Miezul interior , sau semințele , este partea solidă situată în centrul Pământului . Este o minge cu o rază de 1220 de kilometri situată în centrul miezului exterior (lichid). Este compus dintr-un aliaj de fier și nichel , precum și elemente mai ușoare. Limita dintre miezul exterior și miezul interior se numește discontinuitate Lehmann sau ICB (pentru limita miezului interior ).
Sămânța a fost descoperită de seismologul danez Inge Lehmann în 1936. În publicația originală, ea a interpretat observarea sosirii neașteptate a unei unde seismice în seismogramele tele-cutremurului ca reflectarea unei bile interne a cărei rază a estimat 1 / 6 din raza Pământului.
Această descoperire a fost confirmată de seismologia modernă și în special în timpul publicării modelului PREM (Preliminary Reference Earth Model), care își stabilește raza la 1 221,5 km . Pe de altă parte, propagarea undelor de forfecare (S) face posibilă afirmarea faptului că este solidă în timp ce stratul înconjurător al sămânței, nucleul exterior, nu transmite undele de forfecare și, prin urmare, este lichid.
Același model PREM face posibilă și evaluarea densității sale, care crește de la 12.300 kg / m 3 la suprafața sămânței la 13.100 kg / m 3 în centrul Pământului.
Mai recent, în 1995, un nou model seismologic ak135 a fixat raza sămânței la 1217,5 km în conformitate cu rezultatele seismologului francez Annie Souriau care a studiat elipticitatea acesteia analizând reflexia undelor de pe suprafața sămânței.
Observarea directă a undelor de forfecare (S) în semințe este controversată, dar pare să fi fost validată.
Prezența unei sub-semințe ( nucleul interior interior în limba engleză) a fost avansată de cercetătorii americani în 2002, ceea ce ar fi confirmat de un studiu mai recent. Aceste studii se bazează pe variații ale anizotropiei seismice a sămânței .
Nu există o observare directă a materiei care constituie sămânța pământului. Studiul meteoriților a permis geochimiștilor să construiască un model chimic al Pământului care, prin analiza chimică a meteoriților nediferențiați, pe de o parte, și a mantalei Pământului, pe de altă parte, a permis deducerea faptului că miezul Pământului este format în principal din fier . Deoarece densitatea materialului măsurată de seismologi este aproximativ comparabilă cu cea a fierului în condițiile de presiune și temperatură din centrul Pământului, suntem de acord că miezul și semințele sunt formate în principal din fier și nichel.
Cu toate acestea, precizia excelentă a măsurătorilor de densitate a fierului pur în laborator în condițiile de presiune și temperatură ale miezului Pământului arată că densitatea lichidului din miezul lichid este ușor mai mică (de ordinul a 10%). Prin urmare, lichidul de bază ar fi un aliaj de fier și elemente mai ușoare, cum ar fi siliciu, oxigen, sulf și carbon. Studii comparabile arată că solidul sămânței este mult mai aproape de fier, ceea ce face posibil să se afirme că semințele constau dintr-un aliaj mai concentrat în fier.
În cele din urmă, mineralogiștii încearcă să determine în ce formă cristalizează cristalele de fier ale semințelor folosind experimente de laborator, dar și prin calcule numerice. Două aranjamente de cristal sunt disponibile acum: o rețea cristalină cubică (α- centrat cubic fier sau cu fata centrata cubic fier δ ) și un hexagonal compact cu zăbrele , fier ε (vezi structura cristalină ).
Odată cu răcirea Pământului, care a făcut ca temperatura din centrul miezului să scadă sub temperatura de topire a aliajului de fier-nichel , sămânța s-a format treptat prin solidificarea fierului din miezul lichid . Prin urmare, suprafața sămânței corespunde unei suprafețe de cristalizare, care ne permite, cunoscând presiunea care prevalează la aceste adâncimi, să evaluăm temperatura suprafeței seminței. Pentru a face acest lucru, mineralogiștii au comprimat probe de fier sub presiunea semințelor și au încălzit proba până când a devenit lichid. Acest lucru face posibilă avansarea că temperatura actuală la suprafața sămânței este de 5500 K, dar condițiile extreme nu permit astăzi să cunoască această temperatură cu mai mult de 500 K de precizie. Rețineți, totuși, că această temperatură este extrem de ridicată și corespunde temperaturii observate la suprafața Soarelui.
Scenariile de răcire ale Pământului i-au determinat pe geofizicieni să creadă că sămânța a început să se formeze acum 1,5 miliarde de ani - adică vârsta sămânței ar fi o treime din vârsta Pământului - dar cu o precizie de ± 1 miliard de ani. Această incertitudine apare din slaba cunoaștere a conductivității termice a fierului în condițiile extreme care predomină în centrul Pământului. Cu cât conductivitatea termică este mai mare, cu atât sămânța este mai tânără.
În anii 2010, conductivitatea termică a fierului în miez a fost rafinată și revizuită în sus, ceea ce a dus la întinerirea nașterii miezului interior la 500-600 Ma . Pentru o lungă perioadă de timp a existat o lipsă de date paleomagnetice capabile să confirme sau să invalideze acest interval de vârstă, dar în 2019 măsurătorile de paleointensitate magnetică în rocile din vârsta Ediacaran (~ 565 Ma ) indică faptul că momentul dipol magnetic a fost în medie ~ 0,7 × 10 22 A m 2 , cea mai mică valoare dedusă vreodată din datele paleomagnetice (de zece ori mai mică decât astăzi); direcția câmpului era, de asemenea, neregulată. Deoarece aceste caracteristici au durat ~ 75 Ma , ele nu se datorează unei inversiuni a câmpului . Aceste rezultate sunt în concordanță cu scăderea geodinamicii, atâta timp cât a fost generată numai prin convecție termică , dar revigorată prin convecție solutală imediat ce nucleul interior a început să crească, spre sfârșitul Ediacaranului .
Cu acest tip de scenariu, sămânța crește și astăzi (raza sa crește cu câteva zeci de mm / an, sau 500 km pe miliard de ani) și 10.000 de tone de fier se solidifică în fiecare secundă pe suprafața sămânței. Pe măsură ce Pământul se răcește, sămânța va ocupa un spațiu din ce în ce mai mare al miezului lichid, reducând astfel volumul disponibil pentru fabricarea câmpului magnetic prin efectul de dinam.
Rețineți totuși că în timpul acumulării semințelor, elementele siderofile ușoare sunt respinse la suprafața semințelor, deoarece materialul seminței este mai pur (dens) decât cel al nucleului lichid. Acest proces poate duce la stratificarea sămânței. Astfel, elementele ușoare au respins creșterea miezului lichid și mișcările lor ar putea participa la procesul de autogenerare a câmpului magnetic. Acest proces dinamic se numește convecție compozițională a miezului lichid.
Miezul interior rămâne un loc misterios și face obiectul mai multor cercetări care explorează terenuri nemarcate.
În 1983, seismologii francezi G. Poupinet și colegii săi au descoperit că undele seismice care s-au propagat paralel cu axa geografică Nord-Sud, au traversat semințele mai repede decât undele seismice care se deplasau paralel cu ecuatorul. Aceasta este ceea ce se numește astăzi, anizotropia seismică a sămânței.
Această observație rămâne parțial inexplicabilă și astăzi. Cu siguranță provine din anizotropia cristalină microscopică a fierului, deoarece calculele mineralogice ab initio au arătat că vibrațiile mecanice se propagă cu viteze diferite în funcție de direcțiile respective de propagare și axele de simetrie ale cristalului. Această anizotropie cristalină microscopică ar fi păstrată la scara globală a sămânței terestre.
Studii recente sugerează că nucleul interior nu este staționar în raport cu restul Pământului, dar acest fenomen nu este consensual în comunitatea științifică.
Un miez rotativ mai rapid ...Pe baza rotației aparente a anizotropiei undelor seismice, cercetătorii au propus în 1998 că sămânța se rotește puțin mai repede decât scoarța și mantaua (încă o revoluție la fiecare 3.000 de ani), fenomen numit super-rotație a sămânței. În 2005, această rotație diferențială a fost estimată la 0,3 până la 0,5 grade pe an, adică încă o revoluție la fiecare 720-1200 de ani aproximativ. În 2011, se pare că aceste prime studii au fost părtinitoare și că super-rotația, dacă există, ar fi de un milion de ori mai mică. În 2019, un studiu al dispersării înapoi, de către nucleul interior, a undelor seismice emise de testele nucleare oferă o estimare mai fiabilă pentru anii 1971-1974, de 0,07 ± 0,02 grade / an .
Dar factori care nu sunt luați în considerare?Printre protestatarii acestei rotații diferențiale, Annie Souriau de la Laboratorul MTG de la Observatorul Midi-Pyrénées din Toulouse, pe baza studiului undelor seismice generate de câteva cutremure puternice bine documentate, valuri care „se perindă” asupra sămânță, nu detectează nici o întârziere între cei care trec pe o parte sau pe alta. Acest lucru întărește ideea apărată pe baza datelor, în special a variațiilor în lungimea zilei, că mișcarea observată ar putea de fapt să corespundă unei oscilații a nucleului în jurul unei poziții medii, cu o sumă a mișcărilor care ar fi zero pe termen lung.
Răcirea sămânței ar putea genera mișcări de convecție termică , mișcări verticale comparabile cu cele generate de convecția mantalei în materialele solide din silicat ale mantalei Pământului . În cazul sămânței, această convecție ar putea lua o formă specială, numită convecție translațională, care ar duce la fuziune și cristalizare de ambele părți ale sămânței.
Într-adevăr, diferențele de temperatură laterale de la baza mantalei par să creeze o „amprentă” detectabilă pe sămânță, prin afectarea ratei de cristalizare a fierului. Cu toate acestea, existența acestei amprente este aparent posibilă numai dacă efectele acestor diferențe de temperatură sunt exercitate întotdeauna în aceleași locuri ale semințelor timp de câteva sute de milioane de ani, ceea ce, prin urmare, nu ar fi compatibil cu rotația permanentă, dar ar fi posibil cu oscilație simplă.
Există o îndoială că nucleul interior este foarte puternic. În unele privințe, se comportă ca un lichid, în timp ce alte date confirmă că este într-adevăr solid.
Cercetătorii ruși și suedezi au arătat că, în condițiile predominante în centrul planetei noastre, aliajul care alcătuiește miezul interior nu seamănă cu metalele pe care le cunoaștem la suprafață, ci prezintă mai degrabă proprietăți mecanice comparabile cu cele ale unui mediu granular cum ar fi nisipul , care ar explica rezultatele ambigue referitoare la starea sa.
Studii recente arată că sămânța în sine pare a fi împărțită în două părți, una internă și una externă. Partea interioară, numită migdală datorită formei sale, se spune că este mai pură în fier decât partea exterioară și se caracterizează printr-o structură cristalină anizotropă .
Originea cristalizării nucleului este slab înțeleasă. De fapt, dacă nucleul a fost inițial complet lichid, cristalizarea s-ar fi putut produce doar la aproximativ 1000 K din cauza fenomenului de supraîncălzire ; dar cristalizarea datorată prezenței unui sit de nucleație solidă în interiorul miezului lichid fierbinte nu este ușor de explicat.