Pourquoi le champ magnétique terrestre peut changer plus vite que nous ne le pensions

Pourquoi le champ magnétique terrestre peut changer plus vite que nous ne le pensions
La vitesse à laquelle le champ magnétique terrestre change est depuis longtemps un mystère.
Andrey VP / Shutterstock

Le champ magnétique terrestre, généré à 3,000 km sous nos pieds dans le noyau de fer liquide, est d'une importance cruciale pour la vie sur notre planète. Il s'étend dans l'espace, nous enveloppant dans une couverture électromagnétique qui protège l'atmosphère et les satellites du rayonnement solaire.

Pourtant, le champ magnétique est Tout le temps en train de changer à la fois dans sa force et dans sa direction et a subi des changements dramatiques dans le passé. Ceci comprend inversions énigmatiques des pôles magnétiques, le pôle sud devenant le pôle nord et vice versa.

Une question de longue date a été de savoir à quelle vitesse le domaine peut changer. Notre nouvelle étude, publié dans Nature Communications, a découvert quelques réponses.

Les changements rapides du champ magnétique sont d'un grand intérêt car ils représentent le comportement le plus extrême de l'océan de fer fondu dans le noyau liquide. En liant les changements observés aux processus de base, nous pouvons apprendre des informations importantes sur une région autrement inaccessible de notre planète.

Historiquement, les changements les plus rapides du champ magnétique terrestre ont été associé aux renversements, qui se produisent à intervalles irréguliers quelques fois tous les millions d'années. Mais nous avons découvert des changements de champ qui sont beaucoup plus rapides et plus récents que toutes les données associées aux inversions réelles.

Inversion magnétique. (pourquoi le champ magnétique terrestre peut changer plus vite que nous ne le pensions)
Inversion magnétique.
NASA

De nos jours, les satellites aident à surveiller les changements sur le terrain dans l'espace et dans le temps, complétés par des enregistrements de navigation et des observatoires au sol. Ces informations révèlent que les changements dans le domaine moderne sont plutôt lourds, environ un dixième de degré par an. Mais, alors que nous savons que le champ a existé depuis au moins 3.5 milliards d'années, nous ne savons pas grand-chose de son comportement avant il y a 400 ans.


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Pour suivre l'ancien champ, les scientifiques analysent le magnétisme enregistré par les sédiments, les coulées de lave et les objets fabriqués par l'homme. C'est parce que ces matériaux contiennent des grains magnétiques microscopiques qui enregistrent la signature du champ terrestre au moment où ils se sont refroidis (pour les laves) ou ont été ajoutés à la masse continentale (pour les sédiments). Enregistrements de sédiments du centre de l'Italie à l'époque de la dernière inversion de polarité il y a près de 800,000 ans suggèrent des changements de champ relativement rapides atteignant un degré par an.

Ces mesures, cependant, sont extrêmement difficiles, avec des résultats encore en débat. Par exemple, il existe des incertitudes dans le processus par lequel les sédiments acquièrent leur magnétisme.

Mesures améliorées

Notre recherche adopte une approche différente en utilisant des modèles informatiques basés sur la physique du processus de génération de champ. Ceci est combiné avec une reconstruction récemment publiée des variations globales du champ magnétique terrestre couvrant les 100,000 XNUMX dernières années, basée sur une compilation de mesures à partir de sédiments, de laves et d'artefacts.

Cela montre que les changements de direction du champ magnétique terrestre ont atteint des taux allant jusqu'à dix degrés par an - dix fois plus importants que les variations les plus rapides actuellement signalées.

Les changements les plus rapides observés dans la direction du champ géomagnétique se sont produits il y a environ 39,000 XNUMX ans. Ce changement était associé à un champ localement faible dans une région confinée juste au large de la côte ouest de l'Amérique centrale. L'événement a suivi le mondial "Excursion Laschamp»- un« échec de l'inversion »du champ magnétique terrestre il y a environ 41,000 XNUMX ans au cours duquel les pôles magnétiques se sont brièvement éloignés des pôles géographiques avant de revenir.

Les changements les plus rapides semblent être associés à un affaiblissement local du champ magnétique. Notre modèle suggère que cela est causé par le mouvement de plaques de champ magnétique intense à travers la surface du noyau liquide. Ces parcelles sont plus fréquentes aux basses latitudes, ce qui suggère que les recherches futures de changements rapides de direction devraient se concentrer sur ces zones.

L'impact de la société

Les modifications du champ magnétique, telles que les inversions, ne constituent probablement pas une menace pour la vie. Les humains ont réussi à vivre la spectaculaire excursion de Laschamp. Aujourd'hui, la menace tient principalement à notre dépendance à l'égard des infrastructures électroniques. Les événements météorologiques spatiaux tels que les tempêtes géomagnétiques, résultant de l'interaction entre le champ magnétique et le rayonnement solaire entrant, pourraient perturber les communications par satellite, le GPS et les réseaux électriques.

C'est inquiétant - le coût économique d'un effondrement du réseau électrique américain en raison d'un événement météorologique spatial a été estimé à environ un billion de dollars. La menace est suffisamment grave pour que la météorologie spatiale apparaisse haute priorité sur le registre national des risques du Royaume-Uni.

Les événements météorologiques spatiaux ont tendance à être plus fréquents dans les régions où le champ magnétique est faible - ce que nous savons peut se produire lorsque le champ change rapidement. Malheureusement, les simulations informatiques suggèrent que des changements de direction surviennent après que l'intensité du champ commence à s'affaiblir, ce qui signifie que nous ne pouvons pas prédire les baisses d'intensité du champ en surveillant simplement la direction du champ. Des travaux futurs utilisant des simulations plus avancées peuvent éclairer davantage ce problème.

Un autre changement rapide du champ magnétique est-il en cours? Il est très difficile de répondre. Les changements les plus rapides sont également les événements les plus rares: par exemple, les changements identifiés autour de l'excursion de Laschamp sont plus de deux fois plus rapides que tous les autres changements survenus au cours des 100,000 XNUMX dernières années.

Cela rend difficile pour les scientifiques de prédire les changements rapides - ce sont des «événements de cygne noir» qui sont une surprise et ont un grand impact. Une solution possible consiste à utiliser des modèles basés sur la physique du comportement du champ dans le cadre de la prévision.

Nous avons encore beaucoup à apprendre sur la «limite de vitesse» du champ magnétique terrestre. Des changements rapides n'ont pas encore été directement observés lors d'une inversion de polarité, mais il faut s'y attendre car on pense que le champ devient globalement faible à ces moments.La Conversation

A propos de l'auteur

Christopher Davies, professeur agrégé, Université de Leeds

Cet article est republié de La Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

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