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La Terre, berceau de l'Humanité
Structure tectonique (III) En 1858, Antonio Snider-Pellegrini expliqua dans son livre "La Création et ses mystères dévoilés" (pp.310-320) que la séparation des continents n'a pas été provoquée suite "au Déluge" comme le décrit la Bible mais suite à une séparation physique du soubassement aux endroits des "crevasses" comme on le voit sur l'illustration présentée ci-dessous à gauche. Ce n'est qu'en 1912 que l'astronome et météorologiste Alfred Wegener évoqua la théorie de la dérive des continents à l’assemblée générale de l’Union Géologique allemande à Francfort. Il publia quelques mois plus tard deux articles sur le sujet dans les périodiques allemands "Petermanns Geographische Mitteilungen" (Die entstehhung der kontinente, 58, p185 et p305f) et "Geologische Rundschau" (Die entstehhung der kontinente, 3, p276-293) avant de publier un livre sur le sujet en 1915. Mais à l'époque personne ne crut sa théorie jugée "hérétique" d'autant que Wegener n'appartenait pas au sérail très fermé des géologues ou géophysiciens. Finalement la raison l'emporta mais les scientifiques ne valideront la théorie de Wegener que dans les années 1950-1960 et la renommeront la tectonique des plaques., les "plaques" étant des grands morceaux de la lithosphère qui dérivent sur le manteau en fusion. Quand commença la "dérive des continents" ? La réponse est restée en suspens jusqu'en 2020. Des études menées dans l'ouest de l'Australie et en Afrique du Sud indiquent que les plaques tectoniques se sont déplacées d'environ 2.5 cm par an depuis au moins 3.2 milliards d'années. Une autre étude réalisée dans la toundra canadienne indique que la subduction commença il y a 3.75 milliards d'années. Ce processus débuta donc à l'époque Archéenne. On y reviendra à propos des grandes étapes de l'évolution de la Terre et de la vie. A
voir : La
dérive des continents,
Les Deschiens
Le paysage terrestre s'est profondément modifié depuis 700 millions d'années. Malgré ses apparences très solides, l'écorce terrestre est très souple et ressemble à un radeau de l'épaisseur d'une feuille de papier à la dérive sur une mer de magma. En effet, depuis l'ère primaire, grâce aux traces géologiques et aux fossiles nous avons la certitude que les continents se sont morcelés à partir d'un bloc unique, la Pangée, et ont dérivé sur le magma sous-jacent. Ce phénomène est provoqué par des courants convectifs qui établissent une circulation lente mais continue entre le noyau et la lithosphère. La théorie de la tectonique des plaques prédit que les continents dérivent continuellement à raison d’1 à 5 mètres par siècle, l'Amérique s'écartant de l'Ancien monde, l'Afrique se rapprochant de l'Europe, l'Inde pénétrant sous l'Asie par subduction. L'écorce terrestre étant malgré tout relativement rigide - c'est du granite en sandwich entre une couche sédimentaire et de basalte - les plaques tectoniques glissent les unes sur les autres ou s'entrechoquent en créant des effets parfois catastrophiques.
Aujourd'hui, si la disposition des mers et des continents semble à peu près figée, le fait que les plaques tectoniques se déplacent de quelques centimètres par an ou par siècle contribue à modifier l'aspect de la Terre sur des périodes de quelques millions d'années, parfois beaucoup plus vite. Ainsi, la plaque indienne par exemple avance de 15 cm/an vers l'Asie (les nombreux séismes ou tremblements de terre en témoignent) et l'Himalaya s'élève de 6.1 cm/an. Cela signifie que la chaîne de l'Himalaya atteindra 10000 m d'altitude dans 18900 ans (ce qui reste encore 5 km sous la tropopause). Au cours des derniers 20 millions d'années, la plaque Pacifique s'est déplacée de 560 km vers le nord par rapport à l'Amérique soit un déplacement d'environ 1 cm/an. A court terme en termes géologiques, ce glissement provoquera la rupture de la faille de San Andreas et du réseau de failles annexes, entraînant la dérive au large d'une partie des côtes de Californie entre Los Angeles et San Francisco. A
voir : La
dérive des continents depuis 3.3 milliards d'années Simulation : Ancien Earth (entre 750 millions d'années et aujourd'hui) A télécharger : GPlates
Conséquence logique de la dérive des continents, comme on le voit ci-dessus au centre, dans 250 millions d'années le visage de la Terre sera profondément méconnaissable. Les plaques tectoniques de l'Europe, de l'Afrique et de l'Asie seront de nouveau unies à celle du continent Américain, l'Antarctique sera soudée à l'Australie, l'ensemble de cette masse remontant lentement vers l'équateur. Le nord de l'Afrique, la Méditerranée et le sud de l'Europe n'existeront plus et sont transformés en une immense chaîne de montagnes courant jusqu'aux Tropiques tandis que le versant est de l'Amérique sera de nouveau connecté à l'Afrique mais séparé d'elle par une longue chaîne de montagnes. Les plaques lithosphériques, dites tectoniques, peuvent se déplacer de plusieurs manières différentes. Ces mouvements sont continus mais peuvent être irréguliers en fonction du degré de friction entre les plaques. - Aux frontières divergentes, les plaques s'écartent les unes des autres à raison de quelques centimètres par an en moyenne. Au milieu, la montée de magma depuis l'asthénosphère produit une nouvelle écorce. C'est ce qui se produit au fond de l'océan Atlantique (la "dorsale océanique"), dans le Rift africain, au fond de la mer Rouge ou en Islande.
- Aux frontières convergentes, les plaques entrent en collision, l'une des deux glissant en dessous de l'autre par subduction. C'est le cas dans la plupart des fosses océaniques (fosses des Mariannes, de Tonga, des Aléoutiennes, etc). Aux intersections, donc près de la fosse, sous la pression du magma apparaissent des arcs insulaires volcaniques. C'est ce qu'on observe près de la fosse de Puerto Rico qui donna naissance à l'arc des Antilles. - Aux frontières transformantes, les plaques glissent l'une contre l'autre ou se chevauchent, provoquant la rupture de la croûte terrestre et des zones de fractures. Citons les célèbres failles de San Andreas, la dépression des Affar, la fracture de Lungun en Chine, etc. Des lacs peuvent également se former dans les zones de cisaillement. A voir : Google Earth Ocean Floor
Les effets de la subduction Il fallut des décennies pour que les scientifiques se mettent d'accord sur la question de savoir quelle force dominait la tectonique des plaques : la poussée du magma au niveau des dorsales océaniques ou le phénomène de subduction ? Aujourd'hui, il est avéré que la force de subduction est dominante. Elle est à l'origine des trois principaux phénomènes cataclysmiques majeurs que sont les tremblements de terre, le volcanisme et les mégatsunamis (voir plus bas), souvent proches des zones de subduction. C'est également le phénomène de subduction qui est l'origine de la formation des plus hautes chaînes de montagnes de la planète (l'Himalaya, les Andes et les Alpes) et à l'origine des volcans les plus actifs et les plus dangereux (les volcans explosifs riches en silice formant un magma visqueux). D'un autre côté la taille des chaînes de montagnes et des volcans est également limitée par la tectonique des plaques. En effet, du fait que les plaques tectoniques se déplacent sur le manteau et que les plumes ascendantes remontent du manteau, elles ne restent qu'un temps limité en dessous d'un "point chaud" par exemple (voir plus bas). Par conséquent les volcans ne peuvent pas grandir indéfiniment comme ce fut le cas sur Mars avant que son noyau se refroidisse. Une éruption volcanique est toujours précédée d'une activité sismique qui comprend trois phases : - le séismique tectonique généré par le déplacement ou la collision des plaques tectoniques - le gonflement du cône volcanique sous la pression du magma - les trémors générés juste avant l'éruption volcanique. L'invention du sismographe Vers l'an 132 de notre ère, le chinois Chang Heng inventa le sismoscope, un instrument capable d'enregistrer les tremblements de terre grâce à ce qu'on a appelé la "jarre à dragon". La jarre à dragon est une jarre cylindrique avec huit têtes de dragon disposées autour de son bord, chacune tenant une balle dans sa bouche. Autour du pied de la jarre se trouvent huit grenouilles, chacune directement sous une tête de dragon. Lorsqu'un tremblement de terre se produit, une balle tombe de la bouche d'un dragon et était attrapée par la bouche de la grenouille. Quelques siècles plus tard, des appareils utilisant le mouvement de l'eau puis du mercure furent mis au point en Italie. Luigi Palmieri conçut un sismomètre à mercure en 1855. Son sismomètre comportait des tubes en forme de U disposés le long des points cardinaux et remplis de mercure. Lorsqu'un tremblement de terre se produit, le mercure se déplace et établit un contact électrique qui arrête une horloge et démarre un tambour d'enregistrement sur lequel le mouvement d'un flotteur à la surface du mercure est enregistré. C'est le premier appareil capable d'enregistrer l'heure d'un tremblement de terre ainsi que l'intensité et la durée des mouvements. Nous devons le sismographe moderne au sismologue et géologue anglais John Milne qui encouragea également la construction de stations sismologiques. En 1880, Sir James Alfred Ewing, Thomas Gray et John Milne, tous des scientifiques britanniques travaillant au Japon, commencèrent à étudier les tremblements de terre. Ils fondèrent la Société sismologique du Japon qui finança l'invention des sismographes. Milne inventa le sismographe à pendule horizontal la même année. Après la Seconde guerre mondiale, le sismographe à pendule horizontal fut amélioré avec le sismographe Press-Ewing, développé aux États-Unis, pour enregistrer les ondes de longue période. Ce sismographe utilise un pendule de Milne, mais le pivot qui soutient le pendule est remplacé par un fil élastique pour éviter les frottements. Le déplacement des plaques tectoniques engendre des ondes sismiques qui se propagent à une vitesse moyenne de 4 à 6 km/s (16000 à 21000 km/h). Une zone de subduction pouvant mesurer plus de 1000 km de longueur, l'onde sismique ne va donc pas se propager instantanément d'une extrémité à l'autre de la faille et affecter simultanément toutes les villes situées à proximité. C'est la raison pour laquelle le long des grandes failles, un tremblement de terre peut durer plusieurs minutes et de ce fait occasionner des dégâts très importants qui ne seraient pas survenus si le séisme avait duré quelques dizaines de secondes seulement. En effet, là où un vieux bâtiment constitué de briques maintenues par du mortier peut résister à un tremblement de terre durant 20 secondes, si la secousse dure une minute les briques vont finir par glisser les unes sur les autres, les murs vont s'effondrer et les plafonds vont s'écrouler. Si un building construit aux normes anti-séismiques peut vaciller de 3 m autour de son axe vertical, s'il subit des secousses durant plusieurs minutes, les vitres finiront par se briser, les soudures vont céder, la résistance des matériaux va s'affaiblir et le bâtiment risque de s'écrouler. En théorie, la magnitude d'un séisme peut-être négative ou positive et n'a pas de limite. En moyenne, la Terre subit un séisme de magnitude 6 sur l'échelle ouverte de Richter tous les 3 jours et entre 9 et 23 séismes de magnitude 7 et supérieures chaque année. Si généralement dans le monde on observe aucun voire un seul séisme de magnitude 8 ou supérieure chaque année, il est déjà arrivé comme en 2007 qu'il y en ait quatre la même année (dont un à Sumatra de magnitude 8.5 qui tua 23 personnes). Le séisme le plus intense connu à ce jour est celui qui résulta de l'impact d'un astéroïde à Chicxulub il y a 66 millions d'années, dont on estime la magnitude supérieure à 11 sur l'échelle de Richter. Dans ces conditions, la croûte terrestre devint aussi souple qu'un tapis qu'on secoue violemment. Quant à la fréquence des séismes, les spécialistes sont unanimes pour dire qu'il n'y a pas plus séismes aujourd'hui qu'il y a un siècle ou plusieurs millions d'année dans le passé. En revanche, il existe une loi empirique qui explique la décroissance des répliques après un tremblement de terre, c'est la loi de Omori-Utsu (cf. T.Utsu et al., 1995 et en PDF) : la fréquence (f) des répliques décroît comme l'inverse du temps écoulé depuis le séisme principal selon la relation f ~ 1 / tp, avec p le taux de décroissance variant généralement entre 0.7 et 1.5. Concrètement, après le premier choc, l'intensité du second choc est réduite de moitié le deuxième jour et à 1/10 le dixième jour. Ce sont des valeurs statistiques qui n'indiquent bien sûr par la position du tremblement de terre. Les ondes sismiques sont de plusieurs types et provoquent des effets très différents : - Les ondes P : ou ondes primaires, également appelées ondes de compression ou ondes longitudinales. Ce sont des ondes de volume se déplaçant parallèlement à la direction de l'onde à une vitesse qui varie de 6 km/s (près de la surface) à 13 km/s (près du noyau). Elles provoquent une dilatation et une compression du sol (comme un ressort qui se détend puis se comprime), accompagnées d'un déplacement vertical de l'écorce terrestre. Elles sont à l'origine du grondement sourd qu'on entend lors d'un tremblement de terre. - Les ondes S : ou ondes secondaires, également appelées ondes de cisaillement (shear waves) ou ondes transversales. Ce sont des ondes de volume se déplaçant dans le plan horizontal, provoquant un déplacement horizontal de l'écorce terrestre (comme une onde sur une corde). Elles ne se déplacent pas dans un milieu liquide et sont arrêtées par le noyau de la Terre. Les ondes S sont plus lentes que les ondes P et sont très destructives en raison de leur déplacement horizontal. A télécharger : Les ondes sismiques (Poster PDF), RSSP
Il existe d'autres types d'ondes transversalesclassées selon les couches terrestres qu'elles traversent (précisons que le noyau est appelé "c" pour core) : - Les ondes J : ce sont des ondes S, des ondes de cisaillement qui traversent le noyau interne. Leur vitesse de propagation est d'environ 3.6 km/s. Leur analyse a permis de confirmer que la graine est solide (cf. A.Deuss et al., 2000; Tkalcic et Pham, 2018). - Les ondes P : les ondes de compression traversant le manteau - Les ondes K : les ondes traversant le noyau externe - Les ondes I : les ondes traversant le noyau interne (graine) - Les ondes i : les onde subissant une réflexion sur la surface du noyau interne Concerant les acronymes, voici quelques "traductions" de la nomenclature (voir aussi Universalis) : - PcP, ScS, ScP et PcS : de sont des ondes P et/ou S réfléchies sur le noyau externe (c) (cf. ce schéma). - PKP : ce sont des ondes P qui remontent jusqu'au manteau (P) et en surface après avoir traversé le noyau externe (K) - KPIKP : c'est une onde qui traverse le noyau externe (K), le manteau (P), le noyau interne (I), puis à nouveau le manteau (P) - KPiKP : c'est onde qui traverse le noyau externe (K), le manteau (P), se réfléchit sur la surface du noyau interne (i), puis revient à travers le noyau externe (K) et le manteau (P). - PKiKS : c'est une onde P dans le manteau qui traverse le noyau externe (K) puis se réfléchit sur la surface du noyau interne (i). Elle retraverse ensuite le noyau externe (K) et est convertie en une onde S en atteignant à nouveau le manteau. NB. Du fait qu'une onde traversale peut traverser le noyau et rebondir ensuite sur la surface et repasser ensuite par le noyau interne, sa dénomination s'allonge et devient par exemple PKiKPPKiKP. - Les ondes de surface suivent la surface de la Terre. Elle font onduler la surface de la terre à grande échelle avec une amplitude plus grande que les ondes de volume. Elles comprennent deux types d'ondes : - L'onde de Love fut découverte par Augustus E. Love en 1911. Elle se déplace horizontalement comme l'onde S mais sans déplacement vertical à une vitesse d'environ 4 km/s. Ce déplacement horizontal provoque de nombreux dégâts aux soubassements si le bâtiment n'est pas parasismique. - L'onde de Rayleigh ou onde R fut découverte par John W. Rayleigh en 1885. Son déplacement est complexe, proche d'un objet porté par une vague avec des déplacements horizontaux et verticaux. A
voir : Animated map: all earthquakes of the past 15 years,
2016 Les derniers séismes : ORB - USGS - CSEM/EMSC
Lors des séismes de magnitude 8 et supérieures, l'interférence constructive des ondes de surface provoque des vibrations sur l'ensemble du globe qui modifient temporairement la forme de la Terre soit dans le plan vertical ("Ballon mode") soit dans le plan horizontal ("Football mode", forme de ballon de rugby) avec une période de respectivement 20 et 54 minutes. Dans les trois cas, l'amplitude dépasse rarement quelques mètres mais les secousses pouvant se répéter, les zones touchées peuvent se déplacer de plusieurs dizaines de mètres, coupant les voies de communications, déroutant les cours d'eau et provoquant des éboulements, des affaissements et autres glissements de terrains souvent meurtriers. Dans le cas d'un tremblement de terre de magnitude 8 et supérieure, ce phénomène peut avoir des conséquences globales et notamment entraîner une accélération de la vitesse de rotation de la Terre. Ainsi, selon la NASA, après le tremblement de terre du 27 février 2010 au Chili, la durée du jour a diminué de 1.26 microseconde et aurait déplacé l'axe de rotation de la Terre de 2.7 millisecondes d'arc soit environ 8 cm. Séismes et aspérités Jusqu'en 2011 les séismologues pensaient que les séismes se manifestaient le long des failles tectoniques, à la limite des plaques, ou en des endroits réputés à risque, où se répétaient des tremblements de terre. En d'autres termes, a priori une zone qui n'avait jamais subit de tremblement de terre au cours des dernières décennies ou des derniers siècles n'était pas à risque et aucun plan de crise n'était mis en place. Les séismes étaient isolés et indépendants les uns des autres. Restait tout de même des questions à élucider : comment expliquer la répétition des tremblements de terre au milieu d'une plaque tectonique ou la succession de séismes majeurs en l'espace de quelques minutes ? Les séismologues japonais n'avaient pas prévu le mégaséisme (tout séisme de magnitude ≥ 8) de magnitude 9 qui se produisit au large du Japon le 11 mars 2011 (séisme de Tohoku-Oki). Pourquoi ? Parce que leur modèle était incomplet voire inexact, fondé sur des théories dépassées. Cet évènement qui causa la mort de près de 19000 personnes (principalement des effets du tsunami) et coûta plus de 210 milliards de dollars à l'économie japonaise força les séismologues à revoir complètement leur manière de prévoir les tremblements de terre. La nouvelle théorie a également eu pour conséquence d'étendre le nombre de régions à risque à travers le monde, y compris dans des zones relativement calmes comme l'Europe mais où il y a tout de même des centaines de séismes mineurs chaque année. En effet, l'analyse des données des tremblements de terre qui se sont produits au Japon le 11 mars 2011 ont révélé 3 séismes majeurs successifs qui ne s'expliquaient pas par la théorie classique de Wegener. Nous savons aujourd'hui que plusieurs signes précurseurs annoncent les tremblements de terre et que la théorie des plaques tectoniques est plus complexe que prévue.
Ainsi, tant que les plaques glissent en douceur les unes contre les autres, la friction mécanique est minimale et il ne se produit aucun effet cataclysmique. En revanche, lorsque des aspérités présentent à la base des plaques tectoniques accrochent le soubassement des plaques continentales ou océaniques, la plaque concernée subit localement un freinage et accumule des tensions. En surface, les données GPS montrent que l'écorce terrestre recule comparée à la zone avoisinante qui continue à progresser normalement. Comme un ressort qui se détend pour libérer la tension accumulée, passé un certain seuil d'énergie, la rupture de la plaque est inévitable; la zone bloquée par l'aspérité se détend violemment en provoquant un séisme. La plaque reprend ensuite son mouvement jusqu'à la prochaine aspérité. Pour identifier ces aspérités à l'origine des tremblements de terre, les séismologues doivent chercher dans les millions d'enregistrements sismiques des ondes présentant le même profil. Cette approche s'est avérée très fructeuse. Ce phénomène de rupture est connu depuis longtemps et prévisible mais jusqu'en 2011 on ignorait sa relation avec le modèle des aspérités ainsi que les phénomènes avant-coureurs. On a ainsi constaté que la base des plaques tectoniques présente des milliers d'aspérités individuelles, certaines ne font que quelques kilomètres de diamètre d'autres appelées méga-aspérités s'étendent sur plusieurs centaines de kilomètres. Si les plus petites aspérités ne créent qu'un séisme mineur parfois même imperceptible en surface, la détente d'une méga-aspérité peut déclencher dans son sillage la détente de toute une série de petites aspérités distantes de plusieurs centaines de kilomètres sinon davantage. C'est ce type de phénomène qui se produisit au Japon en 2011 : la première secousse fut provoquée par la méga-aspérité tandis que les deux suivantes furent produites par deux petites aspérités. On a également découvert que certains séismes se répétaient périodiquement, tous les 5 ans, tous les 50 ans, etc. On en déduit que cet endroit cache une aspérité et qu'effectivement, périodiquement la zone à risque va accumuler une tension qu'elle va libérer en provoquant un séisme. Si on connaît l'endroit du séisme, la difficulté est de savoir quel jour il se produira. Puisqu'un séisme se ressent aux antipodes de la terre, les séismologues pensent également que l'énergie libérée par une aspérité géante pourrait initialiser des réactions dans des aspérités très distantes et peut-être plus sensibles, provoquant une réaction en chaîne sinon dans les jours suivants, peut-être des semaines ou des mois plus tard à plusieurs milliers de kilomètre de distance. Cette théorie pourrait en partie expliquer "la loi des séries".
Jusqu'à présent les sites sismiques étaient isolés ou reliés à une faille sismique. On sait aujourd'hui que cette théorie est incomplète. Les séismes individuels isolés au milieu d'une plaque peuvent être la manifestation d'une aspérité. Sachant le danger potentiel associé à ce phénomène, les zones à risque ont été étendues, y compris en Europe jusqu'à inclure des zones 5 fois plus vastes que par le passé. Cela signifie également qu'il vaut revoir les plans de secours, surtout dans les villes dont le paysage urbain est dense et assez vieux et ne répond pas aux normes sismiques (par exemple à Nice). En étudiant les conditions météorologiques et ionosphériques les jours précédant et durant le séisme du 11 mars 2011 au Japon, les chercheurs ont également découvert des signes annonciateurs du séisme. Ainsi la température de l'air au-dessus du nord-est du Japon était plus élevée que dans les autres régions sans relation avec le régime météorologique. Les chercheurs de la NASA pensent que dans les jours précédant le séisme, à plusieurs dizaines voire centaines de kilomètres sous la surface, les roches fracturées ont libéré des gaz, qui une fois parvenu dans l'atmosphère, l'ont légèrement réchauffée au-dessus de la zone de fracture, là où l'aspérité atteignait son seuil d'énergie critique avant de se détendre. A son tour, la densité électronique de l'ionosphère dont le cycle suit normalement la rotation de la terre et devient moins dense durant de la nuit, est restée élevée plusieurs jours de suite. Ici également on suppose qu'il existe une interaction entre les gaz libérés par les roches et notamment le radon et les électrons présents dans l'ionosphère. Depuis ces découvertes, ce lien entre la température de l'air, la densité de l'ionosphère et les séismes fut confirmée à l'occasion d'autres tremblements de terre. Les trémors L'étude du "bruit de fond" de la Terre, ce qu'on appelle aujourd'hui les trémors et longtemps considérés comme des bruits parasites ou sans importance font l'objet de la plus grande attention. En effet, ces ondes de très faible intensité et d'une fréquence oscillant entre 1 et 10 Hz (cf. le site INGV) peuvent être couvertes par le bruit du vent ou les vibrations d'un marcheur. Elles proviennent des mouvements du magma au contact des plaques tectoniques à une profondeur supérieure à celle des ondes sismiques classiques. Selon certains volcanologues, les trémors pourraient représenter les signes annonciateurs d'un séisme ou d'une éruption volcanique. Et de fait, lors du séisme de magnitude 4.7 survenu au Pays de Galles le 17 février 2018 à 14h31 TU, des trémors furent ressentis par certains habitants de la région dont l'astronome amateur Gary Palmer. Dans une étude publiée dans la revue "Nature Scientific Reports" en 2018, l'équipe de Robert T. O'Malley de l'Université d'État d'Orégon publia les résultats de l'analyse de près d'un demi-siècle de données sur les tremblements de terre et arriva à la conclusion que les séismes peuvent déclencher des trémors et des évènements sismiques aux antipodes, suggérant que le suivi des trémors permettrait de prévoir à courte échéance l'activité sismique de l'autre côté de la planète. Grâce à cette nouvelle méthode de travail, même en excluant les secousses que l’on pourrait qualifier de répliques, l’équipe a identifié plus de tremblements de terre que prévu sur une période de trois jours suivant des évènements sismiques d'intensité supérieure à 6.0 sur l’échelle de Richter. Selon les chercheurs, plus le séisme initial est important, plus les chances de suivi sont grandes. Fait intéressant, cette activité est absente pendant les 24 premières heures, ce qui pourrait expliquer pourquoi d’autres études n'ont pas réussi à identifier cette relation. De plus, la plupart de ces évènements se sont produits à moins de 30° du point antipodal. A écouter : Earthquake Music, Z.Peng A voir : Le séisme de Tohoku vu par le satellite GOCE (2011), ESA Logiciels à télécharger - Quake-Catcher Network s/BOINC
Ceci dit, les scientifiques ne sont qu'aux débuts de leurs recherches car la compréhension de la manière dont un tremblement de terre pourrait en déclencher un autre à grande distance à la fois dans l'espace et dans le temps reste largement spéculative et exigera encore des années de travail. Mais comme le souligna O'Malley, "indépendamment des mécanismes spécifiques impliqués, les preuves montrent que le déclenchement a bien lieu, suivi d'une période de repos et de recharge." Ces résultats contredisent une étude de l'USGS (cf. T.Parsons et A.Velasco, 2011) qui analysa les changements dans la fréquence des tremblements de terre jusqu'à plusieurs mois après des séismes importants et concluait qu'il n'existait aucune relation au-delà de la principale région ayant subi le tremblement de terre. Selon les chercheurs, les prochaines études devront être plus sensibles avant de pouvoir affirmer qu'il existe un lien entre ces phénomènes. Malgré ces découvertes, les trémors sont encore un domaine de la recherche qui est très peu étudié. Avis aux experts. Pour information, l'un des rares experts est Bernard Chouet de l'USGS auprès duquel la BBC fit un reportage sur le sujet en 2001. La relève est aujourd'hui assurée grâce à Robert T. O'Malley. Bien que la recherche avance, ces théories ne permettent pas encore de prédire avec précision quel jour ou même quel mois se produira un tremblement de terre. Actuellement, quand des volcanologues ferment un site touristique suite à un risque d'éruption, ils sont tout heureux quand elle se produit, car cela confirme qu'en affinant leurs modèles, en incorporant notamment les données sismiques du réseau GPS, les données météos et ionosphériques et les trémors, ils avancent dans la bonne direction. Mais les séismes comme les éruptions volcaniques font encore trop de victimes. Les conséquences d'un séisme Le déplacement des plaques tectoniques peut produire des effets catastrophiques en quelques minutes. En effet, normalement les plaques se chevauchent lentement, à raison d'environ 5 cm par an et l'effet est pratiquement insensible. Mais si la friction à la jonction entre deux plaques est très importante, si les plaques ne glissent pas en douceur l'une sur l'autre par exemple, au bout de quelques dizaines ou centaines d'années, l'énergie accumulée sera tellement importante que sous l'effet des contraintes l'une des deux plaques va céder brutalement en provoquant un mégaséisme.
Ainsi le 26 décembre 2004 à 7h58 locale, la plaque Indienne se déplaça en une seule fois de 15 mètres et glissa par subduction sous la plaque Birmane, qu'elle souleva d'un à deux mètres. En analysant les secousses secondaires qui sont apparues jusqu'aux îles Andaman situées plus au nord, on estime qu'environ 1200 km de la plaque Indienne ont ainsi glissé le long de la plaque Birmane, provoquant localement un déplacement horizontal de certaines villes d'environ 20 mètres. L'évènement provoqua un mégaséisme de magnitude 8 qui alerta le bureau de surveillance de la NOAA situé à Hawaï dans le Pacifique. Mais ne surveillant pas la zone indienne, l'observation n'a pas vraiment retenu l'attention des responsables. Un peu plus tard le séisme atteignit la magnitude 9.0 sur l'échelle de Richter (cette dernière plafonne à 9.3 à ce jour). L'épicentre était localisé au large de l'île de Sumatra en Indonésie. Quand les scientifiques se rendirent compte de l'ampleur du séisme et diffusèrent une alerte possible au tsunami, la grande vague avait déjà déferlé sur l'Indonésie depuis 1 heure et alla bientôt toucher Phuket et Khaolah en Thaïlande. On n'avait plus connu un tel séisme depuis 40 ans. L'énergie libérée fut équivalente à 450 MT de TNT, soit près de 30000 fois l'énergie de la bombe d'Hiroshima ! Ce phénomène s'étant produit côté océan Indien, il fut accompagné par l'un des tsunamis les plus destructeurs des 100 dernières années. Rappelons que l'onde traversa l'océan à 800 km/h pour aller s'écraser à 2000 km de là sur la Thaïlande, le Sri Lanka, l'Inde et les îles avoisinantes (Maldives, Seychelles, etc). Plusieurs heures plus tard, le tsunami agita encore les vagues sur les côtes éthiopiennes et somaliennes, à 4500 km de distance de l'épicentre ! Nous reviendrons sur cet évènement majeur dans l'article consacré aux marées, vagues scélérates et tsunamis. Plus surprenant, le séisme de Sumatra modifia l'inclinaison de l'axe instantané de rotation de la Terre d'environ 2.5 cm à la surface des pôles qui se déplaça dans la direction 145° E (dans les variations annuelles qui peuvent atteindre 20 cm). Le séisme modifia également la forme de la Terre. Sa forme d'oblate a diminué d'une partie dans 10 milliards; elle est un peu plus ronde qu'auparavant. La durée de rotation de la Terre a également augmenté de 2.68 microsecondes par an. Cet effet est en relation avec son changement de forme. Ces faibles valeurs demeurent dans les fluctuations normales et ne devraient entraîner aucune conséquence climatique. Suite aux mouvements des plaques tectoniques, toute l'écorce terrestre a été plissée au fil des millénaires, retournée et mêlée aux matériaux primitifs de la Terre, si bien qu'aujourd'hui l'écorce est une mosaïque de plaques tectoniques variées, dont l'étude scientifique (pétrologie ou lithologie) est complexe. Ces plaques tectoniques mixtes contiennent des roches sédimentaires (exogènes), magmatiques (endogènes) et métamorphiques. L'ensemble de ces roches est complété par des débris organiques (biogènes) très fertiles, nécessaires au métabolisme des êtres vivants : squelettes, coquillages et leurs résidus de transformation (charbon, calcaire, etc.). Notre sous-sol est également enrichi en fer et nickel par la chute des météorites. Toutes ces roches sont très convoitées par les industries. Il va sans dire que l'extraction de ces ressources n'est pas toujours aisée et que le prix des matières premières fluctue en conséquence. La formation des îles A côté des continents, la terre comprend une multitude d'îles. Les îles océaniques peuvent se former de multiples façons : - Par élévation des eaux (la Grande-Bretagne, le mont Saint-Michel) - Par accrétion sédimentaire (les îles coralliennes, les Maldives) - Par la dérive des continents (la Corse, Madagascar, l'Australie) - Par soulèvement et accrétion tectonique (la Barbade, Nias, etc) - Par remontée de la lithosphère (Bornholm au Danemark, etc). - Par l'activité volcanique sous-marine (en zone de subduction, suite à l'émerge d'un rift ou d'un volcan de "point chaud", le cas d'Hawaï, de la Réunion, de l'Islande ou des îles de Polynésie). En fonction de leur origine, les îles sont ainsi recouvertes de différents substrats : débris de coraux et de coquillages, sable et galets liés à l'érosion des roches, lave, y compris de remblais dans le cas des îles artificielles (aéroport de Hong Kong, Palm Island, etc).
Il n'existe qu'un seul endroit dans le monde où les îles sont constituées de granite, c'est l'archipel des Seychelles situé dans l'océan Indien, au large de la Réunion. Sa formation combinant la dérive des continents et l'activité volcanique divise encore la communauté scientifique. Iles volcaniques et points chauds Concernant l'activité volcanique, les "points chauds" sont des endroits remarquables. Ce nom (hot spot) fut proposé en 1963 par le géophysicien canadien John T. Wilson sur base des travaux de son collègue américain William J. Morgan. Les points chauds sont des endroits ponctuels de l’écorce terrestre présentant une activité volcanique anormalement intense qui proviendrait d'un panache mantellique, une plume provenant directement du manteau, comme c'est par exemple le cas du volcan du Piton de la Fournaise à la Réunion ou les volcans de l'archipel d'Hawaï. Mais nous verrons que la théorie des plumes est controversée. Fixes durant des dizaines de millions d’années sous les plaques tectoniques, les volcans de points chauds donnent l’impression de progresser au fil des éons; le point chaud de l’île d’Hawaï par exemple s’est trouvé près des îles Aléoutiennes voici quelques dizaines de millions d’années, celui de l’île de la Réunion émergea en son temps sous l’Inde en laissant derrière lui les célèbres trapps du Deccan sur lesquels nous reviendrons. Une autre chaîne de volcans née de points chauds est l'archipel Izu situé au sud du Japon qui comprend le célèbre volcan Fuji (3776 m) situé au sud-ouest de Tokyo et qui émerga voici 100000 ans sur la "Ceinture de feu" du Pacifique, à l'intersection des plaques tectoniques Pacifique, Eurasienne et Philippine. Ce volcan est très explosif, c'est un stratovolcan.
A voir : Naissance
d'une île volcanique Naissance d'une île au large du Japon, 2013 Naissance de Surtsey et réveil du volcan Heimaey, 1963/1973
Nous verrons à propos des volcans et de l'origine du magma que toutes les îles ne sont pas le résultat d'un point chaud ou d'une activité volcanique classique. En effet, une étude récente a montré que les Bermudes par exemple résultent directement d'une remontée de magma de la zone de transition située entre 410 et 660 km de profondeur dans le manteau supérieur. On y reviendra. Enfin, une île peut se former par la combinaison de plusieurs mécanismes. Ainsi certaines îles de Polynésie (Tahiti et Bora-Bora) se sont formées par la croissance de coraux sur des îles volcaniques de points chauds qui s'enfoncent par subsidence. A mesure que la plaque tectonique progresse, l'île passe par trois stades : le volcan actif, l'île haute de lagon généralement entourée d'une barrière de corail puis l'atoll lorsque le volcan s'enfonce et les terres inondées progressivement remplacées par un récif corallien. Volcans et supervolcans Aujourd'hui le célèbre volcan de l'île de Mauna Kea constitue le plus grand volcan terrestre : de sa base au sommet il mesure 10 km de hauteur, plus que l'Everest. Mais il demeure 2.5 fois plus petit que Olympus Mons, le célèbre volcan éteint qui se trouve sur Mars. Sur la Terre, on décompte aujourd'hui entre 50 et 60 éruptions volcaniques chaque année et environ 450 volcans actifs. Si on tient compte des volcans en sommeil, selon la NASA au moins 1500 volcans pourraient se réveiller d'un jour à l'autre et menaceraient plus de 500 millions de personnes. On reviendra en détails sur ces formations dans l'article consacré aux volcans et nous décrirons également l'influence des volcans sur le climat. A lire : Le supervolcan de Yellowstone Les Champs Phlégréens du Vésuve Quand les Napolitains vivent dans la caldera d'un supervolcan Earth On Fire, l'actualité volcanologique
Ajoutons à cette liste les supervolcans dont celui qui couve sous le parc de Yellowstone aux Etats-Unis. Les volcanologues nous disent qu'un jour où l'autre, il se réveillera. Demain, dans 1000 ans ou 10000 ans on l'ignore, mais ce jour là il risque de provoquer un désastre global et de tuer des dizaines de millions de personnes. Il en est de même du supervolcan Toba. Les fameux Champs Phlégréens qui englobent toute la région de la baie de Pozzuoli à l'ouest de Naples et du Vésuve sont également potentiellement très menaçants car ils cachent la caldera engloutie de 10 km de diamètre d'un supervolcan. S'il venait à exploser, on estime que son énergie sera 40 fois supérieure à l'éruption qui détruisit Pompei en l'an 79 ! Prochain chapitre
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