Sans champ magnétique terrestre, les animaux migrateurs perdent leur chemin et la navigation pour tout, des navires aux scouts est rendue inutile. Mais malgré son importance, le processus qui alimente le champ magnétique de la planète reste un mystère. Les idées abondent, mais aucune d'elles ne peut expliquer l'âge du champ magnétique terrestre. Maintenant, une nouvelle étude peut avoir la clé de cette incohérence: le magnésium humble.
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Le brassage du noyau en fusion génère des courants électriques qui produisent le champ magnétique de la planète dans un processus appelé dynamo.
"Si vous n'aviez pas ces mouvements de rotation, le champ magnétique de la Terre se décomposerait et il mourrait dans environ dix millions d'années", explique Joseph O'Rourke, chercheur postdoctoral au California Institute of Technology de Pasadena.
Mais quels pouvoirs cette motion n’est pas claire? La solidification lente du noyau interne de la Terre et la désintégration radioactive - deux des principales hypothèses - ne produisent pas assez d'énergie pour alimenter le champ magnétique aussi longtemps qu'il a été préservé.
Les enregistrements dans les roches indiquent que le champ magnétique de la Terre a au moins 3, 4 milliards d’années, et peut-être même 4, 2 milliards d’années. Refroidir le noyau interne ne fournirait qu’un milliard d’années d’énergie au champ magnétique. Et il n’ya tout simplement pas assez de matière radioactive dans le noyau de la Terre pour que l’hypothèse de décroissance fonctionne, explique Francis Nimmo, spécialiste en sciences planétaires à l’Université de Californie à Santa Cruz.
Dans une nouvelle étude publiée dans le numéro de cette semaine de la revue Nature, O'Rourke et David Stevenson, spécialiste en sciences planétaires chez Caltech, proposent un nouveau mécanisme chimique pour la mise en place de différences de flottabilité dans l'intérieur de la Terre afin de stimuler le géodynamo.
À l'aide de modèles informatiques, ils ont montré que suite aux impacts géants qui ont bombardé la Terre au tout début, une petite quantité de l'élément magnésium aurait pu se dissoudre dans le noyau riche en fer.
"La Terre s'est formée dans une série de collisions géantes et très violentes qui auraient pu chauffer le manteau à des températures pouvant atteindre 7 000 kelvins [12 140 degrés Fahrenheit]", a déclaré O'Rourke. "À ces températures, les éléments qui ne se mélangent pas normalement avec du fer, comme le magnésium, vont se transformer en fer."
Mais comme le magnésium n'est soluble dans le fer qu'à des températures élevées, lorsque le noyau de la Terre se refroidit, le magnésium précipitera ou "déblayera" le noyau externe sous forme d'alliages riches en magnésium. Ces alliages sont transportés jusqu’à la limite noyau-manteau.
"Lorsque vous retirez l'alliage riche en magnésium du noyau, ce qui reste est plus dense", a déclaré O'Rourke. Une telle masse concentrée libère de l'énergie gravitationnelle qui pourrait servir de source d'alimentation alternative pour la dynamo, explique-t-il.
Selon O'Rourke et Stevenson, leur mécanisme de précipité de magnésium aurait pu alimenter le géodynamo pendant des milliards d'années, jusqu'à ce que le noyau interne commence à se refroidir et à se solidifier, ce que les estimations actuelles suggèrent il y a environ un milliard d'années. À ce stade, les deux processus pourraient avoir commencé à fonctionner en tandem pour alimenter le champ magnétique de la Terre, explique O'Rourke.
"La précipitation de magnésium pourrait entraîner une convection [du fer] du haut du noyau, alors que la libération d'éléments légers du noyau interne [de la solidification] pourrait entraîner une convection du bas", dit-il.
Le scientifique planétaire Nimmo, qui n’a pas participé à l’étude, dit qu’il aime l’hypothèse de la précipitation du magnésium, car elle n’émet que deux hypothèses: Que la Terre chauffe lors d’un impact géant et que lors d’un impact géant, le noyau métallique de l’impacteur est exposé silicate matériau du manteau.
"Il est difficile d'affirmer que l'on présume, bien que l'on ne sache pas exactement à quel point il fait chaud", dit Nimmo. L'hypothèse 2 est un peu moins sûre, dit-il, mais la plupart des scientifiques s'accordent à dire que lorsque des corps rocheux entrent en collision avec la Terre primitive, certains éléments de ces impacteurs, tels que le magnésium, seraient transférés dans le manteau. "Une fois que vous faites ces deux hypothèses, tout le reste suit naturellement."
Maintenant, dit Nimmo, tout ce dont nous avons besoin sont des expériences pour tester les idées de O'Rourke et de Stevenson. "Leur étude est principalement basée sur des prédictions informatiques sur la répartition du magnésium en fonction de la température", explique Nimmo.
Certains chercheurs travaillent déjà sur ces expériences, de sorte que les scientifiques ne tarderont peut-être pas à se concentrer sur ce qui caractérise le champ magnétique de la Terre.
"Notre processus pourrait expliquer non seulement comment la dynamo fonctionnait dans le passé", déclare O'Rourke, "mais [comment] elle pourrait encore fonctionner aujourd'hui."
