Des géologues explorent les profondeurs du Pacifique et découvrent des anomalies dans les ondes sismiques !

L'utilisation de ces modèles indique la présence de zones de roches plus froides ou ayant une composition différente de celles environnantes. Cette découverte remet en question la compréhension actuelle des plaques tectoniques de la Terre et confronte les chercheurs à un grand mystère.

Personne ne peut voir l'intérieur de la Terre. Il n'est pas non plus possible de forer suffisamment profond pour prélever des échantillons de roche du manteau, la couche située entre le noyau terrestre et la couche la plus externe et rigide, la lithosphère, ni de mesurer la température et la pression. C'est pourquoi les géophysiciens utilisent des méthodes indirectes pour observer ce qui se passe sous nos pieds.

Par exemple, ils utilisent des sismogrammes, ou enregistrements de séismes, pour déterminer la vitesse de propagation des ondes sismiques. Ensuite, ils se servent de ces informations pour calculer la structure interne de la Terre.

Voici comment cela fonctionne : lorsque la Terre tremble, les ondes sismiques se propagent dans toutes les directions à partir de l'épicentre. Au cours de leur trajet à travers la Terre, elles sont réfractées, diffractées ou réfléchies. La vitesse de propagation des ondes dépend du type d'onde, mais aussi de la densité et de l'élasticité du matériau qu'elles traversent.

Les stations sismographiques enregistrent ces différentes ondes et, sur la base de ces relevés, les géophysiciens peuvent tirer des conclusions sur la structure et la composition de la Terre, ainsi qu'examiner les processus qui se déroulent en son sein.

En utilisant des enregistrements sismiques, les géoscientifiques ont déterminé la position des plaques tectoniques submergées dans le manteau terrestre. Ils les ont toujours trouvées là où ils s'y attendaient : dans une zone connue sous le nom de zones de subduction, où deux plaques se rencontrent et où l'une plonge sous l'autre vers l'intérieur de la Terre. Cela a aidé les scientifiques à étudier le cycle tectonique des plaques, c'est-à-dire l'apparition et la destruction des plaques à la surface de la Terre au cours de l'histoire de notre planète.

Des restes de plaques là où ils ne devraient pas exister

Cependant, une équipe de géophysiciens de l'ETH Zurich et de l'Institut de Technologie de Californie a fait une découverte surprenante : en utilisant un nouveau modèle haute résolution, ils ont identifié d'autres zones à l'intérieur de la Terre qui semblent être les vestiges de plaques submergées.

Cependant, celles-ci ne se trouvent pas aux emplacements attendus ; au contraire, elles sont situées sous de vastes océans ou à l'intérieur des continents, bien loin des limites des plaques. De plus, aucune preuve géologique ne suggère une subduction passée à ces endroits.

Ce qui est novateur dans leur approche de modélisation, c'est que les chercheurs de l'ETH n'utilisent pas un seul type d'onde sismique pour étudier la structure interne de la Terre, mais l'ensemble des ondes disponibles. Les spécialistes appellent cette méthode l'inversion de la forme d'onde complète. Cela rend le modèle extrêmement exigeant en termes de calculs, ce qui explique pourquoi les chercheurs ont utilisé le superordinateur Piz Daint du CSCS à Lugano.

Existe-t-il un monde perdu sous l'océan Pacifique ?

L'une des zones récemment découvertes se trouve sous le Pacifique occidental. Toutefois, selon les théories et connaissances actuelles sur la tectonique des plaques, aucun matériau issu de plaques subduites ne devrait s'y trouver, car il est impossible que des zones de subduction aient existé à proximité dans l'histoire géologique récente.

Les chercheurs ne savent pas exactement quel matériau est impliqué ni ce que cela pourrait signifier pour la dynamique interne de la Terre. C'est comme un médecin qui étudie la circulation sanguine par échographie depuis des décennies et trouve les artères là où il s'y attend, explique Andreas Fichtner, professeur à l'ETH Zurich.

« Puis, si on lui donne un nouvel outil d'examen plus performant, il voit soudain une artère qui ne devrait pas être là. C'est exactement ainsi que nous nous sentons face à ces nouvelles découvertes », explique le physicien des ondes. Il a développé le modèle au sein de son groupe et a écrit le code.

Extraire plus d'informations des ondes

Jusqu'à présent, les chercheurs ne peuvent que spéculer. « Nous pensons que les anomalies dans le manteau inférieur ont des origines variées », explique Schouten. Selon lui, il est possible qu'il ne s'agisse pas uniquement de matériau provenant de plaques froides ayant subi la subduction au cours des 200 derniers millions d'années, comme on le supposait auparavant.

Pour le doctorant, cela signifie avant tout qu’il est nécessaire de poursuivre les recherches avec des modèles encore plus performants afin d’observer plus en détail l’intérieur de la Terre. « Les ondes que nous utilisons pour le modèle ne représentent essentiellement qu’une seule propriété, à savoir la vitesse à laquelle elles se propagent à travers l’intérieur de la Terre », explique le géoscientifique. Toutefois, cela ne rend pas justice à la complexité de la structure interne de notre planète.

Référence de l'article :

Thomas L. A. Schouten, Lars Gebraad, Sebastian Noe, Anna J. P. Gülcher, Solvi Thrastarson, Dirk-Philip van Herwaarden, Andreas Fichtner. Full-waveform inversion reveals diverse origins of lower mantle positive wave speed anomalies. Nature Scientific Reports (2024).