Earth’s magnetic field evolution
Aux grandes échelles de temps, roches et sédiments permettent d’étudier la succession des excursions et inversions de polarité du dipôle géomagnétique. Cela permet la constitution d’échelles magnétostratigraphiques. En plus des données directionnelles, les roches ignées fournissent des valeurs absolues de l’intensité du champ à des instants précis dans le temps, et les sédiments marins en procurent les variations continues, en valeurs relatives et lissées. Sur les continents, les sédiments lacustres, spéléothèmes et loess permettent d’améliorer la couverture spatiale de ces informations.
Au cours des années 1980, il a été établi que les séquences de loess (dépôts limoneux glaciaires, déposés par les vents et très homogènes en composition et granulométrie) et paléosols (développés sur le loess pendant les interglaciaires) étaient des enregistreurs efficaces des inversions du champ géomagnétique. Cependant, la position stratigraphique de ces inversions n’est pas nécessairement synchrone d’un site à l’autre, une même inversion pouvant se localiser dans une unité de loess ou bien dans une unité de paléosol. Cette observation soulève des questions quant à la qualité de l’enregistrement paléomagnétique dans ces séries sédimentaires. En effet, bien que le sédiment éolien puisse acquérir une aimantation rémanente post-dépôt, cette dernière peut ensuite être altérée par un ou trois des événements suivants: pédogenèse, enfouissement, ou conditions environnementales locales. Quantifier leur impact sur l’aimantation rémanente naturelle des séries de lœss et paléosols revêt donc un intérêt majeur. En comparaison aux nombreuses études expérimentales ou analytiques qui ont été menées sur le processus d’acquisition de la rémanence dans les sédiments marins, très peu concernent ces sédiments continentaux. Cette situation est très regrettable, compte-tenu du potentiel des enregistrements de la variation paléoséculaire dans les loess, pouvant conduire à une géochronologie à haute résolution pour ces sédiments continentaux Quaternaires et à combler l’écart de données qui existe dans la couverture spatiale des enregistrements paléomagnétiques sur les continents. Dans ce contexte, nous étudions le mécanisme d’acquisition de l’aimantation naturelle dans les loess, ainsi que l’impact de la pédogénèse puis de l’enfouissement sur le signal paléomagnétique, par le biais d’expériences de laboratoire sur matériaux naturels et synthétiques, et de simulations numériques.
The reversal frequency of the geomagnetic field allows us to study its very long-term behavior, on time scales ranging from one million years to several hundred million years. It is generally considered to reflect the vigor of the convection in the outer core, likely constrained by mantle dynamics. In recent years, our magnetostratigraphic studies of Siberian sedimentary series have focused on two extreme phenomena, with: 1) the confirmation of the existence of a superchron, i.e. an interval characterized by the absence of magnetic polarity reversal for several tens of millions of years, dated at ~one billion years; 2) the identification of a time interval characterized by a reversal frequency ≥20 polarity reversals per million years during the Middle Cambrian, at ~500 Ma. This hyperactivity of the process at the origin of geomagnetic polarity reversals is far from the situation known over the last 150 million years, marked by frequencies lower than ~5 reversals per million years. Another remarkable fact is that at the end of the Middle Cambrian, the geomagnetic reversal frequency would have dropped abruptly, in less than 5 million years, from this extreme level to a low value of the order of 1 to 2 reversals per million years. This evolution could reflect a million-year scale transition, perhaps through a threshold effect, between two reversing modes of the geodynamo.
