La base Carlini sur l’île King George, qui héberge le sismomètre situé le plus près de la zone sismique, et le détroit de Bransfield. Crédit : Milton Percy Placencia Linares
Dans une région éloignée, une combinaison de méthodes géophysiques identifie le mouvement du magma sous le fond marin comme cause.
Même au large des côtes de l’Antarctique, des volcans peuvent être trouvés. La séquence de plus de 85 000 tremblements de terre en 2020 a été enregistrée sur le volcan Orca, inactif depuis longtemps en haute mer, un tremblement de terre en essaim qui a atteint des proportions jusque-là inobservées dans cette région. Le fait que de tels événements puissent être étudiés et décrits avec des détails remarquables, même dans des zones aussi éloignées et donc mal équipées, est maintenant démontré par une étude d’équipe internationale publiée dans la revue. Communications Terre et Environnement.
Des chercheurs d’Allemagne, d’Italie, de Pologne et des États-Unis ont participé à l’étude, dirigée par Simon Siska du Centre allemand de recherche en géosciences (GFZ) de Potsdam. Ils ont pu combiner des techniques sismiques, géodésiques et de télédétection pour déterminer comment le transfert rapide de magma du manteau terrestre près de la limite croûte-manteau presque jusqu’à la surface a provoqué un tremblement de terre en essaim.
Volcan Orca entre la pointe de l’Amérique du Sud et l’Antarctique
Les tremblements de terre en essaim se produisent principalement dans les zones volcaniques actives. Par conséquent, on soupçonne que le mouvement des fluides dans la croûte terrestre en est la cause. Orca Marine est un grand volcan bouclier sous-marin qui s’élève à environ 900 mètres au-dessus du fond marin et a un diamètre de base d’environ 11 kilomètres. Il est situé dans le détroit de Bransfield, un canal océanique entre la péninsule antarctique et les îles Shetland du Sud, au sud-ouest de la pointe sud de l’Argentine.
Illustration de la région sismiquement active au large de l’Antarctique. Crédit : Cesca et al. 2022 ; Nature Commun Terre Environ 3, 89 (2022) ; doi.org/10.1038/s43247-022-00418-5 (CC BY 4.0)
Dans le passé, les tremblements de terre dans cette région étaient modérés. Cependant, en août 2020, un essaim sismique intense y a commencé, avec plus de 85 000 tremblements de terre en six mois. Il représente la plus grande perturbation sismique jamais enregistrée là-bas « , rapporte Simone Cesca, scientifique à la section 2.1 de physique sismique et volcanique du GFZ et auteur principal de l’étude maintenant publiée. En même temps que l’essaim, un déplacement latéral du sol de plus de dix centimètres a été enregistrée et une petite remontée d’environ un centimètre sur l’île King George voisine.
Défis de recherche dans une région éloignée
Siska a étudié ces événements avec des collègues de l’Institut national d’océanographie et de géophysique appliquée – OGS et de l’Université de Bologne (Italie), de l’Académie polonaise des sciences, de l’Université Leibniz de Hanovre, du Centre aérospatial allemand (DLR) et de l’Université de Potsdam. Le défi était qu’il y avait peu de sismographes conventionnels dans la zone éloignée, c’est-à-dire seulement deux stations sismiques et deux stations GNSS (stations au sol dans JLopal nVol sSatellites ssystème, qui mesure le déplacement de la Terre). Afin de reconstituer la chronologie des perturbations et leur évolution et d’en déterminer la cause, l’équipe a ainsi analysé les données des stations sismiques lointaines et les données des satellites InSAR, qui utilisent l’interférométrie radar pour mesurer le déplacement du sol. Une étape importante consistait à modéliser les événements avec un certain nombre de méthodes géophysiques afin d’interpréter correctement les données.
Reconstitution d’événements sismiques
Les chercheurs ont daté le début des perturbations au 10 août 2020 et ont élargi le catalogue mondial original des tremblements de terre, contenant seulement 128 tremblements de terre, à plus de 85 000 événements. L’essaim a culminé avec deux grands tremblements de terre le 2 octobre (Mw 5,9) et le 6 novembre (MW 6,0) 2020 avant de se calmer. En février 2021, l’activité sismique avait considérablement diminué.
Les scientifiques ont identifié la pénétration du magma et la migration d’un plus grand volume de magma comme la principale cause du tremblement de terre en essaim, car les processus sismiques ne peuvent à eux seuls expliquer la forte déformation de surface observée sur l’île du Roi George. La présence d’une intrusion volumétrique de magma peut être confirmée indépendamment sur la base de données géodésiques.
Commençant à leur origine, les tremblements de terre ont d’abord migré vers le haut puis latéralement : les séismes en grappes profondes sont interprétés comme une réponse à la propagation verticale du magma à partir d’un réservoir dans le manteau supérieur ou à la limite croûte-manteau, tandis que les tremblements de terre crustaux de surface s’étendent vers le nord-est et courir au sommet d’un barrage de magma en pleine croissance.Latéralement, qui atteint une longueur d’environ 20 kilomètres.
Les tremblements de terre ont diminué brusquement à la mi-novembre, après environ trois mois d’activité continue, coïncidant avec l’occurrence du plus grand de la série, d’une magnitude de 6,0 MW. La fin de l’essaim pourrait s’expliquer par la perte de pression dans le barrage de magma, accompagnant un grand glissement de faille, et pourrait indiquer le moment de l’éruption du fond marin qui, cependant, ne peut pas encore être confirmé par d’autres données.
En modélisant les données GNSS et InSAR, les scientifiques ont estimé que le volume d’intrusion de magma de Bransfield variait entre 0,26 et 0,56 kilomètre cube. Cela fait également de cet épisode la plus grande explosion rocheuse jamais observée en Antarctique.
Conclusion
Simon Siska conclut : « Notre étude représente une nouvelle enquête réussie sur les perturbations volcaniques sismiques dans un endroit éloigné de la Terre, où l’application combinée de techniques sismiques, géodésiques et de télédétection est utilisée pour comprendre les processus sismiques et le transport du magma dans des zones mal équipées. C’est l’un des rares cas dans lesquels nous pouvons utiliser des instruments géophysiques pour surveiller la pénétration du magma du manteau supérieur ou de la limite du manteau crustal à la croûte peu profonde – une transition rapide du magma du manteau à presque la surface ne prenant que quelques jours.
Référence : « Essaim de séismes massifs entraîné par une intrusion en fusion dans le détroit de Bransfield, en Antarctique » Par Simon Cesca, Monica Sugan, Okasz Rodzinski, Sanaz Fagidian, Peter Nimes, Simon Blanc, Jessa Petersen, Zigo Deng, Eleonora Rivalta, Alessandro Burke-Van Placencia Linares , Sebastian Hyman et Thorsten Dahme, 11 avril 2022, disponible ici. Communications Terre et Environnement.
DOI : 10.1038 / s43247-022-00418-5