La base Carlini sur l’île King George, qui abrite le sismomètre situé le plus près de la région sismique, et le détroit de Bransfield. Crédit : Milton Percy Plasencia Linares
Dans une région éloignée, une combinaison de méthodes géophysiques identifie le transfert de magma sous le plancher océanique comme étant la cause.
Même au large des côtes de l’Antarctique, on peut trouver des volcans. Une séquence de plus de 85 000 tremblements de terre a été enregistrée en 2020 au niveau du volcan des profondeurs Orca, inactif depuis longtemps, un séisme en essaim qui a atteint des proportions jamais observées auparavant pour cette région. Le fait que de tels événements puissent être étudiés et décrits de manière remarquablement détaillée même dans des zones aussi éloignées, et donc mal instrumentées, est maintenant démontré par l’étude d’une équipe internationale publiée dans la revue. Communications Earth and Environment.
Des chercheurs d’Allemagne, d’Italie, de Pologne et des États-Unis ont participé à cette étude, dirigée par Simone Cesca du Centre de recherche allemand pour les géosciences (GFZ) de Potsdam. Ils ont pu combiner des techniques sismologiques, géodésiques et de télédétection pour déterminer comment le transfert rapide du magma du manteau terrestre, près de la limite croûte-manteau, vers la surface a provoqué le tremblement de terre en essaim.
Le volcan Orca entre la pointe de l’Amérique du Sud et l’Antarctique.
Les séismes en essaim se produisent principalement dans les régions volcaniques actives. Le mouvement des fluides dans la croûte terrestre est donc soupçonné d’en être la cause. Le mont sous-marin Orca est un grand volcan-bouclier sous-marin d’une hauteur d’environ 900 mètres au-dessus du plancher océanique et d’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 zone sismique active au large de l’Antactique. Crédit : Cesca et al. 2022 ; nature Commun Earth Environ 3, 89 (2022) ; doi.org/10.1038/s43247-022-00418-5 (CC BY 4.0)
” Par le passé, la sismicité dans cette région était modérée. Cependant, en août 2020, un essaim sismique intense y a débuté, avec plus de 85 000 séismes en l’espace d’une demi-année. Il s’agit de la plus grande agitation sismique jamais enregistrée dans cette région”, rapporte Simone Cesca, scientifique à la section 2.1 de la physique des tremblements de terre et des volcans du GFZ et auteur principal de l’étude qui vient d’être publiée. Au même moment que l’essaim, un déplacement latéral du sol de plus de dix centimètres et un petit soulèvement d’environ un centimètre ont été enregistrés sur l’île voisine de King George.
Les défis de la recherche dans une région éloignée
Cesca 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 a peu d’instruments sismologiques conventionnels dans cette région éloignée, à savoir seulement deux stations sismiques et deux stations GNSS (stations terrestres de l’OGS). Global Navigation Satellite System qui mesurent le déplacement du sol). Afin de reconstituer la chronologie et le développement des troubles et d’en déterminer la cause, l’équipe a donc analysé en plus les données de stations sismiques plus éloignées et les données des satellites InSAR, qui utilisent l’interférométrie radar pour mesurer les déplacements du sol. Une étape importante a été la modélisation des événements avec un certain nombre de méthodes géophysiques afin d’interpréter correctement les données.
Reconstruction des événements sismiques
Les chercheurs ont antidaté le début des troubles au 10 août 2020 et étendu le catalogue sismique mondial initial, qui ne contenait que 128 séismes, à plus de 85 000 événements. L’essaim a atteint un pic avec deux grands tremblements de terre le 2 octobre (Mw 5,9) et le 6 novembre (Mw 6,0) 2020 avant de s’atténuer. En février 2021, l’activité sismique avait considérablement diminué.
Les scientifiques identifient une intrusion magmatique, c’est-à-dire la migration d’un plus grand volume de magma, comme la cause principale du tremblement de terre en essaim, car les processus sismiques ne peuvent pas expliquer à eux seuls la forte déformation de surface observée sur l’île King George. La présence d’une intrusion magmatique volumétrique peut être confirmée indépendamment sur la base de données géodésiques.
Depuis son origine, la sismicité a d’abord migré vers le haut, puis latéralement : les séismes plus profonds et groupés sont interprétés comme la 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 séismes plus profonds sont interprétés comme la réponse à la propagation verticale du magma à partir d’un réservoir dans le manteau supérieur ou à la limite croûte-manteau.Des séismes crustaux moins profonds s’étendent de NE à SO et sont déclenchés au sommet du dyke magmatique qui s’étend latéralement et atteint une longueur d’environ 20 kilomètres.
La sismicité a brusquement diminué à la mi-novembre, après environ trois mois d’activité soutenue, en correspondance avec l’apparition des plus gros séismes de la série, d’une magnitude Mw 6.0. La fin de l’essaim peut être expliquée par la perte de pression dans la digue magmatique, accompagnant le glissement d’une grande faille, et pourrait marquer le moment d’une éruption du plancher océanique qui, cependant, n’a pas encore pu être confirmée par d’autres données.
En modélisant les données GNSS et InSAR, les scientifiques ont estimé que le volume de l’intrusion magmatique de Bransfield est compris entre 0,26 et 0,56 km³. Cela fait de cet épisode également le plus grand trouble magmatique jamais suivi géophysiquement en Antarctique.
Conclusion
Simone Cesca conclut : “Notre étude représente une nouvelle investigation réussie d’une agitation sismo-volcanique dans un endroit éloigné sur Terre, où l’application combinée de la sismologie, de la géodésie et des techniques de télédétection est utilisée pour comprendre les processus sismiques et le transport magmatique dans des zones peu instrumentées. C’est l’un des rares cas où nous pouvons utiliser des outils géophysiques pour observer l’intrusion de magma du manteau supérieur ou de la limite croûte-manteau dans la croûte peu profonde – un transfert rapide de magma du manteau vers presque la surface qui ne prend que quelques jours.”
Référence : “Massive earthquake swarm driven by magmatic intrusion at the Bransfield Strait, Antarctica” par Simone Cesca, Monica Sugan, Łukasz Rudzinski, Sanaz Vajedian, Peter Niemz, Simon Plank, Gesa Petersen, Zhiguo Deng, Eleonora Rivalta, Alessandro Vuan, Milton Percy Plasencia Linares, Sebastian Heimann et Torsten Dahm, 11 avril 2022, Communications Terre & ; Environnement.
DOI: 10.1038/s43247-022-00418-5
