Depuis les années 1980, les chercheurs ont observé d’importantes périodes de problems dans une région des montagnes de l’est de la Sierra Nevada en Californie, caractérisées par des essaims de tremblements de terre ainsi que par un gonflement et une élévation du sol de près d’un demi-pouce par an pendant ces périodes. L’activité est préoccupante car or truck la zone, appelée la caldeira de Prolonged Valley, se trouve au sommet d’un huge supervolcan endormi. Il y a sept cent soixante mille ans, la caldeira de Long Valley s’est formée lors d’une violente éruption qui a envoyé 650 kilomètres cubes de cendres dans l’air – un quantity qui pourrait recouvrir toute la région de Los Angeles dans une couche de sédiments d’un kilomètre d’épaisseur.
Qu’est-ce qui se cache derrière l’augmentation de l’activité au cours des dernières décennies ? Se pourrait-il que la zone se prépare à une nouvelle éruption ? Ou la reprise de l’activité pourrait-elle être le signe que le risque d’une éruption enormous diminue ?
Pour répondre à ces queries, les chercheurs de Caltech ont créé les visuals souterraines les moreover détaillées à ce jour de la caldeira de Prolonged Valley, atteignant des profondeurs allant jusqu’à 10 kilomètres dans la croûte terrestre. Ces images à haute résolution révèlent la framework de la terre sous la caldeira et montrent que la récente activité sismique est le résultat de la libération de fluides et de gaz lorsque la zone se refroidit et se stabilise.
Les travaux ont été menés dans le laboratoire de Zhongwen Zhan (PhD ’14), professeur de géophysique. Un short article décrivant la recherche paraît dans la revue Science Improvements le 18 octobre.
« Nous ne pensons pas que la région se prépare à une autre éruption supervolcanique, mais le processus de refroidissement pourrait libérer suffisamment de gaz et de liquide pour provoquer des tremblements de terre et de petites éruptions », explique Zhan. « Par exemple, en mai 1980, il y a eu quatre tremblements de terre de magnitude 6 rien que dans la région. »
L’image haute résolution montre que la chambre magmatique du volcan est recouverte d’un couvercle durci de roche cristallisée, formé lorsque le magma liquide refroidit et se solidifie.
Pour créer des images souterraines, les chercheurs déduisent à quoi ressemble l’environnement souterrain en mesurant les ondes sismiques des tremblements de terre. Les tremblements de terre génèrent deux kinds d’ondes sismiques : primaires (ondes P) et secondaires (ondes S). Les deux sorts de vagues se déplacent à des vitesses différentes à travers différents matériaux : les vagues sont ralenties par des matériaux élastiques comme les liquides mais se déplacent rapidement à travers des matériaux très rigides comme la roche. L’utilisation de sismomètres à différents endroits permet de mesurer les écarts dans le timing des vagues et de déterminer les caractéristiques des matériaux – leur degré d’élasticité ou de rigidité – qu’ils ont traversés. De cette manière, les chercheurs peuvent créer des illustrations or photos de l’environnement souterrain.
Bien qu’il existe plusieurs dizaines de sismomètres répartis dans la région orientale de la Sierra, la system de Zhan utilise des câbles à fibres optiques (comme ceux qui fournissent World-wide-web) pour effectuer des mesures sismiques dans le cadre d’un processus appelé détection acoustique distribuée (DAS). Le tronçon de câble de 100 kilomètres utilisé pour imager la caldeira de Lengthy Valley était comparable à un tronçon de 10 000 sismomètres mono-composant. Pendant un an et demi, l’équipe a utilisé le câble pour mesurer in addition de 2 000 événements sismiques, la plupart trop petits pour être ressentis par les humains. Un algorithme d’apprentissage automatique a traité ces mesures et développé l’image résultante.
Cette étude est la première fois que des pictures aussi profondes et à haute résolution sont créées avec DAS. Les images précédentes concerns d’études de tomographie locale se limitaient soit à l’environnement souterrain peu profond à des profondeurs d’environ 5 kilomètres, soit couvraient une zone in addition vaste avec une résolution moreover faible.
« C’est l’une des premières démonstrations de la façon dont le DAS peut changer notre compréhension de la dynamique crustale », déclare Ettore Biondi, scientifique du DAS à Caltech et leading auteur de l’article. « Nous sommes ravis d’appliquer une technologie similaire à d’autres régions où nous sommes curieux de connaître l’environnement souterrain. »
Ensuite, l’équipe prévoit d’utiliser un câble de 200 kilomètres pour imager encore plus profondément la croûte terrestre, jusqu’à approximativement 15 à 20 kilomètres de profondeur, là où la chambre magmatique de la caldeira – son « cœur battant » – se refroidit.
L’article est intitulé « Un couvercle de la croûte supérieure sur la chambre magmatique de Very long Valley ». En furthermore de Biondi et Zhan, les co-auteurs sont Weiqiang Zhu, ancien boursier postdoctoral de Caltech, maintenant de l’UC Berkeley Jiaxuan Li, chercheur postdoctoral à Caltech et Ethan Williams, ancien étudiant diplômé de Caltech (MS ’19, PhD ’23), aujourd’hui à l’Université de Washington. Le financement a été fourni par la Nationwide Science Foundation, le Resnick Sustainability Institute de Caltech et la Fondation Gordon et Betty Moore.
