La faille de San Andreas en Californie est réputée pour ses tremblements de terre importants et peu fréquents. Cependant, certains segments de la faille de San Andreas (SAF) sont plutôt caractérisés par des tremblements de terre fréquents de magnitude faible à modérée et des taux élevés de fluage asismique continu ou épisodique. Avec une contrainte tectonique libérée dans un mouvement quasi constant, cela réduit le potentiel de grands tremblements de terre le long de ces segments.
Maintenant, les chercheurs affirment que des preuves omniprésentes de la séquestration géologique continue du carbone dans les roches du manteau dans les sections rampantes du SAF sont l’une des causes sous-jacentes du fluage asismique le long d’un segment SAF d’environ 150 kilomètres de long entre San Juan Bautista et Parkfield, en Californie, et le long de plusieurs autres. segments de faille.
« Bien qu’il n’y ait pas de consensus concernant la cause sous-jacente du fluage asismique, les fluides aqueux et les minéraux mécaniquement faibles semblent jouer un rôle central », déclarent les chercheurs dans un nouvel article, « Carbonation of serpentinite in creeping faults of California », publié dans Lettres de recherche géophysique.
La nouvelle étude intègre des observations sur le terrain et une modélisation thermodynamique « pour examiner les relations possibles entre la présence de serpentinite, de roche silice-carbonate et de fluides aqueux riches en CO2 dans les failles rampantes de Californie », indique le document. « Nos modèles prédisent que la carbonatation de la serpentinite conduit à la formation de talc et de magnésite, suivie de roche silice-carbonate. Alors que des expositions abondantes de roche silice-carbonate indiquent une carbonatation complète, les fluides de source riches en CO2 hébergés dans la serpentinite sont fortement sursaturés en talc à des températures élevées. Par conséquent, la carbonatation de la serpentinite est probablement en cours dans certaines parties du système de failles de San Andres et fonctionne en conjonction avec d’autres modes de formation de talc qui peuvent encore augmenter le potentiel de fluage asismique, limitant ainsi le potentiel de grands tremblements de terre.
L’article indique que parce que le talc humide est un minéral mécaniquement faible, « sa formation par carbonatation favorise les mouvements tectoniques sans grands tremblements de terre ».
Les chercheurs ont reconnu plusieurs mécanismes sous-jacents possibles provoquant un fluage asismique dans le SAF, et ils ont également noté que, parce que les taux de fluage asismique sont significativement plus élevés dans certaines parties du système SAF, un mécanisme supplémentaire ou différent – la carbonatation de la serpentinite – est nécessaire pour compte de toute l’ampleur du fluage.
Avec des fluides pratiquement partout le long du SAF, mais avec seulement certaines parties de la faille lubrifiées, les chercheurs ont considéré qu’une roche pouvait être responsable de la lubrification. Certaines études antérieures avaient suggéré que le lubrifiant pourrait être du talc, un composant mou et glissant couramment utilisé dans la poudre pour bébé. Un mécanisme bien établi pour former du talc consiste à ajouter de la silice aux roches du manteau. Cependant, les chercheurs se sont concentrés ici sur un autre mécanisme de formation de talc : l’ajout de CO2 aux roches du manteau pour former de la stéatite.
« L’ajout de CO2 aux roches du manteau – qui est le processus de carbonatation minérale ou de séquestration du carbone – n’avait pas été étudié auparavant dans le contexte de la formation de tremblements de terre ou de la prévention naturelle des tremblements de terre. En utilisant des contraintes géologiques de base, notre étude a montré où ces carbonates altérés les roches du manteau et où il y a des sources le long de la ligne de faille en Californie qui sont enrichies en CO2. Il s’est avéré que lorsque vous tracez l’occurrence et la distribution de ces types de roches et l’occurrence de sources riches en CO2 en Californie, elles s’alignent toutes le long de la faille de San Andreas dans des sections rampantes de la faille où vous n’avez pas de tremblements de terre majeurs », a déclaré Frieder Klein, auteur principal de l’article de la revue.
Klein, chercheur associé au département de chimie et géochimie marines de la Woods Hole Oceanographic Institution, a expliqué que la carbonatation est essentiellement l’absorption de CO2 par une roche. Klein a noté qu’il avait utilisé les bases de données existantes de l’US Geological Survey et Google Earth pour tracer les emplacements des roches altérées en carbonate et des sources riches en CO2.
« Les preuves géologiques suggèrent que ce processus de carbonatation minérale est en cours et que le talc est un produit de réaction intermédiaire de ce processus », a déclaré Klein. Bien que les chercheurs n’aient pas trouvé de stéatite sur les affleurements rocheux du manteau, les résultats des modèles théoriques « suggèrent fortement que la carbonatation est un processus continu et que la stéatite pourrait effectivement se former dans le SAF en profondeur », note le document.
Ces modèles théoriques « suggèrent que la séquestration du carbone avec le SAF a lieu aujourd’hui et que le processus contribue activement à lubrifier la faille et à minimiser les forts tremblements de terre dans les parties rampantes du SAF », a déclaré Klein.
Le document note également que ce mécanisme peut également être présent dans d’autres systèmes de défaillance. « Parce que les fluides aqueux riches en CO2 et les roches ultramafiques sont particulièrement courants dans les jeunes ceintures orogéniques et les zones de subduction, la formation de talc via la carbonatation minérale peut jouer un rôle essentiel dans le contrôle du comportement sismique des principales failles tectoniques dans le monde. »
« Notre étude nous permet de mieux comprendre les processus fondamentaux qui se déroulent dans les zones de failles où ces ingrédients sont présents, et nous permet de mieux comprendre le comportement sismique de ces failles, dont certaines se trouvent dans des zones densément peuplées et dont certaines sont dans des milieux peu peuplés ou océaniques », a déclaré Klein.
Frieder Klein et al, Carbonation de la serpentinite dans les failles rampantes de Californie, Lettres de recherche géophysique (2022). DOI : 10.1029/2022GL099185