La cause évidente du tsunami: le tremblement de terre s’est produit dans une zone de subduction, où la plaque tectonique sous-jacente à l’océan Pacifique tentait de glisser sous la plaque continentale adjacente retenant le Japon et d’autres masses terrestres. Les plaques étaient en grande partie collées les unes contre les autres depuis des siècles et la pression s’accumulait. Enfin, quelque chose a donné. Des centaines de kilomètres carrés de fonds marins se sont soudainement allongés horizontalement sur environ 160 pieds et ont poussé jusqu’à 33 pieds. Les scientifiques appellent cela une mégalopole. Comme une main agitée vigoureusement sous l’eau dans une baignoire, l’embardée s’est propagée à la surface de la mer et s’est traduite en vagues. En s’approchant des eaux côtières peu profondes, leur énergie s’est concentrée et ils ont grandi en hauteur. Le reste appartient à l’histoire.
Mais les scientifiques ont vite compris que quelque chose ne s’additionnait pas. La taille des tsunamis a tendance à refléter la magnitude des tremblements de terre à une échelle prévisible; Celui-ci a produit des vagues trois ou quatre fois plus grandes que prévu. Quelques mois plus tard, des scientifiques japonais ont identifié une autre faille très inhabituelle à quelque 30 miles de la côte qui semblait s’être déplacée en tandem avec la mégalopole. Cette faute, raisonnaient-ils, aurait pu amplifier le tsunami. Mais exactement comment cela s’est développé là-bas, ils ne pouvaient pas dire. Maintenant, une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Geoscience donne une réponse et un aperçu possible d’autres zones à risque de tsunamis hors normes.
Les auteurs de l’étude, basés à l’Observatoire de la Terre Lamont-Doherty de l’Université Columbia, ont examiné une grande variété de données collectées par d’autres chercheurs avant et après le séisme. Cela comprenait des cartes topographiques des fonds marins, des sédiments provenant de forages sous-marins et des enregistrements de chocs sismiques en dehors de la méga-poussée.
La faille inhabituelle en question est une faille dite extensionnelle – une faille dans laquelle la croûte terrestre est arrachée au lieu d’être poussée ensemble. Après la mégalopole, la zone autour de la faille extensive s’est déplacée de quelque 200 pieds vers la mer, et une série d’escarpements de 10 à 15 pieds de haut pouvait y être vue, indiquant une rupture soudaine et puissante. La zone autour de la faille extensionnelle était également plus chaude que le fond marin environnant, ce qui indique une friction due à un mouvement très récent; cela suggérait que la faille extensionnelle avait été secouée lorsque la méga-poussée a frappé. Cela aurait à son tour ajouté à la puissance du tsunami.
Les failles extensionnelles sont en fait communes autour des zones de subduction but mais seulement dans les plaques océaniques, pas les plaques continentales dominantes, où celle-ci a été trouvée. Comment en est-il arrivé là? Et, ces caractéristiques dangereuses pourraient-elles se cacher dans d’autres parties du monde?
Les auteurs du nouvel article pensent que la réponse est l’angle sous lequel la plaque océanique plonge sous le continent; ils disent qu’elle s’est progressivement estompée au cours de millions d’années. « La plupart des gens diraient que c’était la mégalopole qui a causé le tsunami, mais nous et d’autres disons qu’il y avait peut-être autre chose à l’œuvre en plus de cela », a déclaré Lamont PhD. student Bar Oryan, l’auteur principal du journal. « Ce qui est nouveau ici, c’est que nous expliquons le mécanisme de l’évolution de la faille. »
Les chercheurs disent qu’il y a longtemps, la plaque océanique descendait à un angle plus raide et pouvait tomber assez facilement, sans perturber le fond marin sur la plaque continentale dominante. Toute faille d’extension était probablement confinée à la plaque océanique derrière la tranchée – la zone où les deux plaques se rencontrent. Puis, à partir d’il y a peut-être 4 ou 5 millions d’années, il semble que l’angle de subduction ait commencé à diminuer. En conséquence, la plaque océanique a commencé à exercer une pression sur les sédiments au sommet de la plaque continentale. Cela a poussé les sédiments dans une énorme bosse subtile entre la tranchée et le rivage du Japon. Une fois que la bosse est devenue assez grosse et suffisamment comprimée, elle était vouée à se briser, et c’est probablement ce qui s’est passé lorsque le tremblement de terre de mégalopole a secoué les choses. Les chercheurs ont utilisé des modèles informatiques pour montrer comment des changements à long terme du pendage de la plaque pourraient produire des changements majeurs dans la déformation à court terme lors d’un tremblement de terre.
Il existe plusieurs sources de preuves. D’une part, les matériaux prélevés dans les forages avant le séisme montrent que les sédiments avaient été pressés vers le haut à mi-chemin entre la terre et la tranchée, tandis que ceux qui étaient plus proches à la fois de la terre et de la tranchée s’étaient affaissés similar semblable à ce qui pourrait arriver si l’on posait un morceau de papier à plat sur une table, puis poussait lentement dessus des côtés opposés. En outre, des enregistrements de répliques dans les six mois qui ont suivi le grand séisme ont montré des dizaines de tremblements de terre de type faille extensive tapissant le fond marin au-dessus de la plaque continentale. Cela suggère que la grande faille d’extension n’est que la plus évidente; la souche était relâchée partout dans des séismes plus petits et similaires dans les zones environnantes, à mesure que la bosse se détendait.
Par ailleurs, sur terre, le Japon abrite de nombreux volcans disposés en arc nord-sud soigné. Ceux-ci sont alimentés par du magma généré 50 ou 60 miles plus bas, à l’interface entre la dalle de subduction et la plaque continentale. Au cours des mêmes 4 à 5 millions d’années, cet arc a migré vers l’ouest, loin de la tranchée. Comme la génération de magma a tendance à avoir lieu à une profondeur assez constante, cela ajoute à la preuve que l’angle de subduction a progressivement augmenté, poussant la zone génératrice de magma plus à l’intérieur des terres.
Roger Buck, géophysicien et coauteur de Lamont, a déclaré que l’étude et les précédentes sur lesquelles elle s’appuie avaient des implications mondiales. « Si nous pouvons aller voir si l’angle de subduction monte ou descend, et voir si les sédiments subissent ce même type de déformation, nous pourrions être mieux en mesure de dire où ce type de risque existe », a-t-il déclaré. Les candidats à une telle enquête comprendraient des zones au large du Nicaragua, de l’Alaska, de Java et d’autres dans les zones sismiques de la Ceinture de feu du Pacifique. « Ce sont des domaines qui comptent pour des millions de personnes », a-t-il déclaré.
