Winter-to-spring changes in borehole seismic noise beneath permafrost in the northeastern Tibetan Plateau
Cette étude analyse le bruit sismique de forage sous le pergélisol dans le nord-est du plateau tibétain lors de la transition hiver-printemps, révélant des augmentations significatives et sélectives en fréquence de la puissance du bruit et de l'entropie spectrale induites par les changements saisonniers plutôt que par le dégel, ce qui souligne la nécessité d'évaluer à la fois la puissance absolue et la distribution spectrale lors de la caractérisation des bruits de fond d'enregistrement des stations.
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Profondément sous le sol gelé du plateau tibétain, là où la terre reste verrouillée dans la glace la majeure partie de l'année, des scientifiques écoutent le bourdonnement constant et de faible intensité de la planète. Ce bourdonnement, connu sous le nom de bruit sismique ambiant, n'est pas le silence, mais une vibration continue causée par le vent, les vagues océaniques et l'activité humaine. Dans les régions froides, le sol lui-même change à mesure qu'il gèle et dégèle, modifiant la façon dont ces vibrations se propagent. En plaçant des instruments sensibles profondément sous terre, les chercheurs peuvent suivre ces changements subtils, un peu comme un médecin écoutant un battement de cœur pour comprendre la santé d'un patient. L'objectif est de comprendre comment l'environnement façonne le bruit de fond enregistré par ces instruments, afin de garantir que lorsqu'un véritable séisme se produit, le signal soit clair et le bruit de fond statique soit compris.
Dans une zone minière spécifique du nord-est du plateau, une équipe de chercheurs a installé un sismomètre hautement sensible à près de 300 mètres de profondeur dans un forage, le plaçant bien en dessous de la couche locale de pergélisol. Ils ont entrepris d'observer comment le bruit à cette profondeur changeait à mesure que la région passait de la rigueur de l'hiver aux premiers jours du printemps. Ils ont analysé des enregistrements continus de fin janvier à mi-avril 2019, cherchant des modèles dans l'intensité et la « forme » des vibrations. L'équipe a utilisé une méthode qui décompose le bruit en différentes fréquences, ou hauteurs, pour voir si certains tons devenaient plus forts ou si le mélange global de sons changeait au fil des saisons.
Ce qu'ils ont découvert fut un changement distinct et sélectif du bruit de fond de la terre. À mesure que la saison progressait, les vibrations à une hauteur spécifique plus élevée, autour de 3,4 hertz, sont devenues nettement plus fortes, augmentant jusqu'à 21 décibels par rapport au calme de la fin janvier. Cependant, cette augmentation ne s'est pas produite partout dans le spectre. Les vibrations à une hauteur beaucoup plus basse, autour de 0,2 hertz, sont restées relativement stables, ne changeant que de manière infime. Cela a indiqué aux chercheurs que le changement n'était pas une augmentation générale de tout le bruit, mais une amplification spécifique de certaines fréquences. De plus, la « forme » du bruit a changé. Dans les premières semaines, l'énergie était concentrée à l'extrémité très basse de la plage qu'ils écoutaient. Au printemps, cette énergie s'était propagée, formant une bosse plus large centrée autour de 2 à 3 hertz.
Pour comprendre si ce changement était simplement une question de volume global du sol, les chercheurs ont également mesuré l'« entropie » du bruit, une façon de décrire à quel point l'énergie est étalée ou concentrée à travers différentes fréquences. Ils ont découvert que le bruit devenait plus diffus, ou moins concentré, à mesure que la saison avançait. Curieusement, ils ont découvert que la dispersion du bruit et l'intensité totale ne progressaient pas toujours de concert. Lors d'une comparaison spécifique entre la mi-mars et le début du mois d'avril, la dispersion du bruit est restée presque identique, pourtant la puissance totale des vibrations était sensiblement plus élevée en avril. Cela signifie que regarder seulement l'intensité ou seulement la dispersion du bruit donnerait une image incomplète ; les deux doivent être considérés ensemble pour véritablement comprendre l'environnement d'enregistrement.
L'équipe a également vérifié la température du sol peu profond, qui a augmenté du froid de l'hiver profond vers le point de congélation tout en restant en dessous de zéro degré Celsius pendant toute la durée de l'étude. Bien que le sol se réchauffât, les données n'ont pas montré que le pergélisol avait commencé à dégeler à la profondeur du capteur. Étant donné que les données de température provenaient de seulement un demi-mètre sous la surface, elles ne pouvaient pas confirmer ce qui se passait à 300 mètres de profondeur. Par conséquent, les chercheurs n'ont pas pu affirmer de manière définitive que le changement de bruit était causé par le dégel du sol gelé. Les changements pourraient avoir été dictés par des variations du vent, des changements dans l'activité minière à proximité, ou des altérations subtiles des couches rocheuses elles-mêmes. L'étude a réussi à cartographier le changement du bruit de fond, montrant qu'il ne s'agit pas d'un environnement statique, mais elle s'est arrêtée avant de pouvoir identifier la cause exacte du changement, laissant la porte ouverte à de futures recherches sur la façon dont la terre profonde répond au changement des saisons.
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