monté sur un avion ou un satellite.
Alors que ces nouvelles données commençaient à s’accumuler, « c’était comme si vous voyiez des cartes prendre vie », a déclaré Paul Lundgren, responsable du groupe Earth Surface and Interior du JPL. Dans certains cas, dit-il, « vous pouviez presque intuitivement comprendre le type de mécanisme qui provoquait une éruption volcanique ».
Les agences spatiales du monde entier ont commencé à lancer des instruments satellites utilisant la nouvelle technologie – appelée radar interférométrique à synthèse d’ouverture ou InSAR – et les découvertes de cette nouvelle façon de regarder la planète étaient inévitables. L’un s’est produit en 2018 lorsque les autorités chiliennes ont demandé au groupe de Lundgren d’évaluer si un volcan appelé Nevados de Chillán était sur le point d’entrer en éruption. En étudiant une année d’images InSAR, Lundgren n’a vu aucun changement dans le pic chilien. Mais il a remarqué qu’un autre volcan argentin nommé Domuyo gonflait rapidement, signe d’une éruption potentielle.
En vérifiant les données antérieures, Lundgren et Társilo Girona (un boursier postdoctoral au JPL à l’époque qui est maintenant à l’Université d’Alaska, Fairbanks) ont découvert que Domuyo s’était en fait dégonflé entre 2008 et 2011. Il a commencé à gonfler à la mi-2014, augmentant d’environ 20 pouces. (50 centimètres) au moment où Lundgren l’a repéré. Domuyo a culminé en 2020 et se dégonfle à nouveau sans avoir éclaté.
Après une analyse supplémentaire des données de température de la surface terrestre provenant des instruments satellites du spectromètre d’imagerie à résolution moyenne de la NASA, Lundgren et Girona ont conclu que tandis que la montée du magma provoque le gonflement de Domuyo, les gaz du magma peuvent se dissiper à travers la roche, réduisant la pression à l’intérieur de la montagne. Le gaz qui s’échappe produit parfois une explosion mineure sur les pentes, mais le volcan finit par se dégonfler sans que la pression ne se transforme en une explosion majeure.
« Domuyo n’a pas éclaté depuis 100 000 ans, donc ce comportement s’est probablement produit au fil du temps », a déclaré Lundgren. « Tout de même, nous devons continuer à le regarder. »
Les scientifiques recherchent dans les données satellitaires InSAR d’autres volcans dans le monde qui montent et descendent épisodiquement. « Il pourrait y avoir un comportement qui, si vous pouviez le comprendre, vous pourriez être en mesure de prédire quand quelque chose va éclater », a déclaré Lundgren.
Défauts collants
Les tremblements de terre se produisent à des endroits où les deux côtés d’une ligne de faille se sont collés ou verrouillés. Au fur et à mesure que les plaques tectoniques sous la faille continuent de se déplacer, les contraintes s’accumulent sur la zone verrouillée jusqu’à ce que la faille se déchire.
Cependant, tous les défauts ne sont pas verrouillés. Prenez la Hayward Fault, considérée comme l’une des deux failles les plus dangereuses de Californie. S’étendant sur 120 kilomètres le long du côté est de la baie de San Francisco sous des terres densément peuplées, la faille a maintenant dépassé sa moyenne de 150 ans entre les tremblements de terre.
« La faille de Hayward est inhabituelle », a déclaré Eric Fielding, scientifique du JPL. « Des parties de la faille glissent continuellement, un mouvement que nous appelons le fluage de la faille. » Les failles rampantes sont moins susceptibles de produire de grands tremblements de terre car le mouvement soulage une grande partie de la contrainte. Avec des données collectées à partir de dizaines de vols InSAR aéroportés de la NASA depuis 2009, Fielding et ses collègues cartographient où la faille de Hayward se glisse pour mieux comprendre quelle partie de celle-ci est susceptible de glisser lors du prochain grand tremblement de terre. Ces informations pourraient aider les planificateurs à mieux se préparer.
Zhen Liu du JPL utilise des données InSAR, des mesures GPS et des modèles numériques pour étudier un autre type de mouvement dans le nord-ouest du Pacifique sujet aux tremblements de terre, où la plaque tectonique Juan de Fuca plonge au large sous la plaque nord-américaine. La petite plaque Juan de Fuca accroche la terre au-dessus d’elle et entraîne la côte vers l’est pendant environ 14 mois à la fois. Finalement, le stress devient trop grand et pendant deux semaines, la terre glisse lentement vers l’ouest.
Des événements de glissement lent se répétant régulièrement comme celui-ci ont également été observés en Nouvelle-Zélande et ailleurs. Lorsque ces schémas changent, a noté Liu, « il y a de plus en plus de preuves que des événements à glissement lent peuvent être des signes avant-coureurs de grands tremblements de terre ». Dans une étude récente avec Yingdi Luo de Caltech, Liu a suggéré que le cycle de 14 mois dans le Nord-Ouest pourrait s’accélérer avant le prochain grand tremblement de terre.
Fielding et Liu attendent avec impatience le lancement en 2024 de la mission NASA-Indian Space Research Organization Synthetic Aperture Radar (NISAR), qui fournira une mine de nouvelles données InSAR. NISAR observera chaque emplacement sur Terre tous les 12 jours – une meilleure couverture que les satellites existants – augmentant les chances de repérer des mouvements terrestres inhabituels et améliorant les capacités d’alerte précoce.
soulèvement canadien
La réduction des risques liés aux aléas naturels n’est pas la seule raison d’étudier le mouvement de la surface de la Terre. Les scientifiques veulent également comprendre comment les processus naturels interagissent avec le changement climatique induit par l’homme.
Un exemple de ceci est la façon dont la flexion et le redressement de la plaque tectonique nord-américaine affectent le niveau de la mer de la Floride à l’Arctique. Au cours de la dernière période glaciaire, des calottes glaciaires de plusieurs kilomètres d’épaisseur se sont accumulées sur la moitié nord de la plaque tectonique nord-américaine, l’écrasant dans le manteau en dessous (30 à 50 milles, ou 50 à 80 kilomètres, plus bas). La surface du Canada moderne s’est effondrée à mesure que le matériau du manteau s’écoulait sous le poids supplémentaire, et une grande partie des États-Unis modernes s’est élevée à mesure que ce matériau déplacé affluait.
Même si cela fait 8 000 ans que les calottes glaciaires ont fondu, le manteau sous l’Amérique du Nord se remet encore de la pression. Le retour des matériaux du manteau a soulevé la masse terrestre canadienne plus haut au-dessus de l’océan, suffisamment haut pour dépasser l’élévation du niveau de la mer à l’échelle mondiale. Mais le flux de matériaux du manteau vers le nord a provoqué le naufrage des côtes est et sud des États-Unis, aggravant les risques liés à l’élévation du niveau de la mer qui a accompagné le changement climatique mondial.
Pour comprendre le cours de l’élévation future du niveau de la mer, nous devons en savoir plus sur ce processus naturel. Combien de temps cela va-t-il continuer ? Jusqu’où le manteau rebondissant se déplacera-t-il ? Les scientifiques développent des modèles informatiques des processus terrestres solides pour aider à répondre à ces questions.
Récemment, le scientifique du JPL, Donald Argus, a utilisé les données des satellites NASA-German Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) et des mesures GPS et du niveau de la mer pour commencer à évaluer l’adhérence (viscosité) du manteau, qui affecte le taux de récupération en surface. . « Nous dépendons de GRACE pour les estimations de la perte de neige et de glace et pour comprendre l’élévation du niveau de la mer, mais vous devez avoir le bon modèle », a déclaré Argus.