Vino si tu pe pagina de Facebook pentru o stire de stiinta, explicata simplu, in fiecare zi!
Pagina de Facebook!
În fiecare zi, o nouă fotografie din universul nostru fascinant împreună cu o explicaţie scrisă de către un astronom profesionist: Astronomy Picture Of the Day
   
Fizica Povestita

I
Fizica Povestita

Cele mai importante 10 provocari pentru stiintele planetare

Autor: Adrian Buzatu

Acum o lună, Academia de Inginerie a Statelor Unite oferea o listă de 14 provocări tehnologie majore pentru secolul nostru, iar noi la Ştiinţă.info ne-am mobilizat imediat şi am creat un concurs de eseuri, cu premii, pe una din temele acestea. Acum a fost rândul unei alte academii a Statelor Unite, cea numită National Research Council (NRC) spre a efectua o listă de 10 provocări majore ale secolului acesta în domeniul ştiinţelor planetare. Cum NRC este una din cele patru Academiile Naţionale ale SUA, raportul a fost anunţat aşadar de Natioanal Academies sub formă de ştire, raport scurt (doar patru pagini, frumos realizate) şi raport întreg (acesta pe bani). 

Înainte de a analiza aceste provocări majore ale ştiinţelor naturale, este important să remarcăm cum în Statele Unite există aceste organisme private, non-profit, formate din experţi în ştiinţă, care oferă periodic rapoarte despre situaţia unui anumit domeniu al ştiinţei şi tehnologiei. Aceste rapoarte profesioniste sunt făcute cunoscute şi sunt explicate atât politicienilor, cât şi industriei. Astfel, acestea au o viziune de ansamblu, atât în spaţiu, cât şi în timp şi pot lua deciziile potrivite pentru Statele Unite. Ideal ar fi să se facă aceasta şi în România.

Până atunci însă, Ştiinţă.info vă informează cu noutăţiile ştiinţifice mondiale, pentru ca dumneavoastră, ca individ, să aveţi această perspectivă globală, pentru a decide mai bine unde veţi trăi şi munci, care vor fi slujbele viitorului, care domenii ale economiei se vor dezvolta mai bine, pe scurt, să fiţi un om informat. Iată aşadar provocările ştiinţelor planetare.

1. Cum s-au format Pământul şi celelalte planete din sistemul nostru solar?

Se ştie în prezent că Soarele şi planetele din sistemul nostru solar s-au format din acelaşi nor de gaz ce se învârtea în jurul unui centru comun. Totuşi, există detalii ce nu sunt încă bine stăpânite. De exemplu, de ce variază compoziţia chimică de la planetă la planetă? De ce unele planete sunt solide (Mercur, Venus, Pământ, Marte) şi altele sunt gazoase (Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun)? Există modele credibile care spun că aproape de Soare gazele uşoare se evaporau şi rămâneau metalele grele care au format roci în planetele solide, pe când departe de Soare era mai rece şi atunci gazele uşoare nu s-au evaporat, au rămas în zonă şi au fost atrase de planetele în formare, care au acumulat aşadar mari cantităţi de gaze (planetele gazoase). Totuşi noi date despre aceste planete sunt necesare pentru a cizela şi mai mult modelele de formare planetară şi pentru a le aduce şi mai aproape de adevăr.

2. Ce s-a întâmplat în primii 500 de milioane de ani ai Pământului?

Pământul are o vârstă de peste patru miliarde de ani, dar aproximativ aceeaşi vârstă ca şi restul planetelor şi Soarele. Primii 500 de milioane de ani din perioada sa de formare au fost cruciali pentru evoluţia ulterioară a planetei noastre. Cu toate acestea, avem puţine date experimentale din acea perioadă, pentru ca foarte puţine roci s-au păstrat din acea perioadă. Se crede că în acea epocă Pământul a fost lovit de un corp ceresc (poate o altă planetă), iar aceasta a produs două lucuri faţă de care viaţa pe Terra nu ar fi posibilă. În primul rând, se pare că o parte din planeta noastră a fost smulsă şi zvârlită în spaţiu, iar centrul Pământului s-a topit datorită energiei eliberate de coliziune. Cum cele două resturi ale coliziunii erau fierbinţi, gravitaţia le-a modelat la loc în forme aproape sferice, unul devenit Pământul, iar celălalt devenit Luna, satelitul notru natural. Nucleul Pământului şi astăzi continuă să fie lichid, format din fier, rotindu-se mereu în jurul axei Pământului şi generând astfel câmpul magnetic al planetei noastre.

Pământul se comportă într-adevăr ca un magnet de dimensiuni uriaşe. Deşi de o intensitate de o sută de mii de ori mai slabă decât a magnetului cu care prindeţi un metal pe uşa de la frigider, câmpul magnetic al Pământului este relativ mai puternic decât al celorlalte planete din sistemul nostru solar şi tocmai acest câmp este cel care ne protejează de radiaţiile cosmice ce ar fi devastatoare pentru viaţă, fie distrugând-o direct, fie producând mutaţii genetice grave la majoritatea indivizilor, atât de plante, cât şi de animale. Radiaţiile cosmice sunt prinse de câmpul magnetic al Pământului şi colectate spre cei doi poli, unde creează minunatele aurore boreale.

Referitor la Lună, aceasta este cea care stabilizează orbita Pământului în jurul Soarelui, făcând ca distanţa faţă de Soare să nu varieze decât puţin de-a lungul unui an şi astfel cantitatea de energie ce o primim de la Soare să nu varieze prea mult, iar temperatura pe Terra să varieze doar puţin şi să rămână în parametrii propici vieţii. Variaţii de temperatură de 50 de grade între iarnă şi vară ni se par extraordinar de mare nouă, oamenilor, dar pe Luna, de exemplu, există variaţii de 400 de grade doar între zi şi noapte.

Vedem aşadar cât de mult pare că a influenţat această perioadă formarea şi evoluţia planetei Pământ. Este asenţial aşadar să întelegem mai bine această perioadă.

Poate că Pământul este unica planetă din Univers propice vieţii şi este important de aflat cum de a fost posibil aceasta. Toate aceste condiţii au fost ele doar rolul întâmplării, sau o persoană supranaturală a orânduit bine toate acestea, sau poate s-au creat atât de multe planete în Univers încât e firesc ca să fie cel puţin una care să aibă condiţiile bune pentru susţinerea vieţii? Iată cât de mult este legată această întrebare profundă "de unde venim?" şi de ştiinţele planetare.

3. Cum a apărut viaţa pe Pământ?

Şi iată cum în mod natural se face tranziţia la poate misterul cel mai mare al umanităţii. Cum a apărut viaţa pe Pământ? Pentru a ne apropia şi mai mult de a răspunde la această întrebare, oamenii de ştiinţă colectează cele mai vechi urme ce viaţa le-a lăsat în roci şi minerale. Pe de altă parte, ei îşi îndreaptă privirea şi spre Marte şi spre alte corpuri cosmice pe care s-a descoperit apă, în speranţa de a descoperi viaţă sau materie organică. Aceste studii ne ajută să înţelegem mai bine şi viaţa de pe Terra.

4. Cum funcţionează interiorul Pământului şi cum înfluentează acestea suprafaţa sa?

Pământul este format din nucleu, manta şi scoarţă. Nucleul este format din fier lichid în rotaţie, iar această rotaţie am văzut că creează câmpul magnetic. Dar la fiecare aproximativ 30 de mii de ani, Pământul inversează polul nord magnetic cu polul sud magnetic. De ce se întâmplă aceasta? Mişcările ce au loc în mantaua formată din roci lichide duc la crearea de munţi, izbucnirea vulcanilor, sau generarea continuă de fund oceanic în zonele de rift oceanic. Oamenii de ştiinţă înţeleg aceasta calitativ, dar au nevoie de modele matematice mai precise pentru a le putea evalua cantitativ şi pentru a le putea extrapola în timp şi deci a putea spune cum era interiorul Pământului în trecut şi cum va fi el în viitor şi astfel cum va fi influenţată suprafaţa Pământului în viitor de câtre interiorul Pământului.

5. De ce are Pământul plăci tectonice şi continente?

Scoarţa Pământului este formată din diferite părţi care plutesc pe mantua lichidă a Pământului. Aceste bucăţi se numesc plăci tectonice şi dau naştere la continente. Mişcarea plăcilor pe manta duce la mişcarea continentelor unele relativ la altele, iar în trecut continentele aveau cu totul o altă poziţie. Teoria plăcilor tectonice a fost dezvoltată în anii 1960 şi a fost bine documentată experimetal de atunci încoace. Totuşi, de ce există aceste plăci tectonice? Luna, de exemplu, nu prezintă plăci tectonice. Marte prezintă doar câteva indicii de existenţa unor plăci tectonice, în timp ce sateliţi ai altor planete au plăci tectonice fotografiate de sateliţi. Cu alte cuvinte, de există diferite bucăţi solide de scoarţă ce plutesc pe manta şi nu doar una singură?

6. Cum influenţează proprietăţilel materialelor proprietăţile Pământului?

Este ştiut că proprietăţile totului sunt date în cea mai mare parte de proprietăţile părţilor. În fizică, proprietăţile macroscopice ale unui material sunt date de proprietăţile microscopice ale atomilor care îl compun. Tot astfel, studiul elementelor chimice din structura Pământului poate ajuta la înţelegerea mai bună a proprietăţilor geologice ale Pământului.

 7. Ce cauzează schimbările climatice şi cât de mult se poate climatul schimba?

Cum am văzut mai sus, schimbări de 50 de grade între iarnă şi vară sunt percepute de oameni şi în general viaţă drept schimbări mari de temperatură. Daca temperatura întregului Pământ ar scădea cu 50 de grade am intra într-o epocă glaciară, iar dacă ar creşte cu 50 de grade am fi în o epocă foarte caldă, când viaţa probabil ar muri în cea mai mare parte. Totuşi, deşi Pământul a cunoscut schimbări climatice, cu variaţii de temperatură mari la scară umană, ele sunt mici la scară fizică, şi aceasta probabil datorită distanţei relativ constante până la Soare. Oamenii de ştiinţă ar dori să înţeleagă mai bine aceste schimbări climatice din trecut, atât calitativ, cât şi cantitativ, pentru a putea prezice mai bine schimbările climatice viitoare. Subiectul este cu atât mai important acum, când omenirea depozitează tot mai mult dioxid de carbon în atmosferă şi aceasta duce la o încălzire climatică generată de om. Pe de altă parte, perioada aceasta de climat temperat a durat deja câteva zeci de emii de ani şi poate va veni curând (în sute sau mii de ani) şi o nouă epocă glaciară, în ciuda încălzirii globale generate de om.

8. Cât de mult a influenţat Pământul viaţa şi viaţa Pământul?

Este ştiut că viaţa influenţează Pământul. De exemplu, plantele eliberează oxigen în atmosferă şi fără ele oxigenul poate nu ar fi fost decât în cantităţi negljabile în atmosferă. Tot plantele au fixat în scoarţa Pământului mare parte din dioxidul de carbon ce exista în atmosferă după încheierea formării Pământului. De asemenea, ştim cum un teren fără plante este erodat uşor de vânt, transfărmându-l într-un deşert. Pe aceeaşi idee, defrişările de păduri de pe dealuri duc la prăvălirea malurilor de pământ, câteodată chiar pe locuinţele oamenilor. Dar se ştie şi că Pământul a influenţat viaţa. O explozie puternică de vulcan, de exemplu, poate să ducă la dispariţia a mai multe specii de plante sau animale. Prin urmare, subiectul interdependenţei între viaţă şi condiţiile de pe Pământ este foarte important, cu atât mai mult cu cât doar în primul miliard de ani Pământul a fost fără viaţa, dar viaţa fiind prezentă permanent pe Pământ în ultimele trei miliarde şi ceva de ani. Studiul acestei interdependenţe este aşadar foarte important.

9. Pot fi prezise cutremurele şi erupţiile vulcanice?

Cutremurele şi erupţiile sunt generate de mişcarea şi acumularea magmei în interiorul scoarţei. Oamenii de ştiinţă au făcut progrese în prezicerea cutremurelor şi vulcanilor, dar încă nu pot spune când anume va avea loc un anumit cutremur sau va erupe un anumit vulcan. Totuşi, odată cu studiul fiecărui cutremur şi al fiecărui vulcan în parte, oamenii de ştiinţă se apropie mai mult de ţelul lor. Deja sunt aproape de a prezice erupţiile cele mai puternice ale vulcanilor, dar sunt departe de a le prezice pe cele mai micuţe.

10. Cum influenţează curgerea fluidelor în interiorul şi la suprafaţa Pământului viaţa oamenilor?

Curgerea fluidelor în interiorul şi la suprafaţa Pământului afectează în mod direct viaţa oamenilor. Prin fluid se înţelege lichid sau gaz. Lichidul ce interesează pe oameni cel mai mult este apa. Managementul resurselor de apă devine o chestiune din ce în ce mai presantă, iar studiul curgerii apelor prin medii poroase precum solul poate înţelege cum se adună rezervele de apă în sol, sau cum curg răurile subterane. Astfel, s-ar înţelege mai bine ciclul apei în natură.

Dar mai este o mare altă categorie de fluide care interesează oamenirea foarte mult. Este vorba de combustibilii fosili. Aceştia pot fi lichizi, precum petrolul, sau gazoşi, precum gazele naturale. Studiul acumulării sau propagării acestora în medii poroase neomogene, precum scoarţa Pământului, poate duce la o înţelegere mai bună a acestor combustibili solizi, ce reprezintă sursa de bază de energie pe care s-a dezvoltat societatea noastră. Studiile acestea vor duce şi la o mai bună estimare a cantităţilor disponibile.

Concluzie

Observăm aşadar o situaţie întâlnită iar şi iar în ştiinţă. Stiinţa nu oferă adevăruri absolute, ci caută mereu date experimentale noi şi modele teoretice care să explice datele experimentale cât mai corect, astfel încât imaginea noastră despre adevăr devine, pas cu pas, tot mai aproape de adevărul însuşi. Suntem precum o furnică care explorează un truchi de copac, apoi o ramură mare, apoi una mai mică, apoi una şi mai mică, şi tot aşa, până ajungem în final la o frunzuliţă ce reprezintă detaliile adevarului. Dar cum toate frunzele de o ramură sunt mult mai apropiate între ele decât sunt de cele ale altei ramuri, tot aşa si noi convergem spre adevăr şi trebuie paşi tot mai mari şi mai mulţi pentru a face progrese micuţe. În ştiinţele planetare, noi ne-am asigurat că suntem în copacul bun, în ramura principală bună, acum rămâne să definitivăm detaliile, anume pe care ramură, crenguţă şi frunzuliţă se găseşte adevărul. În ghidarea efortului de cercetare ajută şi această listă de cele mai mari 10 provocări pentru secolul acesta în ştiinţele planetare.

Abonează-te la newletter:

Caută în site



Formular de contact

Advertisment ad adsense adlogger