Une étude, dont les résultats intitulés «Crystallization of silicon dioxide and compositional evolution of the Earth’s core» ont été publiés dans la revue Nature, a permis de mieux comprendre la chimie du noyau terrestre actuel, grâce à de nouvelles expériences à hautes pressions et températures et des modèles théoriques. Cette avancée conduit à proposer un mécanisme permettant d’expliquer la génération du champ magnétique terrestre, il y a plus de 4 milliards d’années.

Rappelons tout d'abord que «la Terre est divisée en plusieurs enveloppes concentriques qui comprennent le manteau riche en silicates et le noyau riche en fer». Ce noyau «est solide dans sa partie centrale (la graine), mais liquide dans sa partie externe» de sorte que «la convection qui règne au sein de ce liquide est responsable de l’existence du champ magnétique terrestre».

Cependant, «s'il est bien établi que le champ magnétique terrestre est maintenu par la convection de la partie liquide du noyau terrestre, son apparition dès les premiers instants de la Terre reste une question ouverte», car les modèles actuels peinent «à expliquer la signature du champ magnétique présente dans des roches datant de plus de 4 milliards d’années».

Les ondes sismiques, qui traversent le noyau terrestre, ont montré que ce noyau «n’était pas exclusivement composé d’un alliage de fer et de nickel, mais qu’il contenait également, pour une part d’environ 10 % en poids, des éléments plus légers». Si «la nature exacte de ces éléments est encore largement débattue», les «plus récents modèles proposés mettent tous en avant l’oxygène et le silicium, hérités des processus de formation de la Terre».

Pour «mieux comprendre ce système ternaire Fe-Si-O», l'étude ici présentée «a déterminé le diagramme de phase de ce système sous les conditions de pression et de température du noyau terrestre (pression supérieure à 140 GPa et température supérieure à 4000 K)» en comprimant et chauffant «des échantillons à l’aide d’une cellule à enclumes de diamants et d’un laser», dans un premier temps, et, dans un second temps, après les avoir découpés, en faisant leur analyse chimique à l’échelle micrométrique.

Il est ainsi apparu que «seule une très petite fraction du silicium et de l’oxygène pouvait se solubiliser dans le métal, tandis qu’une large fraction de dioxyde de silicium (SiO2) non soluble se formait». Ces éléments permettent, en les couplant à des modèles théoriques, de proposer une explication «à la génération précoce du champ magnétique terrestre».

 
L'explication avancée est qu'en «refroidissant, le noyau terrestre aurait perdu le silicium et l’oxygène initialement dissous dans le métal, lesquels auraient alors formé des grains de SiO2». En conséquence, «si cette cristallisation avait eu lieu au sommet du noyau, elle aurait laissé derrière elle un alliage liquide plus dense que le noyau sous-jacent ce qui aurait engendré des mouvements de convection suffisants pour produire un champ magnétique, et ce dès les premiers instants de la Terre, avant la cristallisation de la graine».