Contrasting frequency-dependent seismic velocity responses in Northern Nagano and Mount Fuji regions after the 2011 Mw 9.0 Tohoku-Oki earthquake
Cette étude utilise l'interférométrie sismique du bruit ambiant pour révéler que le séisme de Tohoku-Oki de 2011 a induit des diminutions de la vitesse sismique distinctes et dépendantes de la fréquence dans les régions du nord de Nagano et du mont Fuji, où les zones volcaniques ont montré une large susceptibilité à la contrainte dynamique tandis qu'une anomalie localisée près du nord de Nagano a présenté une dépendance en fréquence plus marquée, suggérant une contribution de la sismicité déclenchée consécutive.
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La croûte terrestre n'est pas une enveloppe statique et immuable ; c'est un système vivant et respirant qui se déplace et se tasse sous le poids des forces tectoniques. Lorsqu'un séisme massif frappe, il ne se contente pas de secouer le sol ; il envoie une onde d'énergie à travers la planète qui peut modifier temporairement les propriétés physiques de la roche elle-même. Les scientifiques savent depuis longtemps que la vitesse à laquelle les ondes sismiques voyagent à travers le sol peut changer après un tremblement majeur. Cela se produit parce que les secousses intenses peuvent fissurer les roches, expulser les fluides des pores minuscules ou réorganiser la contrainte qui maintient la croûte ensemble. En écoutant le grondement constant et de faible intensité de la Terre — le bruit généré par les vagues océaniques et le vent frappant la côte — les chercheurs peuvent mesurer ces changements subtils de vitesse. C'est une façon de prendre le pouls de la planète pour voir comment elle se rétablit, ou échoue à se rétablir, après un choc. Comprendre ces changements est crucial car cela révèle comment différentes parties de la croûte, particulièrement celles proches des volcans ou des lignes de faille, réagissent au stress, offrant des indices sur les endroits où le sol pourrait être le plus vulnérable à de futurs événements.
À la suite du séisme colossal de magnitude 9,0 Tohoku-Oki en 2011, qui a dévasté la côte du Japon, le sol à travers le pays a continué de trembler avec une série de répliques significatives et d'événements déclenchés. Parmi ceux-ci figuraient un séisme de magnitude 6,2 dans le nord de Nagano et un événement de magnitude 6,0 près du mont Fuji. Une équipe de chercheurs s'est donné pour mission d'étudier comment la croûte dans ces deux régions distinctes a répondu au choc géant initial et aux séismes locaux suivants. Ils se sont concentrés sur deux zones spécifiques : le front volcanique près du mont Fuji et la zone tectonique autour du séisme du nord de Nagano. En utilisant une technique qui traite le bruit de fond constant de la Terre comme un signal, ils ont cartographié la manière dont la vitesse des ondes sismiques a changé dans les jours et les semaines suivant les catastrophes. En comparant l'intensité des secousses enregistrées dans différents lieux avec les changements de vitesse des ondes, ils ont cherché à comprendre pourquoi certaines parties du sol semblaient s'affaisser davantage que d'autres.
L'étude a révélé un schéma clair : dans les deux régions, le sol a ralenti immédiatement après les séismes, indiquant un affaiblissement temporaire de la croûte. Cependant, la nature de cet affaiblissement racontait deux histoires différentes. Près du front volcanique, le sol a montré une chute massive de la vitesse sismique qui était bien plus grande que ce que la seule force des secousses laisserait prévoir. Ces zones, qui sont déjà chaudes et riches en fluides, semblaient être exceptionnellement sensibles à la contrainte dynamique des ondes passantes. Les chercheurs ont découvert que le sol dans ces zones volcaniques était si complaisant, ou facilement perturbable, que même l'énergie lointaine du séisme Tohoku-Oki a provoqué une réaction prononcée. Cela suggère que la roche riche en fluides et mécaniquement lâche dans les régions volcaniques réagit différemment de la croûte standard, devenant nettement plus plastique lorsqu'elle est soumise à de fortes secousses.
En revanche, la zone autour du séisme du nord de Nagano présentait un tableau plus complexe. Alors que les régions volcaniques montraient un schéma de sensibilité large et constant qui s'estompe lorsque les chercheurs examinent les ondes à plus haute fréquence, l'anomalie près du séisme de Nagano se comportait différemment. Ce point localisé de ralentissement de la vitesse sismique est devenu plus distinct et plus étroitement confiné lors de l'examen à des fréquences plus élevées. Les chercheurs ont noté que ce modèle spécifique ne correspondait pas à la sensibilité volcanique large observée ailleurs. Comme le calendrier des données rendait impossible la séparation des effets du géant séisme Tohoku-Oki de ceux du séisme local de magnitude 6,2 qui a suivi, l'origine exacte de cette anomalie localisée reste incertaine. Cependant, sa distribution spatiale unique et la façon dont elle change selon les différentes fréquences suggèrent fortement qu'elle a été provoquée par les secousses du séisme local lui-même, plutôt que par le séisme géant lointain.
Les conclusions soulignent que la Terre ne répond pas au stress de manière uniforme. Tandis que les régions volcaniques présentent une sensibilité large et dépendante de la fréquence qui pointe vers leur nature riche en fluides, les zones tectoniques proches de séismes récents peuvent montrer des changements nets et localisés qui racontent une histoire différente. L'étude conclut que pour véritablement comprendre comment la croûte réagit aux événements sismiques majeurs, les scientifiques doivent tenir compte de l'influence des séismes locaux déclenchés, qui peuvent laisser leurs propres empreintes distinctes sur le sol. En observant comment ces changements varient selon les différentes fréquences et localisations, les chercheurs peuvent mieux distinguer les réponses profondes, pilotées par les fluides des volcans, des ajustements mécaniques des zones de failles, fournissant ainsi une carte plus claire de la façon dont notre planète guérit après un choc.
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