La découverte a été faite en mesurant le mouvement persistant enregistré par les capteurs GPS sur les îles à la suite d’un tremblement de terre profond dans l’océan Pacifique près de Fidji. Publié le 22 février dans Naturel’étude démontre une nouvelle méthode pour mesurer la fluidité du manteau terrestre.

« Même si le manteau constitue la plus grande partie de la Terre, nous ignorons encore beaucoup de choses », a déclaré Sunyoung Park, géophysicien à l’Université de Chicago et auteur principal de l’étude. « Nous pensons que nous pouvons apprendre beaucoup plus en utilisant ces tremblements de terre profonds comme moyen d’approfondir ces questions. »

Mystères du manteau

Nous savons encore étonnamment peu de choses sur la Terre sous nos pieds. Le plus loin que quelqu’un ait réussi à creuser est d’environ sept milles et demi avant que la chaleur croissante ne fasse littéralement fondre la foreuse. Ainsi, les scientifiques ont dû utiliser des indices tels que la façon dont les ondes sismiques se déplacent pour déduire les différentes couches qui composent la planète, y compris la croûte, le manteau et le noyau.

Une chose qui a bloqué les scientifiques est une mesure précise de la viscosité de la couche du manteau. Le manteau est la couche sous la croûte. Il est fait de roche, mais à la température et aux pressions intenses à cette profondeur, la roche devient en fait visqueuse – coulant très lentement comme du miel ou du goudron.

« Nous voulons savoir exactement à quelle vitesse le manteau coule, car cela influence l’évolution de la Terre entière – cela affecte la quantité de chaleur que la planète retient pendant combien de temps et comment les matériaux de la Terre sont cyclés au fil du temps », a expliqué Park. « Mais notre compréhension actuelle est très limitée et comprend de nombreuses hypothèses. »

Park pensait qu’il pourrait y avoir un moyen unique d’obtenir une mesure des propriétés du manteau en étudiant les conséquences de tremblements de terre très profonds.

La plupart des tremblements de terre dont nous entendons parler aux actualités sont relativement peu profonds et proviennent de la croûte supérieure de la Terre. Mais parfois, il y a des tremblements de terre qui proviennent des profondeurs de la Terre – jusqu’à 450 milles sous la surface. Ces tremblements de terre ne sont pas aussi bien étudiés que les tremblements de terre moins profonds, car ils ne sont pas aussi destructeurs pour les établissements humains. Mais parce qu’ils descendent dans le manteau, Park a pensé qu’ils pourraient offrir un moyen de comprendre le comportement du manteau.

Park et ses collègues ont examiné un tel tremblement de terre en particulier, qui s’est produit au large des Fidji en 2018. Le tremblement de terre était de magnitude 8,2, mais il était si profond – 350 miles de profondeur – qu’il n’a causé aucun dommage majeur ni décès.

Cependant, lorsque les scientifiques ont soigneusement analysé les données des capteurs GPS sur plusieurs îles voisines, ils ont découvert que la Terre continuait de bouger – après la fin du tremblement de terre.

Les données ont révélé que dans les mois qui ont suivi le tremblement de terre, la Terre était toujours en mouvement, s’installant à la suite de la perturbation. Même des années plus tard, les Tonga continuent de baisser lentement à un rythme d’environ 1 centimètre par an.

« Vous pouvez y penser comme un pot de miel qui revient lentement au niveau après que vous y ayez trempé une cuillère – sauf que cela prend des années au lieu de quelques minutes », a déclaré Park.

C’est la première observation solide de la déformation suite à des séismes profonds ; le phénomène avait déjà été observé pour des tremblements de terre peu profonds, mais les experts pensaient que l’effet serait trop faible pour être observable pour des tremblements de terre profonds.

Park et ses collègues ont utilisé cette observation pour déduire la viscosité du manteau.

En examinant comment la Terre s’est déformée au fil du temps, ils ont trouvé des preuves d’une couche d’environ 50 miles d’épaisseur qui est moins visqueuse (c’est-à-dire « plus coulante ») que le reste du manteau, située au bas de la couche supérieure du manteau. Ils pensent que cette couche peut s’étendre autour du globe entier.

Cette couche de faible viscosité pourrait expliquer certaines autres observations de sismologues suggérant qu’il existe des dalles de roche « stagnantes » qui ne bougent pas beaucoup, situées à peu près à la même profondeur au bas du manteau supérieur. « Il a été difficile de reproduire ces caractéristiques avec des modèles, mais la couche faible trouvée dans cette étude facilite la tâche », a déclaré Park.

Cela a également des implications sur la façon dont la Terre transporte la chaleur, les cycles et mélange les matériaux entre la croûte, le noyau et le manteau au fil du temps.

« Nous sommes vraiment excités », a déclaré Park. « Il y a beaucoup plus à découvrir avec cette technique. »

Les autres co-auteurs de l’article étaient Jean-Philippe Avouac et Zhongwen Zhan de l’Institut de technologie de Californie et Adriano Gualandi de l’Institut national italien de géophysique et de volcanologie.