mai 20, 2022

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Un nouveau modèle pourrait améliorer les risques sismiques dans la région du Golfe

Les montagnes de Santa Cruz définissent la géographie de la région de la baie au sud de San Francisco, protègent la péninsule de la couche marine froide du Pacifique et constituent le tristement célèbre microclimat de la région. La gamme représente également les dangers de la vie dans la Silicon Valley : les tremblements de terre le long de la faille de San Andreas.

Par rafales d’une durée de quelques secondes à quelques minutes, les tremblements de terre se sont déplacés à plusieurs mètres de la surface de la zone à la fois. Mais les chercheurs n’ont jamais été en mesure de concilier la libération rapide du stress terrestre et de la courbure de la croûte au fil des ans avec la formation de chaînes de montagnes sur des millions d’années. Désormais, en combinant des données géologiques, géophysiques, géochimiques et satellitaires, les géologues ont créé un modèle tectonique 3D qui résout ces échelles de temps.

La recherche qui apparaît dans progrès scientifique Le 25 février révèle que la construction de montagnes se produit davantage dans la période entre les grands tremblements de terre le long de la faille de San Andreas, plutôt que pendant les tremblements de terre eux-mêmes. Les résultats peuvent être utilisés pour améliorer les cartes locales des risques sismiques.

L’auteur principal de l’étude, Curtis Baden, étudiant au doctorat en géosciences à l’Université de Stanford, a déclaré Faculté des sciences de la terre, de l’énergie et de l’environnement (Terre de Stanford).

plier et casser

Les géologues estiment que les montagnes de Santa Cruz ont commencé à s’élever au-dessus du niveau de la mer il y a environ quatre millions d’années et se sont formées à la suite de la pression autour d’un coude de la faille de San Andreas. Le rift désigne la frontière entre la plaque Pacifique et la plaque nord-américaine, qui se traversent horizontalement dans un mouvement de décrochement.

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Les mesures de déformation – changements dans la forme des roches – ont montré que la surface de la Terre se tord et s’étire autour de la faille de San Andreas pendant et entre les tremblements de terre, se comportant comme une bande élastique pendant des secondes, des années et même des décennies. Mais cette approche classique ne peut pas suivre les données d’observation géologique car elle ne permet pas aux roches de produire ou de se libérer de la pression de torsion et de l’étirement, comme cela se produit finalement dans la nature – un effet observé dans les chaînes de montagnes de la Terre.

« Si vous essayez de traiter le sol comme un élastique et que vous le poussez trop loin, il dépassera sa force et n’agira plus comme du caoutchouc – il commencera à céder, et il commencera à céder », a déclaré le auteur principal de l’étude. Georges Healy, professeur de géosciences à Stanford Earth. « L’impact de la réfraction est commun à presque toutes les limites de plaques, mais il est rarement traité de manière cohérente qui vous permet de passer des tremblements de terre aux impacts à long terme. »

En permettant à la roche de se fracturer dans leur modèle, les auteurs de l’étude ont mis en lumière la façon dont les mouvements du sol associés aux tremblements de terre et les mouvements du sol entre les tremblements de terre construisent des montagnes sur des millions d’années. Les résultats ont été surprenants : alors que la communauté des sciences de la Terre imagine les tremblements de terre comme le principal moteur des processus de formation des montagnes, les simulations montrent que la majeure partie du soulèvement s’est produite dans la période entre les tremblements de terre.

« La sagesse conventionnelle est que le soulèvement permanent de la roche se produit en fait à la suite de l’énorme force du tremblement de terre », a déclaré Healy. « Cela fait valoir que le tremblement de terre lui-même soulage en fait le stress accumulé, dans une certaine mesure. »

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laboratoire en direct

Étant donné que les montagnes de Santa Cruz sont adjacentes à de nombreuses institutions de recherche, notamment Stanford, l’Université de Californie à Berkeley et l’US Geological Survey (USGS), les scientifiques ont collecté une énorme quantité d’informations sur la chaîne de montagnes au cours de plus de 100 années.

Les efforts de collecte de données géologiques et géophysiques ont été particulièrement motivés par des événements majeurs récents tels que le tremblement de terre de Loma Prieta en 1989 et le tremblement de terre de San Francisco en 1906, mais la formation des montagnes de Santa Cruz a probablement duré des centaines de milliers de petits tremblements de terre sur des millions d’années, selon les chercheurs.

En compilant l’ensemble actuel d’observations, les auteurs de l’étude ont également collecté de nouvelles données géochimiques en mesurant l’hélium gazeux piégé dans les cristaux des roches de montagne pour estimer la rapidité avec laquelle ces roches ont atteint la surface à des milliers de pieds d’en bas. Ils ont ensuite comparé ces ensembles de données avec les prédictions du modèle pour déterminer comment les tremblements de terre sont liés à la hauteur et à l’érosion de la chaîne de montagnes. Le processus a pris des années pour caractériser les matériaux afin de refléter la complexité exigée par la nature.

effets sismiques

Les chercheurs ont effectué leurs simulations à partir des montagnes de Santa Cruz qui ont commencé à s’élever il y a quatre millions d’années jusqu’à nos jours pour comprendre comment l’évolution du terrain près de la faille de San Andreas dans le temps influence les tremblements de terre récents et potentiels.

« Actuellement, les évaluations des risques sismiques dans la région de la baie de San Francisco sont basées en grande partie sur le moment des tremblements de terre au cours des dernières centaines d’années et sur les récents mouvements de la croûte », a déclaré Baden. « Ce travail montre que les études microgéologiques, qui mesurent les processus de formation des montagnes sur des échelles de temps beaucoup plus longues que les tremblements de terre individuels, peuvent également éclairer ces évaluations. »

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Les scientifiques travaillent actuellement sur un document d’accompagnement détaillant comment la cartographie des risques peut être améliorée à l’aide de ce nouveau modèle.

« Nous avons maintenant une voie à suivre en termes d’avoir un ensemble viable de mécanismes pour expliquer les différences entre les estimations à différentes échelles de temps », a déclaré Healy. « Plus nous pourrons tout reconstituer, plus nos évaluations des risques seront défendables. »

Les co-auteurs de l’étude sont David Schuster et Roland Burgmann de l’Université de Californie Berkeley. Philippe Aaron de Centre de recherche pour la gestion intégrée des risques de catastrophe (CIGIDEN) et Pontificia Universidad Católica de Chile ; Et le Julie Vosdick de Université du Connecticut. Aaron et Fosdick étaient affiliés à Stanford lorsqu’ils ont mené des recherches pour l’étude.

Cette étude a été soutenue par la subvention de carrière NSF EAR-TECT-1108 105581, le Fondo de Financiamiento de Centros de Investigación en Áreas Prioritarias ANID/FONDAP/15110017-Chile (CIGIDEN) et la Fondation Ann et Gordon Getty.


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