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Et si le champ magnétique terrestre s’inversait ? // What if the Earth’s magnetic field flipped?

drapeau-francaisTandis que j’observais les aurores boréales en Alaska en septembre dernier, je me disais que les vents solaires jouaient avec le champ magnétique, ce bouclier qui protège notre planète du rayonnement solaire en déviant les particules chargées. Loin d’être constant, ce champ est en constante évolution et l’histoire de la Terre comprend plusieurs centaines d’inversions magnétiques, lorsque les pôles nord et sud ont échangé leurs places. On peut donc se demander ce qui se passerait si une inversion magnétique se produisait de nos jours sur Terre.
Lors d’une inversion, le champ magnétique ne serait pas nul, mais il présenterait une forme plus faible et plus complexe. Il pourrait chuter à 10% de sa force actuelle, avec les pôles magnétiques à l’équateur ou même l’existence simultanée de multiples pôles magnétiques « nord » et « sud ».
Les inversions géomagnétiques se produisent en moyenne quelques fois tous les millions d’années. Cependant, l’intervalle entre les inversions est très variable. La dernière inversion complète, la Brunhes-Matuyama, s’est produite il y a environ 780 000 ans. Une inversion temporaire, baptisée Excursion de Laschamp (par référence au Puy de Laschamp en Auvergne où elle a été découverte), s’est produite il y a environ 41 000 ans. Elle a duré moins de 1000 ans avec un changement réel de polarité d’une durée d’environ 250 ans.
L’altération du champ magnétique pendant une inversion va affaiblir son effet bouclier, ce qui va permettre à un rayonnement plus important d’atteindre la Terre. Si cela se produisait aujourd’hui, l’augmentation des particules chargées atteignant la Terre entraînerait des risques élevés pour les satellites, l’aviation et les infrastructures électriques. Les tempêtes géomagnétiques, provoquées par l’interaction d’éruptions anormalement fortes d’énergie solaire avec notre champ magnétique, nous donnent un avant-goût de ce qui se produirait si le bouclier magnétique venait à s’affaiblir.
En 2003, la tempête magnétique Halloween a causé des pannes ponctuelles dans le réseau électrique suédois ; elle a obligé à modifier la trajectoire de certains vols et elle a perturbé les satellites et les systèmes de communication. Mais cette tempête était mineure à côté d’autres comme l’Evénement de Carrington en 1859 qui a fait apparaître des aurores boréales jusque dans les Caraïbes.
L’impact d’une tempête majeure sur nos systèmes électroniques n’est pas vraiment connu et l’impact direct d’une inversion magnétique sur l’espèce humaine ne peut guère être évalué dans la mesure où l’Homme n’existait pas encore au moment de la dernière inversion complète.
Nous savons que de nombreuses espèces animales comme les oiseaux migrateurs possèdent une certaine forme de réception magnétique qui leur permet de détecter le champ magnétique terrestre. Ils peuvent l’utiliser pour faciliter leur navigation sur de longues distances pendant la migration. On ne sait pas quel impact une inversion pourrait avoir sur ces espèces. Ce qui est sûr, c’est que les premiers êtres humains ont réussi à survivre à l’Excursion de Laschamp et la vie elle-même a survécu aux centaines d’inversions magnétiques complètes mises en évidence par les archives géologiques.
Le champ magnétique terrestre diminue actuellement à raison de 5% par siècle. On pourrait donc en conclure qu’il pourrait s’inverser au cours des 2 000 prochaines années, mais déterminer la date exacte est extrêmement difficile.
Le champ magnétique terrestre a sa source à l’intérieur du noyau externe liquide de notre planète et dans les mouvements du fer en fusion. Comme l’atmosphère et les océans, ses déplacements sont régis par les lois de la physique. Nous devrions donc logiquement être en mesure de prévoir la «météo du noyau» par le suivi de ce mouvement, tout comme nous pouvons prévoir le temps qu’il va faire en observant l’atmosphère et les océans. Une inversion du champ magnétique peut être assimilée à un type particulier de tempête dans le noyau, où la dynamique – et donc le champ magnétique – se déchaînent (au moins pendant une courte période) avant de se stabiliser à nouveau.
Prévoir le comportement du noyau terrestre est difficile car il se cache sous 3000 kilomètres de roches. Nous connaissons la composition du noyau externe et nous savons qu’il est liquide. Un réseau d’observatoires et de satellites en orbite mesure les variations du champ magnétique, ce qui nous donne un aperçu du comportement du noyau liquide.
La découverte récente d’un jet-stream dans le noyau met en évidence les progrès de notre capacité à mesurer et comprendre la dynamique du noyau. Avec des simulations numériques et des expériences en laboratoire pour étudier la dynamique des fluides à l’intérieur de la planète, notre compréhension du champ magnétique terrestre  progresse rapidement. Peut-être pourrons-nous un jour prévoir le comportement du noyau terrestre…
Source: Business Insider.

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drapeau-anglaisWhile I was watching the northern lights – or aurora borealis – in Alaska in last September, I said to myself that the solar winds were playing with the magnetic field that protects our planet from harmful solar radiation by deflecting charged particles away. Far from being constant, this field is continuously changing and the Earth’s history includes several hundred global magnetic reversals, when north and south magnetic poles swap places. So we may wonder how a magnetic reversal would affect life on Earth.

During a reversal, the magnetic field won’t be zero, but will assume a weaker and more complex form. It may fall to 10% of the present-day strength and have magnetic poles at the equator or even the simultaneous existence of multiple « north » and « south » magnetic poles.

Geomagnetic reversals occur a few times every million years on average. However, the interval between reversals is very irregular. The last full reversal, the Brunhes-Matuyama, occurred around 780,000 years ago. A temporary reversal, the Laschamp event, occurred around 41,000 years ago. It lasted less than 1,000 years with the actual change of polarity lasting around 250 years.

The alteration in the magnetic field during a reversal will weaken its shielding effect, allowing heightened levels of radiation on and above the Earth’s surface. If this happened today, the increase in charged particles reaching the Earth would result in high risks for satellites, aviation, and ground-based electrical infrastructure. Geomagnetic storms, driven by the interaction of anomalously large eruptions of solar energy with our magnetic field, give us a foretaste of what we can expect with a weakened magnetic shield.

In 2003, the Halloween storm caused local electricity-grid blackouts in Sweden, required the rerouting of flights, and disrupted satellites and communication systems. But this storm was minor in comparison with other storms of the recent past, such as the 1859 Carrington event, which caused aurorae as far south as the Caribbean.

The impact of a major storm on today’s electronic infrastructure is not fully known and the direct impact of a reversal on our species cannot definitively be predicted as humans did not exist at the time of the last full reversal.

We know that many animal species like migratory birds have some form of magnetoreception that enables them to sense the Earth’s magnetic field. They may use this to assist in long-distance navigation during migration. But it is unclear what impact a reversal might have on such species. What is clear is that early humans did manage to live through the Laschamp event and life itself has survived the hundreds of full reversals evidenced in the geologic record.

The Earth’s magnetic field is currently decreasing at a rate of 5% per century. This has led to suggestions that the field might reverse within the next 2,000 years. But pinning down an exact date would be difficult.

The Earth’s magnetic field is generated within the liquid core of our planet and the movements of molten iron. Like the atmosphere and oceans, the way in which it moves is governed by the laws of physics. We should therefore be able to predict the « weather of the core » by tracking this movement, just like we can predict real weather by looking at the atmosphere and ocean. A reversal can then be likened to a particular type of storm in the core, where the dynamics — and magnetic field — go haywire (at least for a short while), before settling down again.

However, predicting the Earth’s core is difficult, principally because it is buried beneath 3,000 km of rock. We know the major composition of the material inside the core and that it is liquid. A global network of ground-based observatories and orbiting satellites also measure how the magnetic field is changing, which gives us insight into how the liquid core is moving.

The recent discovery of a jet-stream within the core highlights our increasing ability to measure and infer the dynamics of the core. Coupled with numerical simulations and laboratory experiments to study the fluid dynamics of the planet’s interior, our understanding is developing at a rapid rate. The prospect of being able to forecast the Earth’s core is perhaps not too far out of reach.

Source : Business Insider.

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Aurore boréale près de Juneau (Alaska) en septembre 2016.

(Photo: C. Grandpey)

 

La couverture nuageuse terrestre se déplace vers les pôles // The world’s clouds are moving towards the poles

drapeau francaisDans une nouvelle étude publiée dans la revue Nature, des scientifiques de plusieurs universités et institutions scientifiques américaines ont pour la première fois documenté avec précision l’un des changements planétaires les plus importants provoqués par le réchauffement climatique: Le déplacement de la couverture nuageuse terrestre vers les pôles. Les chercheurs ont remarqué que la région supérieure des nuages atteint actuellement une plus grande hauteur dans l’atmosphère. L’augmentation des concentrations de CO2 conduit à un refroidissement de la stratosphère; la troposphère située en dessous se réchauffe, ce qui signifie que les nuages peuvent monter plus haut qu’auparavant.
Sur la base de la compréhension actuelle de la physique de l’atmosphère, ce déplacement de la couverture nuageuse est prévu depuis longtemps ; les scientifiques se basent sur des simulations climatiques sophistiquées qui intègrent dans leur codage des équations fondamentales régissant le comportement de l’atmosphère.
La nouvelle étude a reconstitué des images de satellites météorologiques entre les années 1983 et 2009 pour comparer les anciennes approches du phénomène avec des observations plus récentes. Voici en quels termes les chercheurs résument les changements : « La couverture nuageuse et l’albédo ont augmenté dans la partie nord-ouest de l’Océan Indien, la partie nord-ouest et sud-ouest du Pacifique tropical, ainsi qu’au nord de l’équateur dans les océans Pacifique et Atlantique. La couverture nuageuse et l’albédo ont diminué au niveau des latitudes moyennes dans les deux hémisphères (surtout dans l’Atlantique Nord), dans la partie sud-est de l’Océan Indien, ainsi que le long d’une ligne nord-ouest / sud-est s’étendant à travers la partie centrale du Pacifique Sud tropical.  »
Le déplacement des nuages vers les pôles contribue au réchauffement climatique car dans les latitudes plus élevées un rayonnement solaire moindre frappe la Terre, donc les nuages blancs réfléchissent moins qu’ils ne le feraient s’ils étaient plus proches des tropiques et de l’équateur. Comme les nuages ont une hauteur plus importante, la colonne nuageuse s’épaissit, ce qui entraîne le piégeage du rayonnement infrarouge ou de la chaleur qui, autrement, s’évacuerait dans l’espace.

Il y a en ce moment d’autres théories concernant la couverture nuageuse ; elles s’orientent vers une aggravation du réchauffement climatique au-delà des prévisions actuelles, mais ces  hypothèses demandent à être vérifiées par la communauté scientifique.
Il est important de noter que l’étude en cours, qui s’appuie uniquement sur des observations, a détecté des changements dans le comportement des nuages mais n’a pas mis en évidence les causes du phénomène et ne s’est pas non plus attardée sur les conséquences de ces changements. En effet, les chercheurs font remarquer que, en plus du réchauffement climatique, l’atmosphère terrestre connaît une «période de récupération» suite aux niveaux élevés d’aérosols provoqués par les éruptions volcaniques majeures d’El Chichón en 1982 et du Pinatubo en 1991. Ces aérosols ont eu un effet de refroidissement et l’atmosphère est maintenant en train de reprendre le dessus.
Les changements intervenus dans la couverture nuageuse auront de toute évidence des conséquences. On observera probablement une croissance des zones dites sèches, phénomène qui est prévu depuis longtemps par les climatologues. Des régions comme la Californie et l’Afrique du Sud pourraient donc connaître des conditions plus sèches. En conséquence, l’extension des zones arides à l’échelle de la planète entraînera inévitablement une augmentation des populations touchées par la pénurie d’eau et la dégradation des terres agricoles.
Source: The Washington Post.

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drapeau anglaisIn a new study published in Nature, scientists from several U.S. universities and scientific institutions have for the first time thoroughly documented one of the most profound planetary changes yet to be caused by global warming: The distribution of clouds all across the Earth has shifted toward the poles.

The study observed this change, but a northward shifting of storm tracks was not the only effect. The tops of clouds are also now reaching higher into the atmosphere. An increase of CO2 leads to cooling of the stratosphere; the troposphere underneath is warming up, and so that means the clouds can rise up higher than they did before.

Based on our understanding of the physics of the atmosphere, the event has long been expected based on sophisticated climate simulations that embed within their coding the fundamental equations that govern the behaviour of the atmosphere.

The new study pieced together images from weather satellites between the years 1983 and 2009 to confront the pre-existing theory with observations. Here is how it summarizes the changes, region by region: « Cloud amount and albedo increased over the northwest Indian Ocean, the northwest and southwest tropical Pacific Ocean, and north of the Equator in the Pacific and Atlantic oceans. Cloud amount and albedo decreased over mid-latitude oceans in both hemispheres (especially over the North Atlantic), over the southeast Indian Ocean, and in a northwest-to-southeast line stretching across the central tropical South Pacific. »

Moving cloud tracks toward the poles enhances warming because at higher latitudes, less solar radiation strikes the Earth, so white clouds are reflecting less of it away from the planet than they would if they were closer to the tropics and the Equator. Meanwhile, higher cloud tops thicken the total column of cloud, and that means more trapping of infrared or heat radiation that would otherwise exit to space. There is now a thicker blanket, which is also a warming effect.

There are debates happening right now about other possible cloud changes that would tend to worsen warming beyond current expectations, a hypothesis that remains to be fully resolved by the scientific community.

It is important to note that the current study, based on observations, has detected changes in clouds but has not pinpointed their causes or documented the consequences of these changes. Indeed, the study notes that in addition to climate warming, a « recovery » of the atmosphere from high levels of atmospheric aerosols following the enormous volcanic eruptions of El Chichón in 1982 and Mount Pinatubo in 1991 also seems to be a contributor. Those aerosols also had a cooling effect that the globe is rebounding from.

These cloud changes will, of course, have consequence, with the growth of so-called dry zones, which has been long predicted by climate scientists. Places from California to Southern Africa could experience more dry conditions. As a consequence, the global dryland expansions will increase the population affected by water scarcity and land degradations.

Source: The Washington Post.

Nuages

Voici une vue de la couverture nuageuse de la Terre observée par le satellite Aqua de la NASA entre juillet 2002 et avril 2015. Les couleurs (elles sont bien sûr fausses) indiquent la teneur en eau – très faible en bleu et très élevée en blanc. L’Afrique saharienne et la péninsule arabique sont désertiques, avec des précipitations très rares. Parmi les zones sèches, figure l’Australie. On remarquera un liseré bleu le long de la côte Pacifique de l’Amérique Sud, entre l’Équateur et le Chili, qui correspond au désert d’Atacama. A noter la nébulosité plus faible au-dessus des océans.

Un grand basculement a refaçonné la surface de la planète Mars // Great tilt gave Mars a new face

drapeau-francaisUne nouvelle étude parue dans la revue Nature et mise en ligne le 2 mars 2016 révèle que l’émergence du dôme de Tharsis a déplacé les tropiques d’origine de la planète Mars et peut-être donné naissance à la planète froide, sèche et morte que nous connaissons aujourd’hui. Avec 5000 kilomètres de diamètre et plus de 10 kilomètres d’épaisseur, Tharsis Montes est le plus grand complexe volcanique connu dans le système solaire. L’énorme effusion de lave qui l’a créé il y a entre 4,1 et 3,7 milliards d’années a chamboulé la planète toute entière. Ce n’est pas l’axe de rotation de Mars qui a bougé (phénomène que l’on appelle variation de l’obliquité) mais les parties externes (manteau, croûte) qui ont tourné par rapport au noyau ! Ce phénomène avait été prédit théoriquement, mais jamais encore démontré.
On pensait jusqu’alors que, sous son poids énorme, le dôme volcanique de Tharsis avait fait se courber la croûte de la planète et dicté la direction empruntée par les rivières martiennes qui se sont formées par la suite. Toutefois, la nouvelle étude suggère que les rivières et leurs réseaux de vallées se sont formés en premier lieu et se sont concentrés le long de l’équateur. L’émergence du dôme de Tharsis a fait basculer la planète à un tel point que, si cela se produisait sur Terre, Paris se retrouverait au-dessus du pôle nord magnétique, situation qui aurait des effets catastrophiques sur le climat et sur l’eau.
Il y a huit ans, un chercheur français a remarqué que les réseaux de vallées qui se sont formés il y a entre 4 et 3 milliards d’années étaient réparties presque comme dans un cercle, mais avec une certaine inclinaison au niveau de l’équateur. Le scientifique et ses collègues ont calculé la position des pôles martiens avant Tharsis, et sont arrivés à la conclusion que le cercle aurait suivi l’équateur. Ils ont également cherché des preuves d’un climat polaire dans la région supposée des pôles. L’ancien pôle nord se trouve dans une région avec une grande quantité de glace qui pourrait correspondre à une ancienne calotte polaire, et il existe également des preuves de présence d’eau au niveau de l’ancien pôle sud.
Selon les chercheurs, la logique voudrait que les rivières fussent déjà en place avant la formation de la région de Tharsis. Il se peut aussi qu’elles se soient mises en place en même temps, peut-être sous l’effet de chutes de pluie ou de neige pendant l’activité de l’énorme édifice volcanique.
Le prochain objectif des chercheurs sera d’étudier comment ce chambardement au niveau de la croûte de Mars a pu contribuer à la perte de l’eau et de l’air sur la planète. Au début de son existence, Mars a pu avoir des tropiques où régnait un climat chaud et humide, tout comme la Terre maintenant. Mais à un moment donné, la planète a perdu l’atmosphère épaisse qui la protégeait, et une grande partie de l’eau a disparu au même moment. Une chose est certaine : le basculement des pôles s’est produit lorsque l’eau et l’atmosphère ont disparu ou étaient en train de disparaître.
Vous trouverez une étude plus détaillée sur le site du CNRS : http://www2.cnrs.fr/en/2719.htm

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drapeau-anglaisA new study in the journal Nature and published online on March 2nd 2016 reveals that the emergence of a huge mount of molten rock jostled the Red Planet’s early tropics out of position, and may have helped usher in the cold, dry and dead version of the planet we know today. That massive bulge of volcanic rock is called the Tharsis region. At 5000 kilometres across and more than 10 kilometres thick, it is the largest known volcanic complex in the solar system. When huge outpourings of lava between 4.1 and 3.7 billion years ago created it, it deformed the entire planet.
It was thought that Tharsis bent the planet’s crust and dictated the direction of Martian rivers, which formed later. But a new research suggests that the rivers and their valley networks formed first, and were concentrated along the equator. The formation of Tharsis tilted the planet around so much that, if it happened on Earth, Paris would sit atop the magnetic north pole – a rearrangement that would have wild, catastrophic effects on the climate and water.
Eight years ago, a French researcher noticed that valley networks that formed between 4 and 3 billion years ago were arranged almost as if they were in a circle, but tilted a bit from the equator. The scientist and his colleagues calculated where Mars’s poles would have been before Tharsis, and worked out that the circle would have followed the equator. They also looked for evidence of a polar-like climate at what would have been the poles. The “paleo” north pole is in a region with a large amount of ice, possibly corresponding to an ancient polar ice cap, and there is evidence of water at the ancient south pole as well.
They conclude that the placement of the rivers makes the most sense if they were in place before the Tharsis region formed, or if they were forming concurrently – maybe even by rainfall or snowfall happening as the enormous volcanic structure was active.
The next goal is studying how this crustal shifting might have contributed to Mars’s loss of water and air. As a young planet, Mars may have had warm, wet, and humid tropics at its equator just like Earth does now. But at some point, it lost is thick protective atmosphere, and much of the water went with it. What is certain is that the true polar wander occurred when the water and atmosphere disappeared or was disappearing.
You will find e more detailed study on the CNRS website : http://www2.cnrs.fr/en/2719.htm

Mars

Chronologie du basculement des pôles de Mars, d’après la dernière étude.