Impact of deglaciation on present-day intraplate seismicity in eastern North America and western Europe

• Published in: Comptes rendus de l'Académie des sciences. Série II. Fascicule a, Sciences de la terre et des planètes Vol. 333; no. 1; pp. 23 - 33
• Main Authors: Zoback, Mark D, Grollimund, Balz
• Format: Journal Article Conference Proceeding
• Language: English
• Published: Paris Elsevier B.V 2001; Elsevier
• Subjects: contraintes; deglaciation; déglaciation; Earth sciences; Earth, ocean, space; earthquakes; Earthquakes, seismology; Engineering and environment geology. Geothermics; Exact sciences and technology; glaciation; Internal geophysics; lithosphere; lithosphère; modeling; modélisation; Natural hazards: prediction, damages, etc; stress; séismes; Fennoscandia; Norwegian Sea; United States; Eastern Europe; New Madrid region; North Sea region; Western Europe; stress; glaciation; modeling; déglaciation; lithosphere; séismes; deglaciation; lithosphère; modélisation; earthquakes; contraintes; flexure; Quaternary; Europe; epicenters; upper Quaternary; North America; desequilibrium; ice sheets; uplifts; Arctic Ocean; ice caps; deformation; asthenosphere; stress fields; Cenozoic; Phanerozoic; isostasy; seismicity
• ISSN: 1251-8050
• DOI: 10.1016/S1251-8050(01)01623-8

The retreat of major ice sheets in North America and northern Europe caused a large-scale isostatic desequilibrium of the lithosphere–asthenosphere system. As a result, formerly glaciated areas started to uplift and lithospheric bending occurred, especially near ice margins. While it is well known that post-glacial uplift continues until present-day in formerly glaciated areas, so has the associated flexure of the lithosphere. This continues to alter the stress state in the areas surrounding the former ice sheet. We have addressed the question of the impact of deglaciation on intraplate stress and seismicity in two separate studies. In one study, we have mapped out and modeled the stress field in the Norwegian sector of the Northern North Sea, a prominent hydrocarbon region in the vicinity of the edge of ice sheet that covered Fennoscandia until ∼20 000 years ago. In the other study, we investigated the influence of lithospheric flexure as the possible cause of the anomalously high seismicity in the New Madrid Seismic Zone in the central United States. This was the site of three extremely large ( M∼8) earthquakes in 1811–1812, following several previous large earthquakes in Holocene time. As there is no significant deformation of Tertiary sediments in the area, deglaciation appears to have been a trigger for recent seismicity. Le retrait des calottes glaciaires en Amérique du Nord et en Europe septentrionale a induit un vaste déséquilibre isostatique dans le système lithosphère–asthénosphère. Les régions auparavant couvertes par les glaces se sont soulevées et un bombement isostatique s'est développé ; ces deux phénomènes se poursuivent actuellement. Il en résulte une modification de l'état de contrainte dans les régions entourant l'ancienne calotte glaciaire. Nous abordons le problème de l'impact de cette déglaciation sur les contraintes intra-plaques et sur l'activité séismique dans deux régions typiques. D'une part, nous cartographions et modélisons le champ de contrainte dans le secteur norvégien de la mer du Nord septentrionale. Cette région pétrolifère est située près du bord de la calotte glaciaire qui recouvrait la Fennoscandinavie jusqu'à il y a environ 20 000 ans. D'autre part, nous voyons dans l'influence de la flexure lithosphérique une cause possible de la séismicité anormalement élevée dans la zone sismique de New Madrid, près du Centre des États-Unis. Cette zone a connu trois séismes extrêmement importants ( M∼8) en 1811–1812, à la suite d'autres grands séismes survenus durant l'Holocène. Comme les sédiments tertiaires ne montrent pas de déformation significative dans ce secteur, la déglaciation constitue le facteur déclenchant le plus vraisemblable pour cette séismicité récente.