Comment la Terre a-t-elle évité un destin semblable à celui de Mars ? Les roches anciennes contiennent des indices
par Lindsey Valich, Université de Rochester
Une représentation de la Terre, d'abord sans noyau interne; deuxièmement, avec un noyau interne commençant à se développer, il y a environ 550 millions d'années ; troisièmement, avec un noyau interne le plus externe et le plus interne, il y a environ 450 millions d'années. Des chercheurs de l'Université de Rochester ont utilisé le paléomagnétisme pour déterminer ces deux dates clés de l'histoire du noyau interne, qui, selon eux, a restauré le champ magnétique de la planète juste avant l'explosion de la vie sur Terre. Crédit : Université de Rochester / Michael Osadciw
À environ 1 800 milles sous nos pieds, le fer liquide tourbillonnant dans le noyau externe de la Terre génère le champ magnétique protecteur de notre planète. Ce champ magnétique est invisible mais vital pour la vie à la surface de la Terre car il protège la planète du vent solaire, des flux de rayonnement du soleil.
Il y a environ 565 millions d'années, cependant, la force du champ magnétique a diminué à 10% de sa force actuelle. Puis, mystérieusement, le champ a rebondi, retrouvant sa force juste avant l'explosion cambrienne de la vie multicellulaire sur Terre.
Qu'est-ce qui a fait rebondir le champ magnétique ?
Selon de nouvelles recherches menées par des scientifiques de l'Université de Rochester, ce rajeunissement s'est produit en quelques dizaines de millions d'années - rapidement sur des échelles de temps géologiques - et a coïncidé avec la formation du noyau interne solide de la Terre, ce qui suggère que le noyau est probablement une cause directe.
"Le noyau interne est extrêmement important", déclare John Tarduno, William R. Kenan, Jr., professeur de géophysique au Département des sciences de la Terre et de l'environnement et doyen de la recherche pour les arts, les sciences et l'ingénierie à Rochester. "Juste avant que le noyau interne ne commence à se développer, le champ magnétique était sur le point de s'effondrer, mais dès que le noyau interne a commencé à se développer, le champ s'est régénéré."
Dans l'article, publié dans Nature Communications, les chercheurs ont déterminé plusieurs dates clés dans l'histoire du noyau interne, y compris une estimation plus précise de son âge. La recherche fournit des indices sur l'histoire et l'évolution future de la Terre et sur la façon dont elle est devenue une planète habitable, ainsi que sur l'évolution des autres planètes du système solaire.
Déverrouiller des informations dans les roches anciennes
La Terre est composée de couches : la croûte, où se situe la vie ; le manteau, la couche la plus épaisse de la Terre ; le noyau externe fondu ; et le noyau interne solide, qui est à son tour composé d'un noyau interne le plus à l'extérieur et d'un noyau interne le plus à l'intérieur.
Le champ magnétique terrestre est généré dans son noyau externe, où le fer liquide tourbillonnant provoque des courants électriques, entraînant un phénomène appelé géodynamo qui produit le champ magnétique.
En raison de la relation entre le champ magnétique et le noyau de la Terre, les scientifiques tentent depuis des décennies de déterminer comment le champ magnétique et le noyau de la Terre ont changé tout au long de l'histoire de notre planète. Ils ne peuvent pas mesurer directement le champ magnétique en raison de l'emplacement et des températures extrêmes des matériaux dans le noyau. Heureusement, les minéraux qui remontent à la surface de la Terre contiennent de minuscules particules magnétiques qui se verrouillent dans la direction et l'intensité du champ magnétique au moment où les minéraux refroidissent de leur état fondu.
Pour mieux limiter l'âge et la croissance du noyau interne, Tarduno et son équipe ont utilisé un laser CO2 et le magnétomètre à dispositif d'interférence quantique supraconducteur (SQUID) du laboratoire pour analyser les cristaux de feldspath de l'anorthosite rocheuse. Ces cristaux contiennent de minuscules aiguilles magnétiques qui sont de "parfaits enregistreurs magnétiques", explique Tarduno.
En étudiant le magnétisme enfermé dans des cristaux anciens - un domaine connu sous le nom de paléomagnétisme - les chercheurs ont déterminé deux nouvelles dates importantes dans l'histoire du noyau interne :
Il y a 550 millions d'années : le moment où le champ magnétique a commencé à se renouveler rapidement après un quasi-effondrement 15 millions d'années auparavant. Les chercheurs attribuent le renouvellement rapide du champ magnétique à la formation d'un noyau interne solide qui a rechargé le noyau externe en fusion et restauré la force du champ magnétique.
Il y a 450 millions d'années : le moment où la structure du noyau interne en croissance a changé, marquant la frontière entre le noyau interne le plus interne et le plus externe. Ces changements dans le noyau interne coïncident avec des changements à peu près au même moment dans la structure du manteau sus-jacent, en raison de la tectonique des plaques à la surface.
"Parce que nous avons limité l'âge du noyau interne avec plus de précision, nous avons pu explorer le fait que le noyau interne actuel est en fait composé de deux parties", explique Tarduno. "Les mouvements tectoniques des plaques à la surface de la Terre ont indirectement affecté le noyau interne, et l'histoire de ces mouvements est imprimée au plus profond de la Terre dans la structure du noyau interne."
Éviter un destin semblable à celui de Mars
Mieux comprendre la dynamique et la croissance du noyau interne et du champ magnétique a des implications importantes, non seulement pour découvrir le passé de la Terre et prédire son avenir, mais aussi pour démêler les façons dont d'autres planètes pourraient former des boucliers magnétiques et maintenir la condit
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