Volcans sous-marins, subduction et séismes// Seamounts, subduction and earthquakes

Selon une nouvelle étude conduite par des chercheurs de l’Université de Memphis, et publiée en novembre 2023 dans le Journal of Geophysical Research : Solid Earth, un ancien volcan – ou mont – sous-marin (seamount en anglais) à cheval sur une plaque tectonique en train de s’enfoncer par subduction au large des côtes japonaises pourrait avoir déclenché plusieurs séismes majeurs inexpliqués par frottement contre une autre plaque tectonique située au-dessus.
Le volcan sous-marin éteint, connu sous le nom de Daiichi-Kashima Seamount, se trouve sur la plaque tectonique Pacifique, à environ 40 kilomètres de la côte est du Japon. C’est là que se rencontrent trois plaques tectoniques : la plaque Pacifique à l’est et la plaque Philippine au sud, qui glissent toutes deux sous la plaque Okhotsk au nord.

Contexte tectonique au Japon (Source : Wikipedia)

Le Daiichi-Kashima Seamount se trouve sur une partie de la plaque qui a commencé à s’enfoncer dans le manteau terrestre il y a entre 150 000 et 250 000 ans. Toutefois, ce volcan sous-marin est encore suffisamment proche de la surface – moins de 50 km de profondeur – pour déclencher des séismes. Alors que la majorité de l’activité sismique autour du Daiichi-Kashima Seamount se manifeste par de petites secousses, on a aussi enregistré plusieurs séismes avec des magnitudes M 7,0 et 7,8 en 1982 (M 7,0), 2008 (M 7,0) et 2011 (M 7,8). Jusqu’à présent, personne n’avait réussi à expliquer les causes de leur déclenchement.
Lorsqu’une plaque tectonique s’enfonce sous une autre plaque, les volcans sous-marins (seamounts) qui se trouvent à sa surface frottent la base de la plaque qui les surmonte. Une étude de 2008 a expliqué que ce frottement était trop faible pour déclencher de puissants séismes : il ne génère que de très petites secousses.

Source : ScienceDirect

Cependant, des données plus récentes laissent supposer le contraire. Les données sismiques recueillies au fond de l’océan au Japon indiquent que les monts sous-marins rencontrent une énorme résistance lorsqu’ils se déplacent à la surface d’une plaque subductrice et restent parfois bloqués. On peut lire dans l’étude que « le mont sous-marin lui-même est quasiment immobile, car il doit faire fasse à de très forts frottements. »
À mesure que le volcan sous-marin s’enfonce sous la plaque qui le surmonte, les contraintes s’accumulent sur son bord d’attaque. La zone située autour du volcan sous-marin se verrouille tandis que le reste de la plaque subductrice continue sa descente dans le manteau terrestre. « Les contraintes deviennent très fortes et au bout d’un certain temps, elles migrent vers l’intérieur. « Cette accumulation de contraintes ne peut pas continuer indéfiniment, et une libération brutale se produit lorsque le volcan sous-marin se libère brusquement de la plaque qui le surmonte. La plaque dominante donne un à-coup dans la direction opposée, ce qui déclenche un nouveau type de séisme que les auteurs de l’étude ont appelé « séisme de blocage ».
Des séismes de blocage ont peut-être déclenché des tsunamis dans le passé. Les dépôts de sédiments le long de la côte Est du Japon indiquent que d’énormes vagues ont frappé le littoral en 1677, après qu’un séisme ait secoué une zone de chevauchement avec le Daiichi-Kashima Seamount. Selon l’étude, « la rupture du volcan sous-marin en processus de subduction constitue la source la plus probable de ces grands séismes déclencheurs de tsunamis ».

Volcan sous-marin Minami Kasuga-2 dans l’océan Pacifique (Source : Université de Memphis)

Source  : Live Science.

———————————————-

According to a new study by University of Memphis researchers, published in November 2023 in the Journal of Geophysical Research: Solid Earth, an ancient underwater volcano riding a sinking tectonic plate off the coast of Japan may have unleashed several unexplained major earthquakes by grinding against another tectonic plate above it.

The extinct underwater volcano, known as Daiichi-Kashima seamount, sits on the Pacific tectonic plate about 40 kilometers off Japan’s east coast. There, three tectonic plates intersect, with the Pacific plate to the east and the Philippine plate to the south both slipping beneath the Okhotsk plate to the north. The seamount sits on a section of the plate that began descending into Earth’s mantle between 150,000 and 250,000 years ago. But the seamount is still close enough to the surface to trigger earthquakes, as it currently sits less than 50 km deep. While the majority of the seismic activity around the seamount manifests as small tremors, there have been several earthquakes between magnitudes M 7.0 and 7.8 in 1982 (M 7.0), 2008 (M 7.0) and 2011 (M 7.8) that previous research has failed to explain.

When a tectonic plate subducts beneath another plate, the seamounts peppered across its surface scrape against the bottom of the overriding plate. A 2008 study suggested this friction was too weak to trigger earthquakes, creating only very small tremors.

However, newer data indicate the opposite. Seismic information gathered at the bottom of the ocean in Japan indicates seamounts encounter huge resistance as they ride along on a subducting plate and sometimes become stuck. One can read in the study that « the seamount itself is almost stationary, because it has very strong friction.

As the seamount digs into the overriding plate, stress accumulates on its leading edge. The region around the seamount becomes locked and grinds to a halt, while the rest of the subducting plate continues its creeping descent into Earth’s mantle. « Stress increases at the edge of the seamount and after some time, the stress propagates and migrates inward. » This buildup cannot continue infinitely, and the stress is eventually released when the seamount suddenly frees itself from the overriding plate and jerks forward. The overriding plate jolts in the opposite direction, triggering a new kind of earthquake that the authors of the study called a « hang-up » earthquake.

Hang-up earthquakes may have unleashed tsunamis in the past. Sediment deposits along Japan’s east coast indicate huge waves battered the coastline in 1677, after an earthquake shook an area overlapping with the Daiichi-Kashima seamount. According to the study, « the rupture of the subducted seamount thus provides the most plausible source for these great tsunami earthquakes. »

Source : Live Science.

Yellowstone, un vrai point chaud? Pas si sûr! // Is Yellowstone a real hotspot? Not so sure!

drapeau-francaisJusqu’à présent, la théorie généralement acceptée sur les origines de Yellowstone est que le soi-disant supervolcan est né à partir d’un point chaud, autrement dit un panache mantellique émergeant des profondeurs de notre planète. Une récente simulation montre que l’hypothèse conventionnelle est probablement erronée. Il semblerait que le panache était dans l’incapacité d’atteindre la surface car il était bloqué par une ancienne plaque tectonique. Il s’agirait de la plaque Farallon, si l’on se réfère à une étude publiée en 2012. En effet, ce n’est pas la première fois que cette nouvelle approche de Yellowstone est diffusée par les revues scientifiques.
Les résultats de la simulation, la première de son genre à reproduire l’interaction complexe entre un panache mantellique et une plaque tectonique en train de s’enfoncer, ont été présentés le mois dernier dans Geophysical Research Letters.
Des géologues de l’Université de l’Illinois ont réussi à reproduire deux choses en laboratoire : d’une part, l’histoire de la tectonique des plaques dans la région et, d’autre part, l’image géophysique de l’intérieur de la Terre. Non seulement les chercheurs ont réussi à créer une vue en trois dimensions de l’intérieur de Yellowstone, mais ils l’ont fait sur les 40 derniers millions d’années, afin d’essayer de recréer les éruptions qui se sont produites aux États-Unis entre l’Oregon et le Wyoming. Cependant, ils ont constaté qu’il leur était impossible de recréer la plupart des éruptions récentes en raison de la présence d’une plaque qui avait été entraînée en profondeur dans le manteau terrestre il y a environ 100 millions d’années, époque où les plaques Pacifique et nord-américaine ont commencé à converger.
Selon les scientifiques, le manteau autour de la plaque en train de s’enfoncer a provoqué une très forte pression à l’avant de cette dernière. La simulation montre qu’il y a 15 millions d’années, cette pression est devenue tellement importante que la plaque a commencé à se déchirer. Le panache qui se trouvait en dessous est passé à travers la plaque, ce qui a entraîné d’énormes épanchements de lave qui semblent correspondre aux basaltes du plateau de Steens-Columbia River.
Malgré le trou béant dans le centre de la plaque, le panache n’a pas continué à passer à travers elle parce que le manteau était très visqueux. Au fur et à mesure que la plaque continuait à s’enfoncer, elle entraînait avec elle le manteau environnant ce qui, en fin de compte, a obstrué le trou et empêché le panache d’atteindre la surface pendant les 15 millions d’années qui ont suivi.
L’hypothèse privilégiée jusqu’à présent ne peut pas expliquer la suite d’éruptions volcaniques qui a eu lieu depuis les premiers vastes épanchements basaltiques, y compris la formation de la caldeira de Yellowstone qui s’est produite il y a seulement 2,1 millions d’années. En conséquence, il faudra trouver une nouvelle explication pour la formation de Yellowstone, ainsi qu’une source de chaleur supplémentaire! Un chercheur pense que cette source pourrait se trouver au niveau de la dorsale Juan de Fuca dans l’Océan Pacifique. Bien que cette dorsale se trouve aujourd’hui à près de 1600 kilomètres du point chaud de Yellowstone, elle aurait pu facilement affecter le milieu de la plaque nord-américaine. Comme il se trouve tout juste à l’ouest de la zone de subduction de Cascadia, le jeune plancher océanique plonge facilement sous la plaque nord-américaine. Il se peut, il y a plusieurs millions d’années, que certains événements aient fait apparaître une grande quantité de chaleur au sein de la plaque Juan de Fuca alors qu’elle s’enfonçait sous la plaque nord-américaine. Cela aurait fait apparaître un chapelet d’éruptions volcaniques et finalement contribué à former la caldeira de Yellowstone dans les Montagnes Rocheuses.
Quelle que soit l’origine du volcanisme de Yellowstone, la simulation démontre que les plaques tectoniques ont joué un rôle beaucoup plus important qu’on le pensait dans tout le volcanisme de cette région.
Source: Scientific American: http://www.scientificamerican.com/

———————————-

drapeau-anglaisUp to now, the common theory about the origins of Yellowstone was that the so-called supervolcano was born from a hotspot, in other words a mantle plume emerging from our planet’s core. But a new simulation shows that the conventional hypothesis was wrong. The plume could not have reached the surface because it was blocked by a slab from an ancient tectonic plate.
The simulation results of the model, which is the first to replicate the complex interaction between a mantle plume and a sinking slab, were detailed last month in Geophysical Research Letters.
Geologists at the University of Illinois built the model to replicate both the plate tectonic history of the surface and the geophysical image of Earth’s interior. Not only did the researchers create a three-dimensional view of Yellowstone’s interior, they did so over the past 40 million years in an attempt to re-create the eruptions that have dotted the U.S. from Oregon to Wyoming. However, they found it impossible to re-create most of the recent eruptions because of the presence of a slab which was driven deep into Earth’s mantle about 100 million years ago when the Pacific and North American plates began converging.
According to the scientists, the mantle flowed around the sinking slab causing pressure to build toward the front. Their model shows that 15 million years ago the pressure difference became too much to bear and the slab began to tear. The plume below pulsed through the slab, leading to massive outpourings of magma which appear consistent with the Steens–Columbia River flood basalts.
Despite the gaping hole in the center of the sunken slab, the plume did not continue to rise through it because the mantle is highly viscous. So as the slab continued to sink, it pulled the surrounding mantle down with it, ultimately sealing the hole and blocking the plume from reaching the surface for the next 15 million years.
The favoured hypothesis cannot explain the string of volcanic eruptions since those first flood basalts, including the formation of Yellowstone’s caldera, which happened only 2.1 million years ago. As a consequence, a new explanation for Yellowstone’s formation needs to be found, as well as an additional heat source for Yellowstone! One researcher thinks this could come from the Juan de Fuca Ridge in the Pacific Ocean. Although that’s almost 1,600 kilometers away from Yellowstone’s hotspot today, the ridge can easily affect the middle of the North American Plate. Because it lies just slightly west of the Cascadia subduction zone, the young seafloor is easily shoveled east beneath the North American Plate. So it is likely that some event, millions of years ago, spurred a lot of heat within the Juan de Fuca Plate, which was then shoveled underneath the North American Plate and swept along with that string of volcanic eruptions until it eventually helped form Yellowstone’s gaping caldera in the Rocky Mountains.
Whatever the origin of Yellowstone’s volcanism, the model makes it clear that slabs are much more important than previously thought.
Source: Scientific American: http://www.scientificamerican.com/

++++++++++

Voici quelques vues des épanchements basaltiques du plateau de la Columbia River:

Col 01

Col 02

Col 03

Col 04

Col 05

Yellowstone possède également de belles structures géologiques:

Col 09

Col 10

Col 11

Col 12

Col 13

Photos: C. Grandpey