En modélisant les comportements du champ magnétique terrestre au cours des 265 derniers millions d’années, des chercheurs ont constaté qu’il a été influencé par deux immenses structures rocheuses ultrachaudes situées juste à la base du manteau. Faisant chacune la taille d’un continent, elles affecteraient les mouvements du noyau externe liquide sous-jacent et auraient pu influencer la configuration continentale actuelle.
Les profondeurs de la Terre constituent l’un des endroits les moins explorés et les moins connus de la planète, nos technologies actuelles ne permettant toujours pas de les explorer entièrement. À ce jour, nous en savons beaucoup plus sur l’espace que sur l’intérieur de notre propre planète. Si les télescopes ont permis d’observer indirectement des objets situés jusqu’à environ 25 milliards de kilomètres dans l’espace, la profondeur maximale atteinte sous la surface terrestre dépasse à peine les 12 kilomètres.
Ces défis impliquent que les conditions et la dynamique interne de la région située entre la base du manteau et la surface du noyau externe — une interface clé pour le maintien et la régulation du champ magnétique terrestre — demeurent en grande partie incomprises. En effet, la chaleur circulant du noyau vers le manteau alimente la géodynamo, le flux de fer liquide du noyau externe qui génère le champ magnétique terrestre, à l’image d’une éolienne produisant de l’électricité.
Plus précisément, le manteau inférieur agit comme un puits froid pour la géodynamo et exerce une influence majeure sur le champ magnétique généré par le noyau externe. Les géologues s’appuient principalement sur les mesures paléomagnétiques (qui retracent l’évolution du champ magnétique au fil du temps) pour étudier les structures et la dynamique des couches profondes de la Terre.
L’assemblage de ces informations est cependant complexe en raison de la résolution spatio-temporelle limitée des enregistrements paléomagnétiques et des incertitudes liées à leur interprétation. Dans une étude publiée récemment dans la revue Nature Geoscience, des chercheurs apportent de nouvelles informations sur la manière dont le champ magnétique de la Terre a évolué en étant influencé par sa dynamique et sa structure internes.
Deux gigantesques structures sous l’Afrique et le Pacifique
Pour analyser les caractéristiques internes de la Terre et leur influence sur le champ magnétique, les chercheurs ont combiné des données d’observations paléomagnétiques avec des modélisations informatiques avancées de la géodynamo. Ces modélisations leur ont permis de reconstituer le comportement du champ magnétique terrestre au cours des 265 derniers millions d’années.
« Nous utilisons ici des données et des modèles paléomagnétiques, ainsi que des simulations numériques de la géodynamo, pour démontrer que certaines caractéristiques observées du comportement ancien du champ magnétique sont reproduites de manière unique ou préférentielle en présence d’une forte variabilité latérale du flux de chaleur noyau-manteau », écrivent les chercheurs dans leur étude.
Les cartes simulées du champ magnétique terrestre (à gauche) ne peuvent ressembler à celles du champ réel (à droite) que si l’on suppose que le noyau terrestre est constitué de masses rocheuses chaudes reposant directement dessus. © Andy BigginLes résultats ont montré que la surface du noyau externe présente une répartition de température très hétérogène, certaines zones affichant d’importants contrastes thermiques. « Ces résultats suggèrent qu’il existe de forts contrastes de température dans le manteau rocheux juste au-dessus du noyau et que, sous les régions les plus chaudes, le fer liquide du noyau peut stagner plutôt que de participer au flux vigoureux observé sous les régions plus froides », explique Andy Biggin, professeur de géomagnétisme à l’Université de Liverpool et auteur principal de l’étude, dans un communiqué.
En particulier, deux zones chaudes localisées indiqueraient la présence de deux structures rocheuses, chacune de la taille d’un continent. Situées sous l’Afrique et le Pacifique, elles se trouvent à environ 2 900 kilomètres de profondeur, juste au niveau de la limite entre le noyau externe et le manteau. Ces deux blocs semblent affecter directement les mouvements du noyau externe liquide situé en dessous.
Les modélisations ont également montré que certaines parties du champ magnétique semblent être restées relativement stables pendant des centaines de millions d’années, tandis que d’autres ont été considérablement modifiées au fil du temps. D’après les chercheurs, ces résultats suggèrent que les deux blocs internes ultrachauds ont influencé, et probablement contribué à structurer, le champ magnétique de la Terre depuis des millions d’années.
« L’acquisition de telles connaissances sur les profondeurs de la Terre sur de très longues périodes renforce l’argument en faveur de l’utilisation des enregistrements de l’ancien champ magnétique pour comprendre à la fois l’évolution dynamique des profondeurs de la Terre et ses propriétés plus stables », estime Biggin.
Ces nouvelles données pourraient avoir des implications pour divers axes de recherche, notamment ceux concernant la formation, la fragmentation et la dérive des continents, les changements climatiques passés, la paléobiologie, la formation des gisements de minerais stratégiques, etc.
Ces domaines de recherche s’appuyaient sur l’hypothèse que le champ magnétique terrestre se comportait comme un aimant dont l’axe est parfaitement aligné avec l’axe de rotation de la Terre. « Nos résultats indiquent que cette hypothèse n’est peut-être pas tout à fait exacte », conclut Biggin.