Une étude, dont les résultats intitulés «Earthquake-induced transformation of the lower crust» ont été publiés dans la revue Nature, a identifié un nouveau mécanisme pour la géodynamique de la croûte terrestre qui lie pour la première fois les transformations de la croûte inférieure aux déformations de la croûte supérieure: en effet, les analyses réalisées suggèrent que ce sont les séismes survenant dans la croûte supérieure qui endommagent significativement la croûte inférieure rendant possible la circulation de fluides et le métamorphisme des roches.

Rappelons tout d'abord que «l'évolution de la composition et de la structure des roches formant la croûte terrestre inférieure contrôle en grande partie le comportement de la lithosphère lors de processus tectoniques tels que la formation des montagnes, l'affaissement des bassins sédimentaires, l'ouverture des rifts ou la formation de plateaux continentaux».

Dans ce contexte, «de récentes études ont montré qu'avant la formation d’une chaîne de montagnes (orogénèse), la croûte inférieure est composée de roches de type granulites qui sont riches en fer et magnésium, sèches, imperméables et mécaniquement résistantes» et qu'ensuite «au cours d'un événement orogénique, ce sont les infiltrations de fluides, le long des zones de cisaillement ou de fractures, qui hydratent progressivement ces roches, les transformant en éclogites, roches plus denses et mécaniquement plus faibles».

Cependant, «l'observation de ce métamorphisme témoigne d’un endommagement précoce d’origine sismique, jusqu’ici inexplicable dans les conditions de pression élevées de la croûte inférieure où les roches ne devraient pas produire de séismes». Pour sa part, l'étude ici présentée apporte une explication en disant que «c’est l'activité sismique régulière dans la croûte supérieure sismogène qui entretiendrait un mécanisme naturel de 'pulses d’énergie élastique' induisant des répliques dans la croûte inférieure, à l’origine de son endommagement».

Cette hypothèse a été confirmée «en analysant les affleurements de granulites de la croûte inférieure continentale terrestre, exhumées dans l’Arc de Bergen, à l’ouest de la Norvège» dans lesquels ont été identifiées «les traces de séismes fossiles, appelées pseudotachylytes, qui ont eu lieu entre 30 et 60 km de profondeur», lors «de la collision Calédonienne il y a 400 millions d'années».

Plus précisément, en augmentant localement la perméabilité de la roche, «la fracturation d’origine sismique a permis la circulation de fluides et entrainé une transformation des granulites en éclogites». Ainsi, «la présence de pseudotachylites dans ces zones de cisaillement initiées par les failles générées par les séismes» prouve «que les déformations et zones de cisaillement de la coûte inférieure étaient contrôlées par des séismes provenant de la croûte supérieure».

La modélisation effectuée indique «que les hypocentres des répliques pouvaient atteindre des régions situées sous la croûte supérieure sismogène et que le volume de croûte inférieure affectée par ces répliques était très significatif, supérieur à 1% du volume total de la croûte inférieure par million d’années d’activité orogénique». De ce fait, le processus global pourrait «impacter le comportement mécanique de toute la croûte inférieure».

Comme «cette transformation granulite-éclogite, provoquée par des séismes, contrôle la résistance mécanique de la croûte inférieure terrestre, ce qui a des conséquences géodynamiques sur l'évolution des frontières de plaque en collision et sur la dynamique des chaînes de montagnes», ce «nouveau mécanisme de la géodynamique crustale 'descendant', de la croûte supérieure vers la croûte inférieure» remet, au bout du compte, en question «le mécanisme traditionnel 'ascendant' où le cisaillement profond dans le manteau et dans croûte inférieure contrôle la distribution spatiale des failles de la croûte supérieure».