Tourbillonnant autour du noyau solide de notre planète, à plus de 1 800 km sous la surface, le fer liquide chaud génère un champ magnétique qui s'étend au-delà de l'atmosphère. Ce champ nous fournit tout, des indications de la boussole à la protection contre les rayons cosmiques. Il n’est donc pas surprenant que les scientifiques se soient alarmés plus tôt cette année en remarquant que le pôle magnétique du nord dérivait rapidement vers la Sibérie. Alors que les géophysiciens essayaient de publier un modèle mis à jour du champ magnétique de la Terre avant son calendrier de cinq ans, le pôle en migration posait une question urgente: le champ magnétique de la Terre se prépare-t-il à basculer?
L'état magnétique de notre monde change constamment, les pôles nord et sud magnétiques errant de quelques degrés tous les siècles. De temps en temps, le champ magnétique subit une inversion complète de polarité, ce qui amène les pôles nord et sud magnétiques à changer de place, bien que personne ne sache exactement ce qui cause ce retournement. (En fait, le pôle nord de la planète est un pôle sud magnétique à l'heure actuelle, mais on l'appelle toujours le «nord magnétique» pour correspondre à nos mesures géographiques.)
Dans une étude publiée aujourd'hui dans Science Advances, les chercheurs font état d'une nouvelle chronologie de la dernière inversion de polarité, l'inversion de Brunhes-Matuyama, survenue il y a environ 780 000 ans. En combinant des échantillons de lave, des sédiments océaniques et des carottes de glace, ils ont pu suivre la progression de ce renversement et démontrer que sa configuration était plus longue et plus complexe que celle suggérée par les modèles précédents. Les résultats pourraient permettre de mieux comprendre l'évolution de l'environnement magnétique de notre planète et, espérons-le, d'orienter les prévisions concernant la prochaine perturbation majeure.
«[L'inversion de polarité] est l'un des rares phénomènes géophysiques véritablement mondiaux», déclare Brad Singer, professeur de géoscience à l'Université de Wisconsin-Madison et auteur principal de l'étude. «C'est un processus qui commence dans les parties les plus profondes de la Terre, mais il se manifeste dans les roches sur toute la surface de la planète et affecte l'atmosphère de manière très importante. … Si nous pouvons établir une chronologie pour le timing des inversions, nous avons des marqueurs que nous pouvons utiliser pour dater les roches sur toute la planète et connaître des points de temps communs autour de la Terre. ”
La génération du champ magnétique terrestre commence en son centre même. La chaleur du noyau interne solide produite par la désintégration radioactive réchauffe le fer liquide environnant, le faisant circuler comme une casserole d’eau sur une cuisinière. Le mouvement fluide, ou convection, du fer crée un courant électrique, qui génère un champ magnétique. Lorsque la Terre tourne, le champ magnétique s’aligne approximativement sur l’axe de rotation, créant ainsi les pôles nord et sud magnétiques.
Au cours des 2, 6 millions d’années écoulées, le champ magnétique terrestre a basculé 10 fois et presque plus de 20 fois au cours d’événements appelés excursions. Certains chercheurs pensent que les inversions de polarité sont causées par une perturbation de l'équilibre entre la rotation de la Terre et la température centrale, ce qui modifie le mouvement fluide du fer liquide, mais le processus exact reste mystérieux.
Illustration schématique des lignes de champ magnétique invisible générées par la Terre, représentées par un champ magnétique dipolaire. En réalité, notre bouclier magnétique est inséré plus près de la Terre du côté du soleil et extrêmement allongé du côté de la nuit à cause du vent solaire. (Peter Reid / NASA) Singer et ses collègues ont obtenu des estimations chronologiques plus précises de la dernière inversion de polarité en utilisant de nouvelles techniques de datation de la lave solidifiée. La lave basaltique, qui éclate à environ 1 100 degrés Celsius (2 012 degrés Fahrenheit), contient de la magnétite, un oxyde de fer dont les électrons les plus externes s’orientent le long du champ magnétique de la Terre. Lorsque la lave refroidit à 550 degrés Celsius (1022 degrés Fahrenheit), «la direction de l'aimantation est verrouillée, littéralement cuite dans le flux», dit Singer. En conséquence, l'histoire du champ magnétique est gravée dans la lave solidifiée, ce que Singer et son équipe pourraient lire à l'aide d'un processus spécialisé permettant de mesurer les isotopes d'argon des échantillons de lave en décomposition.
Malheureusement pour les géologues (mais heureusement pour le reste d'entre nous), les volcans ne sont pas toujours en éruption, ce qui fait de la lave un conservateur inégal de données sur l'évolution du champ magnétique. Pour coudre ensemble les dates manquantes, l'équipe de recherche a combiné les nouvelles mesures de sept sources de lave différentes à travers le monde avec des enregistrements antérieurs d'éléments magnétisés dans les sédiments des océans et les carottes de glace de l'Antarctique. Contrairement à la lave, l'océan fournit un enregistrement continu de la magnétisation, car des grains de matériau magnétique se déposent constamment sur le fond de la mer et s'alignent sur le champ de la planète. "Mais ces enregistrements deviennent lisses et déformés par le compactage, et de nombreuses créatures vivent au fond du fond de la mer ... donc l'enregistrement est un peu détruit", dit Singer.
La glace antarctique constitue un troisième moyen de résoudre l’histoire du champ magnétique terrestre car elle contient des échantillons d’un isotope du béryllium qui se forme lorsque le rayonnement cosmique interagit fortement avec la haute atmosphère, ce qui se produit précisément lorsque le champ magnétique s’affaiblit au cours d’une excursion ou d’une inversion.
En combinant ces trois sources, les chercheurs ont mis au point une histoire complète sur l'évolution du champ magnétique au cours de son dernier renversement. Alors que des études précédentes suggéraient que tous les renversements passaient par trois phases en une période ne dépassant pas 9 000 ans, l'équipe de Singer a découvert un processus de renversement beaucoup plus complexe qui nécessitait plus de 22 000 ans.
«Nous pouvons constater beaucoup plus de nuances dans la croissance et la décroissance des forces et du comportement directionnel au cours de cette période de 22 000 ans que jamais auparavant», a déclaré Singer. "Et il ne correspond pas au modèle [en trois phases] ... donc je pense qu'ils vont devoir retourner à la planche à dessin."
Les résultats soulèvent la question de savoir si les inversions de champ futures présenteront des subtilités et des durées similaires. "Il s'agit d'un document important car il documente de nouvelles données volcaniques et rassemble les enregistrements volcaniques et sédimentaires relatifs à l'instabilité du champ géomagnétique avant le dernier renversement de polarité", déclare James Channell, géophysicien de l'Université de Floride non impliqué. dans la nouvelle recherche, dans un email. «Cette instabilité pré-inversion est-elle une caractéristique de toutes les inversions de polarité? Pour l’instant, rien ne prouve que ce soit le cas lors des renversements plus anciens. ”
Le coauteur de l'étude, Rob Coe et Trevor Duarte, orientant les carottes d'un site de coulée de lave enregistrant l'inversion de polarité magnétique Matuyama-Brunhes dans le parc national Haleakala, à Hawaii, en 2015. (Brad Singer) Même avec les trois ensembles de mesures, il reste une question de savoir si l'historique corrigé fournit suffisamment d'informations sur la durée d'une inversion et sur l'état exact du champ lorsque de tels retournements se produisent. "Tant qu'aucun dossier complet ne montre la succession complexe d'événements décrits par les auteurs, je ne suis pas convaincu que les incertitudes sur les âges permettent de discerner plus de deux phases distinctes", déclare Jean-Pierre Valet, géophysicien de l’Institut de Physique de la Terre de Paris qui n’était pas impliqué dans la recherche, dans un courrier électronique. Valet s'interroge également sur la durée du renversement, affirmant que les incertitudes dans les données suggèrent que l'ensemble du processus aurait pu aller de 13 000 à 40 000 ans, ce qui est encore plus long que les estimations précédentes.
En savoir plus sur les processus qui conduisent à des inversions de polarité pourrait être crucial pour les civilisations futures, car le champ magnétique en mutation peut avoir des effets de grande portée sur la planète.
«Lorsque le champ [magnétique] est faible, ce qui se produit lors des inversions, le champ du dipôle principal s'effondre pour atteindre environ dix pour cent de sa force normale», déclare Singer. Cet effondrement pourrait être source de problèmes pour la vie sur Terre, car le champ magnétique stabilise les molécules d'ozone, protégeant ainsi la planète des rayons ultraviolets. Singer souligne que des travaux récents suggèrent que l'homme moderne est apte à avoir des gènes protecteurs après que les Néandertaliens aient été irradiés lors d'une excursion qui a détérioré le champ magnétique.
«Cela fait longtemps que l'on s'interroge sur le point de savoir si les inversions magnétiques ont un impact sur le biote à la surface de la Terre», dit-il. «La plupart des premières réclamations sont un peu absurdes, car la chronologie n’était pas suffisante pour savoir que la découverte de fossiles de Néandertal, par exemple, était corrélative à une excursion. Mais maintenant, nous connaissons beaucoup mieux ces horaires.
Au cours des 200 dernières années ou plus, le champ magnétique de la Terre s'est atténué à un taux de cinq pour cent par siècle. Si cet affaiblissement et la récente migration du pôle magnétique nord indiquent un renversement de champ imminent, cela pourrait avoir de graves conséquences pour les technologies reposant sur des satellites, qui pourraient être endommagés par le rayonnement cosmique. Cependant, Singer avertit qu'un retournement de situation ne devrait pas se produire au cours des deux prochains millénaires.
«Ce que nous voyons maintenant avec le pôle nord se déplaçant rapidement, c'est en fait tout à fait normal», dit Singer. «Il y a des articles publiés basés sur des disques beaucoup plus pauvres que ceux avec lesquels nous travaillons qui suggèrent qu'un retournement pourrait avoir lieu en moins d'une vie humaine, et cela n'est tout simplement pas soutenu par la grande majorité des enregistrements. … Le renversement réel, le renversement final, prend plusieurs milliers d'années. ”
Cela devrait donner à l’humanité un peu de temps pour mieux protéger ses technologies des radiations lors du prochain renversement. Jusque-là, ne vous inquiétez pas si votre boussole se déplace d'un degré ou deux.
