L’existence d’un champ magnétique au-delà de 3,5 milliards d’années fait encore débat. Les minéraux microscopiques extraits d’un ancien affleurement de Jack Hills, en Australie occidentale, ont fait l’objet d’études géologiques intenses, car ils semblent porter des traces du champ magnétique terrestre remontant à 4,2 milliards d’années. C’est près d’un milliard d’années plus tôt que l’époque où l’on pensait auparavant que le champ magnétique se produisait, et cela remonte presque à l’époque où la planète elle-même s’est formée selon la source du MIT.

Mais aussi intrigante que puisse être cette histoire d’origine, une équipe dirigée par le MIT a maintenant trouvé des preuves du contraire. Dans un article publié aujourd’hui dans Science Advances, l’équipe a examiné le même type de cristaux, appelés zircons, extraits du même affleurement, et a conclu que les zircons ils ne sont pas fiables en tant qu’enregistreurs d’anciens champs magnétiques.

En d’autres termes, on ne sait toujours pas si le champ magnétique terrestre existait avant il y a 3,5 milliards d’années.

« Il n’existe aucune preuve solide d’un champ magnétique antérieur à 3,5 milliards d’années, et même s’il existait un champ, il serait très difficile d’en trouver des preuves dans les zircons de Jack Hills », explique Caue Borlina, étudiant diplômé du MIT. Département des sciences de la Terre, de l’atmosphère et des planètes (EAPS). « C’est un résultat important dans le sens où nous savons ce qu’il ne faut plus rechercher. »

Borlina est le premier auteur de l’article, qui comprend également le professeur Benjamin Weiss de l’EAPS, le chercheur scientifique principal Eduardo Lima et le chercheur scientifique Jahandar Ramezan du MIT, ainsi que d’autres de l’Université de Cambridge, de l’Université Harvard, de l’Université de Californie à Los Angeles, de l’Université de Alabama et l’Université de Princeton.

Un champ, agité

On pense que le champ magnétique terrestre joue un rôle important pour rendre la planète habitable. Non seulement un champ magnétique détermine la direction des aiguilles de notre boussole, mais il agit également comme une sorte de bouclier, détournant le vent solaire qui pourrait autrement ronger l’atmosphère.

Les scientifiques savent qu’aujourd’hui le champ magnétique terrestre est alimenté par la solidification du noyau de fer liquide de la planète. Le refroidissement et la cristallisation du noyau remuent le fer liquide environnant, créant de puissants courants électriques qui génèrent un champ magnétique s’étendant loin dans l’espace. Ce champ magnétique est connu sous le nom de géodynamo.

De multiples éléments de preuve ont montré que le champ magnétique terrestre existait il y a au moins 3,5 milliards d’années. Cependant, on pense que le noyau de la planète a commencé à se solidifier il y a à peine 1 milliard d’années, ce qui signifie que le champ magnétique doit avoir été piloté par un autre mécanisme avant il y a 1 milliard d’années. Déterminer exactement le moment où le champ magnétique s’est formé pourrait aider les scientifiques à comprendre ce qui l’a généré au départ.

Borlina affirme que l’origine du champ magnétique terrestre pourrait également éclairer les premières conditions dans lesquelles les premières formes de vie sur Terre se sont implantées.

« Au cours du premier milliard d’années de la Terre, entre 4,4 et 3,5 milliards d’années, c’est à ce moment-là que la vie est apparue », explique Borlina. « La présence ou non d’un champ magnétique à ce moment-là a des implications différentes sur l’environnement dans lequel la vie a émergé sur Terre. C’est la motivation de notre travail.

« Je ne peux pas faire confiance au zircon »

Les scientifiques utilisent traditionnellement les minéraux présents dans les roches anciennes pour déterminer l’orientation et l’intensité du champ magnétique terrestre à travers le temps. À mesure que les roches se forment et se refroidissent, les électrons contenus dans les grains individuels peuvent se déplacer dans la direction du champ magnétique environnant. Une fois que la roche a refroidi au-delà d’une certaine température, connue sous le nom de température de Curie, les orientations des électrons sont gravées dans le marbre, pour ainsi dire. Les scientifiques peuvent déterminer leur âge et utiliser des magnétomètres standards pour mesurer leur orientation, afin d’estimer la force et l’orientation du champ magnétique terrestre à un moment donné.

Depuis 2001, Weiss et son groupe étudient la magnétisation des roches et des grains de zircon de Jack Hills, dans le but ambitieux de déterminer s’ils contiennent des enregistrements anciens du champ magnétique terrestre.  

« Les zircons de Jack Hills font partie des objets les plus faiblement magnétiques étudiés dans l’histoire du paléomagnétisme », explique Weiss. « De plus, ces zircons contiennent les matériaux terrestres les plus anciens connus, ce qui signifie que de nombreux événements géologiques auraient pu réinitialiser leurs enregistrements magnétiques. »

En 2015, un groupe de recherche distinct qui avait également commencé à étudier les zircons de Jack Hills a affirmé avoir trouvé des preuves de la présence d’un matériau magnétique dans les zircons datant de 4,2 milliards d’années – la première preuve que le champ magnétique terrestre aurait pu exister avant 3,5 milliards d’années. il y a des années.

Mais Borlina note que l’équipe n’a pas confirmé si le matériau magnétique détecté s’est réellement formé pendant ou après la formation du cristal de zircon il y a 4,2 milliards d’années – un objectif que lui et son équipe ont fixé pour leur nouvel article.

Borlina, Weiss et leurs collègues avaient collecté des roches du même affleurement de Jack Hills et avaient extrait de ces échantillons 3 754 grains de zircon, chacun mesurant environ 150 micromètres de long, soit environ la largeur d’un cheveu humain. À l’aide de techniques de datation standard, ils ont déterminé l’âge de chaque grain de zircon, qui variait entre 1 milliard et 4,2 milliards d’années.

Environ 250 cristaux étaient vieux de plus de 3,5 milliards d’années. L’équipe a isolé et photographié ces échantillons, à la recherche de signes de fissures ou de matériaux secondaires, tels que des minéraux qui auraient pu être déposés sur ou dans le cristal après sa formation complète, et a recherché des preuves qu’ils avaient été considérablement chauffés au cours des derniers milliards. années depuis leur formation. Sur ces 250, ils n’ont identifié que trois zircons relativement exempts de telles impuretés et pouvant donc contenir des enregistrements magnétiques appropriés.

L’équipe a ensuite mené des expériences détaillées sur ces trois zircons afin de déterminer quels types de matériaux magnétiques ils pourraient contenir. Ils ont finalement déterminé qu’un minéral magnétique appelé magnétite était présent dans deux des trois zircons. À l’aide d’un magnétomètre à diamant quantique à haute résolution, l’équipe a examiné des coupes transversales de chacun des deux zircons pour cartographier l’emplacement de la magnétite dans chaque cristal.

Ils ont découvert de la magnétite située le long de fissures ou de zones endommagées à l’intérieur des zircons. De telles fissures, dit Borlina, sont des chemins qui permettent à l’eau et à d’autres éléments de pénétrer dans la roche. De telles fissures auraient pu laisser pénétrer de la magnétite secondaire qui s’est déposée dans le cristal beaucoup plus tard que lors de la formation initiale du zircon. Quoi qu’il en soit, Borlina affirme que les preuves sont claires : ces zircons ne peuvent pas être utilisés comme enregistreur fiable du champ magnétique terrestre.

« C’est la preuve que nous ne pouvons pas faire confiance à ces mesures de zircon pour l’enregistrement du champ magnétique terrestre », explique Borlina. « Nous avons montré qu’il y a 3,5 milliards d’années, nous n’avions toujours aucune idée du moment où le champ magnétique terrestre avait commencé. »

« Pour moi, ces résultats jettent beaucoup de doute sur le potentiel des zircons de Jack Hills à enregistrer fidèlement l’intensité du champ paléomagnétique avant 3,5 milliards d’années », déclare Andy Biggin, professeur de paléomagnétisme à l’Université de Liverpool, qui n’a pas participé. dans la recherche. « Cela dit, ce débat fait rage, comme l’équivalent paléomagnétique du Brexit, depuis 2015 et je serais très surpris si c’était le dernier mot sur la question. Il est quasiment impossible de prouver un résultat négatif et ni les méthodes ni les interprétations ne sont jamais incontestables. »

Malgré ces nouveaux résultats, Weiss souligne que les analyses magnétiques antérieures de ces zircons restent très précieuses. 

« L’équipe qui a rapporté l’étude magnétique originale sur le zircon mérite beaucoup de crédit pour avoir tenté de résoudre ce problème extrêmement difficile », a déclaré Weiss. «Grâce à tout le travail des deux groupes, nous comprenons désormais beaucoup mieux comment étudier le magnétisme des matériaux géologiques anciens. Nous pouvons maintenant commencer à appliquer ces connaissances à d’autres grains minéraux et à des grains provenant d’autres corps planétaires.