Le fait qu'une planète possède ou non un champ magnétique contribue grandement à déterminer s'il est habitable ou non. Alors que la Terre possède une forte magnétosphère qui protège la vie des rayonnements nocifs et empêche le vent solaire de dépouiller son atmosphère, la planète comme Mars ne le fait plus. C'est pourquoi il est passé d'un monde avec une atmosphère plus épaisse et de l'eau liquide à sa surface à l'endroit froid et desséché qu'il est aujourd'hui.
Pour cette raison, les scientifiques ont longtemps cherché à comprendre ce qui alimente le champ magnétique terrestre. Jusqu'à présent, le consensus a été qu'il s'agissait de l'effet dynamo créé par le noyau externe liquide de la Terre tournant dans le sens opposé à la rotation de la Terre. Cependant, de nouvelles recherches du Tokyo Institute of Technology suggèrent que cela pourrait être dû à la présence de cristallisation dans le noyau terrestre.
La recherche a été menée par des scientifiques du Earth-Life Science Institute (ELSI) de Tokyo Tech. Selon leur étude - intitulée «Cristallisation du dioxyde de silicium et évolution de la composition du noyau terrestre», parue récemment dans La nature - l'énergie qui entraîne le champ magnétique terrestre peut avoir plus à voir avec la composition chimique du noyau terrestre.
L’équipe de recherche était particulièrement préoccupée par le taux de refroidissement du noyau terrestre au cours du temps géologique - qui fait l’objet de débats depuis un certain temps. Et pour le Dr Kei Hirose - le directeur de l'Earth-Life Science Institute et auteur principal du document - il s'agit d'une quête de toute une vie. Dans une étude de 2013, il a partagé les résultats de ses recherches qui indiquaient comment le noyau de la Terre avait pu se refroidir plus significativement qu'on ne le pensait auparavant.
Lui et son équipe ont conclu que depuis la formation de la Terre (il y a 4,5 milliards d'années), le noyau peut avoir refroidi jusqu'à 1 000 ° C (1 832 ° F). Ces résultats ont été plutôt surprenants pour la communauté des sciences de la Terre - conduisant à ce qu'un scientifique a appelé le «New Core Heat Paradox». En bref, ce taux de refroidissement du cœur signifierait qu'une autre source d'énergie serait nécessaire pour maintenir le champ géomagnétique de la Terre.
En plus de cela, et liés à la question du refroidissement du cœur, il y avait quelques questions non résolues sur la composition chimique du cœur. Comme l'a dit le Dr Kei Hirose dans un communiqué de presse de Tokyo Tech:
«Le cœur est principalement composé de fer et de nickel, mais contient également environ 10% d'alliages légers tels que le silicium, l'oxygène, le soufre, le carbone, l'hydrogène et d'autres composés. Nous pensons que de nombreux alliages sont présents simultanément, mais nous ne connaissons pas la proportion de chaque élément candidat. "
Pour résoudre ce problème, Hirose et ses collègues d'ELSI ont mené une série d'expériences où divers alliages ont été soumis à des conditions de chaleur et de pression similaires à celles de l'intérieur de la Terre. Cela consistait à utiliser une enclume en diamant pour presser des échantillons d'alliages de la taille d'une poussière pour simuler des conditions de haute pression, puis à les chauffer avec un faisceau laser jusqu'à ce qu'ils atteignent des températures extrêmes.
Dans le passé, les recherches sur les alliages de fer dans le cœur se sont principalement concentrées sur les alliages fer-silicium ou sur l'oxyde de fer à haute pression. Mais dans l'intérêt de leurs expériences, Hirose et ses collègues ont décidé de se concentrer sur la combinaison de silicium et d'oxygène - qui existeraient dans le noyau externe - et d'examiner les résultats au microscope électronique.
Les chercheurs ont découvert que dans des conditions de pression et de chaleur extrêmes, des échantillons de silicium et d'oxygène se combinaient pour former des cristaux de dioxyde de silicium - dont la composition était similaire à celle du quartz minéral présent dans la croûte terrestre. Ergo, l'étude a montré que la cristallisation du dioxyde de silicium dans le noyau externe aurait libéré suffisamment de flottabilité pour alimenter la convection du noyau et un effet dynamo dès le début de l'éon Hadéen.
Comme l'explique John Hernlund, également membre d'ELSI et co-auteur de l'étude:
«Ce résultat s'est avéré important pour comprendre l'énergétique et l'évolution du noyau. Nous étions excités parce que nos calculs ont montré que la cristallisation des cristaux de dioxyde de silicium du cœur pourrait fournir une immense nouvelle source d'énergie pour alimenter le champ magnétique terrestre. "
Cette étude fournit non seulement des preuves pour aider à résoudre le soi-disant «nouveau paradoxe de la chaleur du noyau», mais elle peut également aider à faire progresser notre compréhension des conditions qui se présentaient lors de la formation de la Terre et du début du système solaire. Fondamentalement, si le silicium et l'oxygène forment un cristal de dioxyde de silicium dans le noyau externe au fil du temps, tôt ou tard, le processus s'arrêtera une fois que le noyau sera à court de ces éléments.
Lorsque cela se produit, nous pouvons nous attendre à ce que le champ magnétique terrestre en souffre, ce qui aura des implications drastiques pour la vie sur Terre. Cela aide également à imposer des contraintes sur les concentrations de silicium et d'oxygène qui étaient présentes dans le noyau lorsque la Terre s'est formée pour la première fois, ce qui pourrait contribuer grandement à éclairer nos théories sur la formation du système solaire.
De plus, cette recherche peut aider les géophysiciens à déterminer comment et quand d'autres planètes (comme Mars, Vénus et Mercure) avaient encore des champs magnétiques (et pourraient éventuellement donner des idées sur la façon dont ils pourraient être réactivés). Cela pourrait même aider les équipes scientifiques de recherche d'exoplanètes à déterminer quelles exoplanètes ont des magnétosphères, ce qui nous permettrait de découvrir quels mondes extrasolaires pourraient être habitables.
