Lorsque les scientifiques recherchent la cause d’un tremblement de terre, leurs recherches commencent souvent sous terre. Comme l’ont clairement montré des siècles d’études sismiques, c’est la collision de plaques tectoniques et le mouvement des failles et des fissures souterraines qui déclenchent principalement une secousse.
Mais les scientifiques du MIT ont découvert que certains événements météorologiques pourraient également jouer un rôle dans le déclenchement de certains séismes.
Dans un étude parue aujourd’hui dans Avancées scientifiques, les chercheurs rapportent que des épisodes de fortes chutes de neige et de pluie ont probablement contribué à une série de tremblements de terre au cours des dernières années dans le nord du Japon. Cette étude est la première à montrer que les conditions climatiques pourraient déclencher certains séismes.
« Nous constatons que les chutes de neige et autres charges environnementales à la surface ont un impact sur l’état de contrainte sous terre, et que le moment des précipitations intenses est bien corrélé au début de cet essaim de tremblements de terre », explique l’auteur de l’étude, William Frank, professeur adjoint au département du MIT. des sciences de la Terre, de l’atmosphère et des planètes (EAPS). « Ainsi, le climat a évidemment un impact sur la réponse de la Terre solide, et une partie de cette réponse est constituée par les tremblements de terre. »
La nouvelle étude se concentre sur une série de tremblements de terre en cours dans la péninsule japonaise de Noto. L’équipe a découvert que l’activité sismique dans la région est étonnamment synchronisée avec certains changements de pression souterraine et que ces changements sont influencés par les régimes saisonniers de chutes de neige et de précipitations. Les scientifiques soupçonnent que ce nouveau lien entre les séismes et le climat n’est peut-être pas propre au Japon et pourrait jouer un rôle dans le bouleversement d’autres parties du monde.
En regardant vers l’avenir, ils prédisent que l’influence du climat sur les tremblements de terre pourrait être plus prononcée avec le réchauffement climatique.
« Si nous nous dirigeons vers un climat qui change, avec des précipitations plus extrêmes, et que nous nous attendons à une redistribution de l’eau dans l’atmosphère, les océans et les continents, cela changera la façon dont la croûte terrestre est chargée », ajoute Frank. « Cela aura certainement un impact, et c’est un lien que nous pourrions explorer davantage. »
L’auteur principal de l’étude est Qing-Yu Wang, ancien chercheur associé au MIT (maintenant à l’Université Grenoble Alpes), et comprend également Xin Cui, postdoctorant à l’EAPS, Yang Lu de l’Université de Vienne, Takashi Hirose de l’Université du Tohoku et Kazushige Obara de l’Université de Vienne. Tokyo.
Vitesse sismique
Depuis fin 2020, des centaines de petits tremblements de terre ont secoué la péninsule japonaise de Noto, une bande de terre qui s’incurve vers le nord depuis l’île principale du pays jusqu’à la mer du Japon. Contrairement à une séquence sismique typique, qui commence par un choc principal qui cède la place à une série de répliques avant de s’éteindre, l’activité sismique de Noto est un « essaim de tremblements de terre » – un schéma de séismes multiples et continus sans choc principal évident ni déclencheur sismique. .
L’équipe du MIT, ainsi que leurs collègues du Japon, ont cherché à repérer dans l’essaim toute tendance pouvant expliquer les séismes persistants. Ils ont commencé par parcourir le catalogue des tremblements de terre de l’Agence météorologique japonaise, qui fournit des données sur l’activité sismique dans tout le pays au fil du temps. Ils se sont concentrés sur les séismes survenus dans la péninsule de Noto au cours des 11 dernières années, au cours desquelles la région a connu une activité sismique épisodique, y compris l’essaim le plus récent.
Avec les données sismiques du catalogue, l’équipe a compté le nombre d’événements sismiques survenus dans la région au fil du temps et a constaté que le moment des séismes avant 2020 semblait sporadique et sans rapport, par rapport à fin 2020, lorsque les tremblements de terre sont devenus plus intenses et regroupés. dans le temps, signalant le début de l’essaim, avec des séismes corrélés d’une manière ou d’une autre.
Les scientifiques ont ensuite examiné un deuxième ensemble de données de mesures sismiques prises par les stations de surveillance au cours de la même période de 11 ans. Chaque station enregistre en continu tout déplacement ou secousse locale qui se produit. Les secousses d’une station à l’autre peuvent donner aux scientifiques une idée de la vitesse à laquelle une onde sismique se déplace entre les stations. Cette « vitesse sismique » est liée à la structure de la Terre à travers laquelle se propage l’onde sismique. Wang a utilisé les mesures de la station pour calculer la vitesse sismique entre chaque station dans et autour de Noto au cours des 11 dernières années.
Les chercheurs ont généré une image évolutive de la vitesse sismique sous la péninsule de Noto et ont observé une tendance surprenante : en 2020, au moment où l’on pense que l’essaim sismique a commencé, les changements de vitesse sismique semblaient être synchronisés avec les saisons.
« Nous avons ensuite dû expliquer pourquoi nous observions cette variation saisonnière », explique Frank.
Pression de la neige
L’équipe s’est demandé si les changements environnementaux d’une saison à l’autre pourraient influencer la structure sous-jacente de la Terre de manière à déclencher un essaim de tremblements de terre. Plus précisément, ils ont examiné comment les précipitations saisonnières affecteraient la « pression des fluides interstitiels » souterrains – la quantité de pression exercée par les fluides présents dans les fissures et les fissures de la Terre dans le substrat rocheux.
« Quand il pleut ou qu’il neige, cela ajoute du poids, ce qui augmente la pression interstitielle, ce qui permet aux ondes sismiques de se propager plus lentement », explique Frank. « Lorsque tout ce poids est éliminé, par évaporation ou ruissellement, tout d’un coup, la pression interstitielle diminue et les ondes sismiques sont plus rapides. »
Wang et Cui ont développé un modèle hydromécanique de la péninsule de Noto pour simuler la pression interstitielle sous-jacente au cours des 11 dernières années en réponse aux changements saisonniers des précipitations. Ils ont alimenté les données météorologiques du modèle de cette même période, notamment les mesures quotidiennes de neige, de précipitations et de changements du niveau de la mer. Grâce à leur modèle, ils ont pu suivre les changements de pression interstitielle excessive sous la péninsule de Noto, avant et pendant l’essaim sismique. Ils ont ensuite comparé cette chronologie de l’évolution de la pression interstitielle avec leur image évolutive de la vitesse sismique.
« Nous avions des observations de vitesse sismique et le modèle de pression interstitielle excessive, et lorsque nous les avons superposés, nous avons constaté qu’ils s’adaptaient extrêmement bien », explique Frank.
En particulier, ils ont constaté que lorsqu’ils incluaient des données sur les chutes de neige, et en particulier les événements de chutes de neige extrêmes, l’ajustement entre le modèle et les observations était plus fort que s’ils ne prenaient en compte que les précipitations et d’autres événements. En d’autres termes, la série de tremblements de terre que connaissent actuellement les habitants de Noto peut s’expliquer en partie par les précipitations saisonnières, et en particulier par les fortes chutes de neige.
« Nous pouvons voir que le moment de ces tremblements de terre correspond extrêmement bien aux multiples moments où nous voyons d’intenses chutes de neige », explique Frank. «C’est bien corrélé à l’activité sismique. Et nous pensons qu’il existe un lien physique entre les deux.
Les chercheurs soupçonnent que de fortes chutes de neige et des précipitations extrêmes similaires pourraient jouer un rôle dans les tremblements de terre ailleurs, tout en soulignant que le déclencheur principal proviendra toujours du sous-sol.
« Lorsque nous voulons pour la première fois comprendre le fonctionnement des tremblements de terre, nous nous tournons vers la tectonique des plaques, car c’est et sera toujours la principale raison pour laquelle un tremblement de terre se produit », explique Frank. « Mais quelles sont les autres choses qui pourraient affecter le moment et la manière dont un tremblement de terre se produit ? C’est alors qu’on commence à passer à des facteurs de contrôle de second ordre, et le climat en fait évidemment partie.»
Cette recherche a été financée en partie par la National Science Foundation.
