Nouvel article sur l’évolution de la Terre avec un océan de magma basal
Je suis heureux d’annoncer la publication de notre nouvel article dans Physics of the Earth and Planetary Interiors, en collaboration avec Miki Nakajima et Eric Blackman.
La géodynamo terrestre est active depuis plus de 3,5 milliards d’années. Aujourd’hui, le champ magnétique est alimenté par une convection thermochimique dans le noyau externe, impliquant la libération d’éléments légers et de chaleur latente lors de la solidification du noyau interne. Cependant, puisque ce dernier ne se serait formé qu’il y a environ 1,5 milliard d’années, la dynamo primitive ne pouvait pas reposer sur ces sources de flottabilité. Compte tenu des estimations récentes de la conductivité thermique du noyau externe, un mécanisme alternatif pourrait être nécessaire pour entretenir la dynamo avant la nucléation du noyau interne. Une hypothèse est celle d’une dynamo silicatée opérant dans un océan de magma basal de longue durée.
Dans cette étude, nous examinons l’évolution structurale, thermique, de la flottabilité et du champ magnétique d’une planète terrestre analogue à la Terre. En utilisant des équations d’état récentes et des courbes de fusion, nous intégrons une paramétrisation dépendant du temps de l’évolution compositionnelle d’un océan de magma basal riche en fer. Nous combinons une intégration de la structure interne de la planète avec des bilans énergétiques couplés entre le noyau, l’océan de magma basal et le manteau. Nous déterminons la stabilité convective thermochimique du noyau et de l’océan de magma basal, et évaluons leur potentiel dynamo respectif à l’aide de bilans d’entropie et de nombres de Reynolds magnétiques.
Notre modèle nominal prédit une dynamo transitoire dans l’océan de magma basal, suivie d’une dynamo dans le noyau après environ un milliard d’années. Le modèle est sensible à plusieurs paramètres, notamment la température initiale à la frontière noyau-manteau, la paramétrisation de la convection mantellique, la composition de l’océan de magma basal, le contenu radiogénique de la planète, ainsi que les lois d’échelle pour la vitesse de convection et l’intensité du champ magnétique. Nous utilisons ce modèle pour contraindre la gamme de conductivité électrique de l’océan de magma basal et de conductivité thermique du noyau compatible avec le maintien d’une dynamo. Cela souligne l’importance de contraindre les paramètres et propriétés de transport influençant l’évolution planétaire à travers des expériences et simulations menées aux pressions, températures et compositions caractéristiques des intérieurs planétaires, afin de réduire les dégénérescences des modèles.