1. MESAJE FIZICE ALE PĂMÎNTULUI

„Tăcere-apăsătoare stăpînea Pămîntul
și-o întrebare mi-a căzut în suflet, pînă-n fund.
N-avea să-mi spună
nimic Pămîntul? Tot Pămîntu-acesta
neîndurător de larg și-ucigător de mut,
nimic?”

LUCIAN BLAGA

„Natura vorbește cu sine însăși și cu noi prin mii de fenomene. Pentru cel atent ea nu este nicăieri moartă, nici mută.”

GOETHE

În evidente raporturi de discordanță cronologică, cele două citate așezate în fruntea acestui capitol sînt, totuși, mai puțin distonante decît par la prima vedere. Receptivitatea celor doi poeți față de felul în care se manifestă Pămîntul nu este atît de diferită: cuvintele lui Lucian Blaga, scoase dintr-un context poetic destinat a sugera cu totul altceva decît așteptarea unor mesaje obiective, nu afirmă atît muțenia Pămîntului cît exprimă o îndoială în această privință, iar ale lui Goethe, extrase din proza lui referitoare la probleme științifice, lasă deschisă problema proporției în care elocvența naturii se manifestă ca „autodialog” sau în monolog fără destinație și în dialogul cu noi. Asocierea unora cu celelalte a fost făcută aici numai pentru a schița, în linii generale, aspectul acestei etape a drumului pe care l-am început: de la aparentă tăcere la locvacitate debordantă din partea Pămîntului.

Ideea principală, expusă deja mai înainte și care urmează acum să fie dezvoltată, precizată și exemplificată, este că, departe de a fi mut, Pămîntul ne vorbește prin numeroase manifestări, mai mult sau mai puțin evidente, unele naturale (continue sau discrete, periodice sau sporadice), altele provocate (deci cu apariții și distribuții în timp impuse de noi), și unele și altele purtătoare de mesaje bogate în informații. Pentru a ajunge la aceste informații este nevoie, însă, ca mesajele Pămîntului să fie detectate și descifrate, ceea ce nu este prea simplu în toate cazurile.

Se înțelege că, din punctul de vedere pe care l-am adoptat, nu toate manifestările Pămîntului ne interesează. Din miile de fenomene ale lui Goethe (și este semnificativ faptul că el folosește în acest context cuvîntul „natură”!) vom reține numai pe cele fizice, referitoare, deci, la natura neînsuflețită și comportînd intervenția unor agenți care afectează starea și mișcarea unor elemente constitutive ale Pămîntului fără a determina modificări profunde și ireversibile, care ies din domeniul propriu-zis fizic. De asemenea, vor fi excluse din sfera atenției noastre fenomenele care, rămînînd fizice prin natura lor, intră, prin scara și condițiile de desfășurare, în domeniul altor științe. Va fi vorba, așadar, numai de mesajele fizice ale Pămîntului, în sensul clasic, convențional, al adjectivului (care la început însemna „natural”: physis = natură), mesaje accesibile studiului cantitativ, fizico-matematic, întreprins de geofizică.

În mod natural, cunoașterea Pămîntului — ceea ce înseamnă, în același timp, mai mult și mai puțin decît natura — a început cu părțile direct accesibile ale Globului terestru, cele de la suprafața lui, și a rămas mult timp limitată la ele, conducînd la constituirea primelor geoștiințe: geografia și geologia. În ceea ce privește accesul direct al omului la părțile de „deasupra” și de „dedesubtul” suprafeței terestre, el a fost și este încă foarte îngrădit. Dacă drumul „în sus” a fost deschis prin explorarea directă a atmosferei și continuat prin aceea a ionosferei, a exosferei și, în fine, a spațiului cosmic, drumul „în jos” n-a fost încă parcurs — cu excluderea celor cîțiva kilometri străbătuți de foraje și reprezentînd numai cu ceva mai mult decît o miime din raza Pămîntului — decît de imaginația lui Jules Verne. Tentația de a întreprinde drumul în jos, spre adîncimi cît mai mari, nu a lipsit. Nu demult s-au făcut pregătiri foarte înaintate pentru executarea unui foraj care să străpungă crusta terestă (proiectul Mohole), alegîndu-se, în acest scop, o zonă marină, unde grosimea crustei Pămîntului este mai redusă și pe unde voia și George Călinescu să întreprindă o călătorie în interiorul Pămîntului:

„De-aș fi avut putere,
Desigur pe sub mare mergeam spre Centro Terrae...”

Dar „puterea” a lipsit și oamenilor de știință și tehnicienilor, nu numai poetului. Proiectul nu s-a realizat deocamdată și prea mult în jos nu se va putea merge niciodată.

Totuși, cercetarea avînd ca obiect atît părțile de sus cît și cele de jos ale Pămîntului a fost posibilă pe cale indirectă și a permis cunoașterea structurii și fenomenologiei acelor părți precum și înțelegerea lor pînă la detalii și cu o precizie de multe ori surprinzătoare. Metodele fizico-matematice folosite în acest scop s-au dovedit deosebit de eficace. Prin adaptarea lor la obiectul studiat, la natura, dimensiunile și cadrul lui, ca și prin ansamblul rezultatelor obținute, s-a ajuns la constituirea unui grup coerent de discipline, fizice prin metodă și „geo” prin obiect, care reprezintă astăzi știința cantitativă a Pămîntului: geofizica.

Manifestările fizice ale planetei noastre sînt numeroase și extrem de variate ca natură, ca ordin de mărime, ca distribuție în spațiu, ca evoluție în timp. Gravitatea, magnetismul terestru, radioactivitatea Pămîntului, fenomenele legate de căldura degajată de Glob, cutremurele de pămînt și cortegiul de fenomene asociate, toate acestea prezintă o mare varietate în felul în care se fac perceptibile omului și în care sînt accesibile studiului cantitativ specific disciplinelor geofizice: gravimetria, geomagnetismul, geoelectricitatea, georadioactivitatea, geotermia, seismologia, tectonofizica, prospecțiunile geofizice.

O examinare mai de aproape a substratului fizic al acestor manifestări, atît de diverse, permite, totuși, să se recunoască oarecare unitate în varietate și să se simplifice modul de abordare a cunoașterii și înțelegerii lor. Oricît de diferite ar fi fenomene ca oscilația unui pendul și orientarea unui ac magnetic, degajarea de căldură din subsol într-o regiune termală și efectele unui cutremur de pămînt, sau manifestările radioactive deasupra unor formațiuni conținînd uraniu și furtunile magnetice legate de perturbațiile din ionosferă, ele prezintă, totuși, ceva comun în mecanismul fizic al producerii lor: în prima pereche de fenomene se manifestă efecte de cîmp, în a doua se recunosc efecte de unde, în a treia apar efecte de particule.

Cu aceasta am ajuns în miezul problemei ce ne preocupă și care se poate enunța acum în termeni expliciți: mesajele fizice ale Pămîntului se încadrează în cele trei tipuri de entități ale lumii materiale: cîmpuri, unde și particule. Mai întîi, Pămîntul posedă cîmpuri proprii (cîmpul gravității, cîmpul geomagnetic) și este supus acțiunii unor cîmpuri de natură comparabilă dar de origine extraterestră (cîmpurile gravitaționale ale Lunii și Soarelui și, la ordine de mărime mult mai reduse, ale planetelor din sistemul solar). Apoi, el eliberează energie sub formă de unde, fie electromagnetice (radiațiile gama emise de formațiunile geologice radioactive și radiațiile infraroșii care se manifestă în fenomenele geotermice), fie elastice (diversele unde seismice care pleacă din focarele cutremurelor de pămînt) sau primește din afară unde electromagnetice, fie de la Soare (o gamă întreagă de radiații, dintre care cele mai importante pe plan geofizic sînt razele X și razele ultraviolete, situate de o parte a spectrului vizibil, și razele infraroșii, purtătoare ale căldurii solare, de cealaltă parte), fie din spațiul interplanetar sau chiar de mai departe (radiații cosmice). În fine, Pămîntul emite particule (radiațiile alfa și beta, care-și au originea în aceleași formațiuni radioactive ca și radiațiile gama, de natură electromagnetică), este străbătut de fluxuri de electroni (curenți telurici din interiorul adînc al Globului, responsabili de producerea cîmpului geomagnetic principal și a unor variații geomagnetice sau a unor părți ale lor) sau este bombardat de fluxuri de particule purtătoare de sarcini electrice de ambele semne („vîntul solar”).

Cîmpurile, undele și particulele se pot manifesta pînă la distanțe mari de sursa lor și reprezintă mesajele fizice naturale ale Pămîntului. Ele aduc, în locul în care sînt detectate, informații despre condițiile din locul de origine (respectiv din locul unde au suferit modificările detectate, în cazul mesajelor de origine extraterestră). Adesea, în conținutul de informații al cîmpurilor, undelor și particulelor se pot identifica și descifra elemente privind mediul dintre sursă și locul detecției, respectiv informații despre fenomene ce au avut loc de-a lungul drumului parcurs (reflexii și refracții și cauzele lor, absorbții și mecanismul lor fizic etc.).

Pe lîngă aceste mesaje naturale, Pămîntul ne poate comunica altele, ca răspuns la solicitări pe care i le-am adresa sub aceleași trei forme, deci mesaje provocate. El este în stare să reacționeze, părțile lui supuse solicitării devenind sediul unor surse de cîmpuri, unde și particule, să le zicem secundare. Astfel, de exemplu, se pot provoca în subsol curenți electrici, ale căror particularități, legate de condițiile din subsol, se pot studia fie prin intermediul cîmpului magnetic produs, fie cu ajutorul parametrilor ce definesc însuși fluxul de particule reprezentat de curenți. De asemenea, este posibil să se provoace artificial unde elastice — cazul atîtor explozii subterane, nucleare sau „convenționale” — sau unde electromagnetice, în particular în domeniul hertzian, cu care să se exploreze interiorul Globului (sondaje seismice), respectiv zonele din afara lui (de exemplu, sondaje electromagnetice ionosferice). În fine, se utilizează procedee artificiale și pentru provocarea unor emisiuni de particule, reprezentînd, de asemenea, mesaje purtătoare de informații asupra porțiunilor Pămîntului afectate de ele, în locul de producere sau pe parcursul străbătut de acolo pînă la locul punerii lor în evidență. Astfel de investigații, pe baza mesajelor provocate, se pot efectua într-o gamă întreagă de situații, de la scară cu totul locală (ca în studiul radioactiv al găurilor de sondă) pînă chiar la scară planetară (ca în cazul injectării de electroni în ionosferă, pentru provocarea unor perturbații în sistemul de curenți de acolo și în cîmpul perturbațiilor geomagnetice corespunzătoare). Mesajele provocate prezintă marele avantaj al eliminării unor parametri dintre cei care intervin în determinarea fenomenului corespunzător, ceea ce aduce simplificări remarcabile în procesul descifrării și interpretării lor.

Există, astfel, cele două categorii de mesaje fizice ale Pămîntului: mesaje naturale și mesaje provocate, în fiecare din ele găsindu-se cele trei tipuri: cîmpuri, unde și particule. Fără a intra în prea multe detalii, este, poate, cazul să scoatem în evidență principalele caracteristici ale celor trei tipuri de mesaje care ne pot veni din partea Pămîntului, fie în mod natural, fie prin provocare.

Noțiunea de cîmp poate fi conturată, într-o primă aproximație, cu ajutorul unuia din elementele care o definesc: prezența unei anumite proprietăți fizice într-un domeniu al spațiului. De exemplu, în spațiul din jurul unei mase materiale se manifestă acțiunea ei atractivă, caracterizată cantitativ de legea lui Newton. Atracția nu poate fi pusă în evidență decît prin intermediul unei alte mase, asupra căreia să se exercite acțiunea celei care „produce cîmpul”. Se presupune, totuși, că, potențial, proprietatea există și în absența masei atrase, care îndeplinește rolul de martor, pentru punerea în evidență a cîmpului caracterizat de această proprietate. Masa atractivă imprimă, deci, spațiului din jurul ei proprietatea respectivă, transformînd domeniul spațial în care acțiunea ei se resimte într-un cîmp — în acest caz, cîmp gravitațional —, ea constituind, astfel, sursa cîmpului. La fel, în jurul unui magnet sau al unui corp magnetizat ori al unui circuit electric străbătut de un curent continuu, spațiul se bucură de proprietăți speciale: în fiecare punct al lui un ac magnetic este supus unei acțiuni de orientare, anumite substanțe se magnetizează, un circuit conductor deplasat în anumite condiții devine, dacă este închis, sediul unui curent electric etc. Toate aceste acțiuni caracterizează un cîmp magnetic; deci magnetul, corpul magnetizat sau curentul electric continuu în jurul căruia se constată asemenea acțiuni reprezintă surse de cîmp magnetic. Spațiul dotat cu proprietăți fizice va reprezenta, așadar, un cîmp. Cele două exemple amintite mai sus corespund celor două principale cîmpuri geofizice: cîmpul gravității (care nu este, însă, pur atractiv) și cîmpul geomagnetic, de asemenea cu o structură mai complicată, fiind determinat de cauze complexe. Considerarea lor ca mesaje implică descifrări care constau, în esență, în rezolvări de probleme inverse.

Conținutul noțiunii de undă este mai ușor de pus în evidență în cazul unei unde elastice. Dacă într-un mediu elastic, caracterizat prin tendința pe care o are ca, deformat fiind, să revină — după încetarea cauzei deformării — la condițiile inițiale, se produce deplasare unui punct, revenirea acestuia în poziția inițială afectează și punctele vecine din mediu, legate „elastic” de punctul deplasat. Deformarea corespunzătoare deplasării se propagă, din aproape în aproape, în mediu, dînd naștere unei „unde”, entitate fizică cu o dublă periodicitate: în spațiu, caracterizată prin lungimea de undă, și în timp, caracterizată prin perioadă (sau inversul ei: frecvența). Dacă în mediul elastic în care se propagă o undă se consideră, pe dreapta coincidentă cu direcția de propagare, puncte a căror mișcare se face în condiții comparabile la un moment dat — puncte care sînt în aceeași fază —, distanța dintre două asemenea puncte vecine reprezintă chiar lungimea de undă. Pe de altă parte, intervalul de timp după care un anumit punct din mediul elastic, în care se propagă unda, se găsește în aceeași „stare de mișcare”, definită ca „fază”, este perioada iar numărul de perioade dintr-o secundă este frecvența mișcării ondulatorii. Mutatis mutandis, cu tot substratul fizic diferit, cele spuse despre undele elastice se pot extinde și la undele electromagnetice; în ceea ce privește simbolismul matematic în care se exprimă fenomenul, el este identic în cele două cazuri.

În legătură cu cea de-a treia categorie de mesaje, reprezentată de particule, ne vom limita să spunem că, în mod curent, este vorba, în geofizică, de principalele particule elementare care intră în alcătuirea materiei: electroni, protoni și neutroni, la care se adaugă și unii ioni pozitivi, în particular particula alfa. Ele se manifestă prin energia lor, corespunzătoare caracteristicilor lor și particularităților cîmpului în care se propagă; în special acesta este cazul pentru particulele cu sarcină electrică. Particulele încărcate electric sînt supuse și acțiunii de deviere pe care o exercită cîmpul magnetic asupra lor, lucru care se manifestă într-o serie întreagă de fenomene geomagnetice, cu prelungiri în procesele asociate lor; deviațiile în cîmp electric nu vin în vedere decît cu totul excepțional în context geofizic. Pentru toate particulele este importantă, în scopul descifrării mesajelor geofizice pe care le reprezintă, interacțiunea lor cu mediul, în special manifestarea influenței mediului asupra lor, așa cum apare ea în fenomenele de absorbție.

Potențialul informațional al mesajelor fizice ale Pămîntului este în general ridicat și nu totdeauna exploatat în întregime. Bogăția de informații cuprinse în datele de observație reprezentate de cîmpuri, unde și particule, ca obiect de studiu în cercetările geofizice, este legată de extinderea spațială a domeniului la care se referă aceste informații — depășind cu mult, de regulă, regiunea sursei lor — și, uneori, și de extinderea în trecut a conținutului lor documentar. Cîmpul gravității are ca sursă întreaga distribuție de mase care formează Pămîntul, cuprinzînd suplimentar și efectul rotației terestre precum și influențele atracției gravitaționale a Lunii și Soarelui, iar cîmpul geomagnetic este determinat, în partea lui principală, de cauze situate în interiorul adînc al Globului terestru și, în părțile variabile în timp, de fenomene complexe din ionosferă și magnetosferă. Ca atare mesajele pe care le constituie aceste cîmpuri conțin informații privind domenii spațiale de mare extindere, cu părți foarte îndepărtate de locul măsurării sau înregistrării, în general chiar în principiu inaccesibile observației directe.

Deși fenomenologia este cu totul diferită, situația se prezintă cu multe asemănări, în privința capacității de informare, și pentru categoria de mesaje fizice reprezentată de unde. Așa, de exemplu, undele seismice care provin din focarul unui cutremur de pămînt pot fi înregistrate în diverse puncte de pe Glob, pînă la antipodul epicentrului, după ce au străbătut întregul interior al Pămîntului, suferind reflexii și refracții la suprafețele și în zonele de discontinuitate a proprietăților elastice ale acestuia. Ele aduc, în consecință, informații asupra condițiilor în care au fost generate ca și asupra acelora întîlnite pe traseul propagării lor, într-o suprapunere a cărei complexitate este accentuată de adăugarea influențelor locale ale înregistrării. Exploatarea acestui bogat conținut de informații rămîne de cele mai multe ori parțială, atît datorită complexității intrinsece a ansamblului cît și caracterului invers al problemelor ce trebuie rezolvate. În privința mesajelor aduse de undele electromagnetice se poate constata aceeași bogăție de conținut, asociată cu o și mai mare varietate și cu o extindere spațială care depășește cu mult limitele exterioare ale Globului terestru. Dacă undele electromagnetice emise de Pămînt, adică radiațiile infraroșii prin intermediul cărora acesta își radiază căldura internă, conțin numai informații privitoare la interiorul Globului, cele venite de la Soare, în particular radiațiile X și cele ultraviolete, mijlocesc informații asupra atmosferei înalte, unde ele suferă modificări și provoacă fenomene cu efecte accesibile determinărilor cantitative: ionizări și curenți electrici în ionosferă, variații ale cîmpului geomagnetic, curenți telurici.

Particulele, pe de altă parte, pot aduce informații asupra condițiilor în care au fost emise și asupra fenomenelor care au loc în mediul în care se propagă. Aceste informații sînt interesante mai mult prin natura lor — complementară față de aceea a datelor furnizate de cîmpuri și unde — decît prin domeniul la care se referă, aproape totdeauna restrîns, datorită puterii de pătrundere reduse a lor (cazul particulelor alfa și beta). Considerate, însă, global sub forma de curenți electrici în interiorul Globului sau în ionosferă, particulele (de astă dată electroni) își ridică potențialul informațional în mod sensibil, atît prin bogăție și varietate cît și prin extinderea spațială.

Despre posibilitatea unor investigații privind trecutul Pămîtului, pe care am amintit-o mai înainte pentru a sublinia amploarea conținutului informațional al mesajelor fizice ale acestuia, va fi vorba în capitolele viitoare, în legătură cu paleomagnetismul și cu geocronologia. Pentru moment vom menționa numai că determinarea cantitativă a magnetizării rocilor, ca orientare și ca intensitate, poate furniza date asupra cîmpului geomagnetic din epoca formării rocilor respective, iar studiul produșilor rezultați din dezintegrările radioactive, deci ca urmare a emisiunii de particule (dar în trecut), este în stare să conducă la informații cantitative asupra lungimii intervalelor de timp în care acești produși s-au format, deci asupra vîrstei formațiunilor geologice corespunzătoare.

În rezumat, deci, mesajele fizice ale Pămîntului, reprezentate de cîmpuri, unde sau particule, fie naturale fie provocate, ne aduc informații privind pînă și cele mai depărtate zone ale Globului terestru, de la părțile centrale ale nucleului interior, care nu vor putea fi niciodată cercetate direct, pînă la limitele magnetosferei, recent atinse de vehicule spațiale dotate cu instrumente în stare să furnizeze informații discrete asupra regiunilor străbătute, informații complementare în raport cu datele globale ale mesajelor geofizice. Mesajele Pămîntului, pe care trebuie să le descifreze geofizica, extind, astfel, considerabil în spațiu raza sferei noastre de investigație. Mai mult decît atît, în unele cazuri este posibil să se opereze, cu ajutorul lor, și o extindere în trecut a investigației. Dacă mai ținem seama și de faptul că, uneori, se poate face și o extrapolare pentru viitor a unor situații constatate ca stadii permanente ale unei evoluții urmărite în trecut, rezultă că mesajele fizice ale Pămintului, bine descifrate, ne pot deschide cele trei porți de acces la cunoaștere, despre care vorbește Dimitrie Cantemir. În cuvintele lui, citate de Nicolae Iorga, „în trei chipuri și ca prin trei porți înlăuntrul palaturilor cunoștinței lucrurilor a întra putem: prin pildele celor trecute, prin deprinderea cestor de acum și prin bună socoteala celor viitoare”. Trebuie, totuși, să recunoaștem că, dacă poarta prezentului este — în cazul de care ne ocupăm — larg dată înapoi, cea a trecutului este doar parțial deschisă, iar a viitorului de-abia întredeschisă, și numai cu intermitențe.

În încheiere, să mai facem o precizare, în continuarea ideii deja exprimate că mesajele fizice ale Pămîntului au fost și mai sînt încă numai parțial exploatate. A recunoaște bogăția lor de informații nu înseamnă, neapărat, a afirma că ea ne este efectiv accesibilă, în întregime. Chiar bine prinse și înregistrate, mesajele acestea mai trebuie descifrate. Progresele mari, realizate în ultimul timp în domeniul metrologiei geofizice, au permis tot mai fidele înregistrări, în urma îmbunătățirii raportului semnal/zgomot, și chiar descifrări din ce în ce mai eficace, prin tratamentul adecvat al datelor de observație.

S-au obținut rezultate foarte bune în privința asigurării unui material de observație de încredere, bogat și precis, acoperind spațial și temporal domenii suficient de ample pentru ca gradul lor de semnificație să fie ridicat. De asemenea, descifrarea mesajelor pe care acest material le reprezintă s-a făcut în condiții mereu îmbunătățite, limitate, totuși, de caracterul de problemă inversă al procesului de descifrare-interpretare.

Din conținutul bogat și variat al informațiilor cuprinse în mesajele fizice ale Pămîntului, mult a fost, deci, scos deja la lumină. Mai rămîne, însă, desigur, încă mult de valorificat. Ținînd seama de bogăția lor de conținut informațional și de caracterul limitat al valorificărilor realizate pînă acum, prin descifrare și interpretare, aproape că am putea atribui acestor mesaje calitatea eresurilor lui Eminescu: „abia-nțelese, pline de-nțelesuri”.