Des scientifiques découvrent un mystérieux liquide chaud crachant du fond marin de l'Oregon

Par Université de Washington17 avril 2023

Cette image sonar du site de Pythias Oasis montre des bulles s'élevant du fond marin à environ deux tiers de mile de profondeur et à 50 miles au large de Newport, Oregon. Ces bulles sont un sous-produit d'un site unique où un fluide chaud et chimiquement distinct jaillit du fond marin. Les chercheurs pensent que ce fluide provient directement de la zone de mégapoussée de Cascadia, ou limite des plaques, et aide à contrôler l'accumulation de contraintes entre les deux plaques. Crédit : Philip et al./Science Advances

Le domaine de la tectonique des plaques est relativement nouveau et les chercheurs découvrent encore les subtilités des failles géologiques qui provoquent des tremblements de terre. L'une de ces failles, la zone de subduction de Cascadia, est une faille offshore potentiellement catastrophique située dans le nord-ouest du Pacifique qui n'a pas encore révélé tous ses secrets. Malgré son calme étrange, il est capable de produire un tremblement de terre massif de magnitude 9.

A study led by the University of Washington discovered seeps of warm, chemically distinct liquid shooting up from the seafloor about 50 miles off Newport, Oregon. Their research, published in the journal Science Advances<em>Science Advances</em> is a peer-reviewed, open-access scientific journal that is published by the American Association for the Advancement of Science (AAAS). It was launched in 2015 and covers a wide range of topics in the natural sciences, including biology, chemistry, earth and environmental sciences, materials science, and physics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Science Advances, décrit la source sous-marine unique que les chercheurs ont nommée Pythia's Oasis. Les observations suggèrent que la source provient d'une eau située à 2,5 miles sous le fond marin à la limite de la plaque, régulant la contrainte sur la faille offshore.

L'équipe a fait la découverte lors d'un retard lié aux conditions météorologiques pour une croisière à bord du RV Thomas G. Thompson. Le sonar du navire a montré des panaches de bulles inattendus à environ trois quarts de mille sous la surface de l'océan. Une exploration plus poussée à l'aide d'un robot sous-marin a révélé que les bulles n'étaient qu'un composant mineur d'un fluide chaud et chimiquement distinct jaillissant des sédiments du fond marin.

"Ils ont exploré dans cette direction et ce qu'ils ont vu n'était pas seulement des bulles de méthane, mais de l'eau sortant du fond marin comme une lance à incendie. C'est quelque chose que je n'ai jamais vu et, à ma connaissance, n'a jamais été observé auparavant", a déclaré le co-auteur Evan Solomon, professeur agrégé d'océanographie à l'UW qui étudie la géologie des fonds marins.

Le site a été découvert lors d'une croisière d'expédition Regional Cabled Array en 2015, avec des images prises par le véhicule télécommandé canadien ROPOS. Lorsque les chercheurs sont allés explorer les panaches de bulles, ils ont découvert un fluide chaud et chimiquement distinct jaillissant du fond marin à environ 50 miles au large de Newport, Oregon. Les chercheurs pensent que ce fluide provient directement de la zone de subduction de Cascadia et aide à contrôler l'accumulation de contraintes entre les deux plaques. Crédit : Philip et al./Science Advances

La fonctionnalité a été découverte par le premier auteur Brendan Philip, qui a fait le travail en tant qu'étudiant diplômé de l'UW et travaille maintenant comme conseiller politique à la Maison Blanche.

Observations from later cruises show the fluid leaving the seafloor is 9 degrees CelsiusThe Celsius scale, also known as the centigrade scale, is a temperature scale named after the Swedish astronomer Anders Celsius. In the Celsius scale, 0 °C is the freezing point of water and 100 °C is the boiling point of water at 1 atm pressure." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Celsius (16 degrees FahrenheitThe Fahrenheit scale is a temperature scale, named after the German physicist Daniel Gabriel Fahrenheit and based on one he proposed in 1724. In the Fahrenheit temperature scale, the freezing point of water freezes is 32 °F and water boils at 212 °F, a 180 °F separation, as defined at sea level and standard atmospheric pressure. " data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Fahrenheit) plus chaud que l'eau de mer environnante. Les calculs suggèrent que le fluide provient directement du mégathrust de Cascadia, où les températures sont estimées à 150 à 250 degrés Celsius (300 à 500 degrés Fahrenheit).

Les nouveaux suintements ne sont pas liés à l'activité géologique à l'observatoire du fond marin à proximité vers lequel la croisière se dirigeait, a déclaré Solomon. Au lieu de cela, ils se produisent près de failles verticales qui hachent la zone de subduction massive de Cascadia. Ces failles décrochantes, où des sections de la croûte océanique et des sédiments glissent les unes sur les autres, existent parce que la plaque océanique frappe la plaque continentale sous un angle, ce qui exerce une pression sur la plaque continentale sus-jacente.

La perte de fluide de l'interface de mégacharriage offshore à travers ces failles décrochantes est importante car elle abaisse la pression de fluide entre les particules de sédiments et augmente donc la friction entre les plaques océaniques et continentales.

"La zone de faille mégathrust est comme une table de hockey sur air", a déclaré Solomon. "Si la pression du fluide est élevée, c'est comme si l'air était ouvert, ce qui signifie qu'il y a moins de friction et que les deux plaques peuvent glisser. Si la pression du fluide est plus faible, les deux plaques se verrouillent - c'est alors que la contrainte peut s'accumuler."

Le fluide libéré de la zone de faille est comme une fuite de lubrifiant, a déclaré Solomon. C'est une mauvaise nouvelle pour les risques de tremblement de terre : moins de lubrifiant signifie que le stress peut s'accumuler pour créer un tremblement de terre dommageable.

C'est le premier site connu de ce genre, a déclaré Solomon. Des sites de suintement de fluide similaires peuvent exister à proximité, a-t-il ajouté, bien qu'ils soient difficiles à détecter depuis la surface de l'océan. Une fuite de fluide importante au large du centre de l'Oregon pourrait expliquer pourquoi la partie nord de la zone de subduction de Cascadia, au large de Washington, serait plus fortement verrouillée, ou couplée, que la partie sud au large de la côte de l'Oregon.

"Pythias Oasis offre une fenêtre rare sur les processus agissant profondément dans le fond marin, et sa chimie suggère que ce fluide provient de près de la limite des plaques", a déclaré la co-auteur Deborah Kelley, professeur d'océanographie à l'UW. "Cela suggère que les failles voisines régulent la pression des fluides et le comportement de glissement de la méga-poussée le long de la zone de subduction centrale de Cascadia."

Solomon vient de rentrer d'une expédition pour surveiller les fluides sous-marins au large de la côte nord-est de la Nouvelle-Zélande. La zone de subduction de Hikurangi est similaire à la zone de subduction de Cascadia mais génère des tremblements de terre plus fréquents et plus petits qui facilitent son étude. Mais il a une structure sous-marine différente, ce qui signifie qu'il est peu probable qu'il y ait des suintements de fluide comme ceux découverts dans la nouvelle étude, a déclaré Solomon.

Référence : « Sources de fluides et surpressions dans la zone de subduction centrale de Cascadia révélées par un suintement chaud et à flux élevé du fond marin » par Brendan T. Philip, Evan A. Solomon, Deborah S. Kelley, Anne M. Tréhu, Theresa L. Whorley, Emily Roland, Masako Tominaga et Robert W. Collier, 25 janvier 2023, Science Advances.DOI : 10.1126/sciadv.add66 88

La recherche a été financée par la National Science Foundation. Les autres co-auteurs sont Theresa Whorley, qui a fait le travail en tant que doctorante à l'UW et travaille maintenant comme consultante en environnement à Seattle ; Emily Roland, ancienne membre du corps professoral de l'UW maintenant à la Western Washington University; Masako Tominaga à l'Institut océanographique de Woods Hole ; et Anne Tréhu et Robert Collier de l'Université d'État de l'Oregon.