Le calcaire de Scaglia Rossa affleure près de Furlo, en Italie, dans le nord des Apennins. Le calcaire de cette localité s’est accumulé au fond d’une mer peu profonde, dans un bras de l’ancien océan méditerranéen, il y a près de 85 millions d’années, pendant ce qu’on appelle le Crétacé supérieur. Crédit : Ross Mitchell.
Accrochez-vous à vos chapeaux, car les scientifiques ont trouvé de nouvelles preuves que la Terre bascule de temps en temps. Nous savons que les continents se déplacent lentement en raison de la tectonique des plaques, mais la dérive des continents ne fait que pousser les plaques tectoniques les unes à côté des autres. Ces dernières décennies, on s’est demandé si l’enveloppe extérieure solide de la Terre pouvait osciller, voire basculer, par rapport à l’axe de rotation. Un tel déplacement de la Terre est appelé « véritable errance polaire », mais les preuves de ce processus ont été contestées. Une nouvelle recherche publiée dans Nature Communications, menée par le chercheur principal de l’Institut des sciences de la vie terrestre (ELSI) de l’Institut de technologie de Tokyo, Joe Kirschvink (également professeur à Caltech), et le professeur Ross Mitchell de l’Institut de géologie et de géophysique de Pékin, fournit certaines des preuves les plus convaincantes à ce jour qu’un tel basculement planétaire s’est effectivement produit dans le passé de la Terre.
La véritable errance polaire mérite d’être disséquée. La Terre est une boule stratifiée, avec un noyau interne métallique solide, un noyau externe métallique liquide, un manteau solide et une croûte supérieure à la surface sur laquelle nous vivons. Tout cela tourne comme une toupie, une fois par jour. Le noyau externe de la Terre étant liquide, le manteau et la croûte solides peuvent glisser par-dessus. Les structures relativement denses, telles que les plaques océaniques en subduction et les volcans massifs comme Hawaii, préfèrent se trouver près de l’équateur, de la même manière que vos bras aiment se trouver sur le côté lorsque vous tournez sur une chaise de bureau.
Malgré ce vagabondage de la croûte, le champ magnétique de la Terre est généré par des courants électriques dans le métal liquide Ni-Fe en convection du noyau externe. Sur de longues échelles de temps, le vagabondage du manteau et de la croûte n’affecte pas le noyau, car ces couches rocheuses superposées sont transparentes au champ magnétique terrestre. En revanche, les modèles de convection dans ce noyau externe sont en fait forcés de danser autour de l’axe de rotation de la Terre, ce qui signifie que le modèle global du champ magnétique de la Terre est prévisible, s’étalant de la même manière que la limaille de fer s’aligne sur un petit barreau aimanté. Par conséquent, ces données fournissent d’excellentes informations sur la direction des pôles géographiques Nord et Sud, et l’inclinaison donne la distance par rapport aux pôles (un champ vertical signifie que vous êtes au pôle, horizontal nous indique qu’il était sur l’équateur). De nombreuses roches enregistrent en fait la direction du champ magnétique local lorsqu’elles se forment, de la même manière qu’une bande magnétique enregistre votre musique. Par exemple, de minuscules cristaux de magnétite minérale produits par certaines bactéries s’alignent comme de petites aiguilles de boussole et sont piégés dans les sédiments lorsque la roche se solidifie. Ce magnétisme « fossile » peut être utilisé pour déterminer où l’axe de rotation se déplace par rapport à la croûte.
Échantillonnage à haute résolution sur la coupe de la route à l’ouest du lac du barrage d’Apiro, dans les monts Apennins centraux d’Italie. Cette localité particulière traverse la limite d’un renversement géomagnétique majeur, connu sous le nom de transition Chron 33R / 33N, daté de près de 80 millions d’années. Une fraction étonnamment élevée d’échantillons orientés provenant de ces localités fournit de superbes enregistrements de l’ancien champ magnétique au moment de leur formation. Crédit : Ross Mitchell.
« Imaginez que vous regardez la Terre depuis l’espace », explique M. Kirschvink. « Une véritable dérive polaire ressemblerait à une Terre qui bascule sur le côté, alors qu’en réalité, c’est toute l’enveloppe rocheuse de la planète – le manteau et la croûte solides – qui tourne autour du noyau externe liquide. » Bien que les scientifiques puissent mesurer très précisément les mouvements polaires réels qui se produisent aujourd’hui à l’aide de satellites, les géologues se demandent toujours si de grandes rotations du manteau et de la croûte se sont produites dans le passé sur Terre.
Un débat particulièrement animé a porté sur les événements survenus au Crétacé supérieur, il y a environ 84 millions d’années. Au cours des trois dernières décennies, les géophysiciens se sont livrés à des débats publics dans la revue Science et lors de nombreuses réunions pour déterminer si un véritable événement de rotation polaire s’est produit au Crétacé.
Mitchell et Kirschvink ont proposé un plan pour régler le débat une fois pour toutes. Tirant parti de l’expérience de Mitchell, qui avait étudié la géologie des Apennins en Italie centrale, il savait exactement quelles étaient les bonnes roches à échantillonner. L’équipe internationale de chercheurs a alors parié que les données paléomagnétiques des calcaires créés au Crétacé (entre ~145,5 et 65,5 millions d’années) situés en Italie fourniraient un test définitif. Le magnétisme des roches plus jeunes de la même région a été étudié il y a près de 50 ans, et a indirectement conduit à la découverte de l’impact d’astéroïde qui a tué les dinosaures. Sarah Slotznick, co-auteur et géobiologiste au Dartmouth College, explique que « ces roches sédimentaires italiennes s’avèrent être spéciales et très fiables car les minéraux magnétiques sont en fait des fossiles de bactéries qui ont formé des chaînes de magnétite minérale. »
Décalage de latitude enregistré dans le calcaire de Scalgia Rossa des Apennins italiens. Ces données montrent que l’Italie a fait une brève excursion vers l’équateur entre 86 et 80 millions d’années, coïncidant avec une rotation observée à partir de données magnétiques recueillies dans des roches du plancher océanique de l’océan Pacifique. Crédit : Ross Mitchell et Christopher Thissen.
Pour tester l’hypothèse d’une véritable dérive polaire, des données paléomagnétiques très redondantes sont nécessaires pour suivre la dérive de l’ancien emplacement de l’axe de rotation de la Terre. Selon l’équipe, les études antérieures, en particulier celles qui prétendent qu’il n’y a pas de véritable dérive polaire, n’ont pas exploré suffisamment de points de données. Selon Richard Gordon, géophysicien à l’Université Rice de Houston, qui n’a pas participé à l’étude, « c’est l’une des raisons pour lesquelles il est si rafraîchissant de voir cette étude avec ses abondantes et belles données paléomagnétiques. »
Kirschvink et ses collègues ont constaté que, comme le prévoyait l’hypothèse d’une véritable errance polaire, les données italiennes indiquent une inclinaison de ~12˚ de la planète il y a 84 millions d’années. L’équipe a également constaté que la Terre semble s’être corrigée elle-même – après avoir basculé sur le côté, elle a fait marche arrière et a effectué une rotation inverse, pour une excursion totale de près de 25˚ d’arc en environ cinq millions d’années. Il s’agissait certainement d’un « yo-yo » cosmique.
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