Minéraux microscopiques extraits d'un ancien affleurement de Jack Hills, en Australie-Occidentale, ont fait l'objet d'une étude géologique intense, 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 lorsque l'on pensait auparavant que le champ magnétique était né, et presque à l'époque où la planète elle-même s'est formée.

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 en Avancées scientifiques , l'équipe a examiné le même type de cristaux, appelés zircons, excavé du même affleurement, et ont conclu que les zircons qu'ils ont collectés ne sont pas fiables en tant qu'enregistreurs d'anciens champs magnétiques.

En d'autres termes, le jury ne sait toujours pas si le champ magnétique terrestre existait il y a plus de 3,5 milliards d'années.

"Il n'y a aucune preuve solide d'un champ magnétique avant il y a 3,5 milliards d'années, et même s'il y avait un champ, il sera très difficile d'en trouver des preuves dans les zircons de Jack Hills, " dit Caue Borlina, un étudiant diplômé du Département de la Terre du MIT, Atmosphérique, et sciences planétaires (EAPS). "C'est un résultat important dans le sens où nous savons ce qu'il ne faut plus chercher."

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

Un champ, remué

On pense que le champ magnétique terrestre joue un rôle important pour rendre la planète habitable. Non seulement un champ magnétique définit la direction de nos aiguilles de boussole, il agit aussi comme une sorte de bouclier, dévier 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 la fonte liquide environnante, 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 preuves 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 entraîné par un autre mécanisme avant il y a 1 milliard d'années. Déterminer exactement quand le champ magnétique s'est formé pourrait aider les scientifiques à comprendre ce qui l'a généré pour commencer.

Borlina dit que l'origine du champ magnétique terrestre pourrait également éclairer les premières conditions dans lesquelles les premières formes de vie de la Terre se sont installées.

"Au cours du premier milliard d'années de la Terre, entre 4,4 milliards et 3,5 milliards d'années, c'est alors que la vie émergeait, " dit Borlina. " Que vous ayez un champ magnétique à cette époque a des implications différentes pour 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 ont traditionnellement utilisé des minéraux dans les roches anciennes pour déterminer l'orientation et l'intensité du champ magnétique terrestre à travers le temps. Alors que les roches se forment et se refroidissent, les électrons dans les grains individuels peuvent se déplacer dans la direction du champ magnétique environnant. Une fois que la roche se refroidit 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 standard pour mesurer leur orientation, pour estimer la force et l'orientation du champ magnétique terrestre à un moment donné.

Depuis 2001, Weiss et son groupe ont étudié l'aimantation des roches de Jack Hills et des grains de zircon, dans le but ambitieux d'établir s'ils contiennent d'anciens enregistrements du champ magnétique terrestre.

"Les zircons de Jack Hills sont parmi les objets les plus faiblement magnétiques étudiés dans l'histoire du paléomagnétisme, " Weiss dit. " De plus, ces zircons comprennent les plus anciens matériaux terrestres connus, ce qui signifie qu'il y a de nombreux événements géologiques qui 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 fait valoir qu'ils avaient trouvé des preuves de matériau magnétique dans des zircons datant de 4,2 milliards d'années, la première preuve que le champ magnétique terrestre aurait pu exister avant il y a 3,5 milliards d'années.

Mais Borlina note que l'équipe n'a pas confirmé si le matériau magnétique qu'ils ont 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 pris pour leur nouvel article.

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

Environ 250 cristaux avaient plus de 3,5 milliards d'années. L'équipe a isolé et imagé ces échantillons, rechercher des signes de fissures ou de matériaux secondaires, tels que les minéraux qui peuvent avoir été déposés sur ou dans le cristal après sa formation complète, et a cherché des preuves qu'ils ont été considérablement chauffés au cours des derniers milliards d'années depuis leur formation. Sur ces 250, ils n'ont identifié que trois zircons qui étaient relativement exempts de telles impuretés et pouvaient donc contenir des enregistrements magnétiques appropriés.

L'équipe a ensuite mené des expériences détaillées sur ces trois zircons pour 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 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 le long de fissures ou de zones endommagées dans les zircons. De telles fissures, Borlina dit, sont des chemins qui permettent à l'eau et à d'autres éléments à l'intérieur de la roche. De telles fissures auraient pu laisser entrer de la magnétite secondaire qui s'est déposée dans le cristal beaucoup plus tard que lors de la formation initiale du zircon. Dans les deux cas, Borlina dit 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, " dit Borlina. " Nous l'avons montré, il y a 3,5 milliards d'années, nous n'avons toujours aucune idée du début du champ magnétique terrestre."

Malgré ces nouveaux résultats, Weiss souligne que les analyses magnétiques précédentes de ces zircons sont toujours très précieuses.

"L'équipe qui a rendu compte de l'étude magnétique originale sur le zircon mérite beaucoup de crédit pour avoir essayé de s'attaquer à ce problème extrêmement difficile, " Weiss dit. " En raison de tout le travail des deux groupes, nous comprenons maintenant beaucoup mieux comment étudier le magnétisme des matériaux géologiques anciens. Nous pouvons maintenant commencer à appliquer ces connaissances à d'autres grains minéraux et aux grains d'autres corps planétaires."