4. RADIOACTIVITATEA TERESTRĂ

„Curînd după descoperirea radioactivității de către H. Becquerel și M. Curie se recunoaște omniprezența substanțelor radioactive în toate mediile geofizice. Aceasta conduce repede la întreprinderea sistematică de cercetări și de experiențe în activitatea geofizică și oferă noi soluții eficiente pentru numeroase probleme individuale.”

H. ISRAËL

„Dar vremea? Unde-i vremea? O caut și e lipsă?”

ION PILLAT

Asocierea acestor două citate aici, la început de capitol, poate să fie întrucîtva derutantă, la prima vedere, și ca simplă alăturare și prin funcțiunea comună pe care însuși acest fapt pare a le-o atribui. Dar a pune alături nu înseamnă totdeauna a paraleliza și atribuirea unei aceleiași destinații nu implică neapărat utilizarea acelorași căi pentru a ajunge la ea.

Ca atare, informația cuprinzătoare, tonalitatea majoră afirmativă și expresia calmă a cuvintelor omului de știință pot să nu fie chiar atît de antinomice, după trecerea primului moment, cu sugestia restrînsă, atmosfera interogativ-negativă și tonul agitat din versul poetului, în rolul pe care cele două citate îl au aici de a pregăti trecerea în revistă a unei categorii deosebite de mesaje terestre. Sînt mesajele fizice pe care Pămîntul ni le trimite fie prin însăși emisiunea de particule și de unde produse în procesele de dezintegrare radioactivă, fie prin compoziția substanțelor care au rezultat din aceste fenomene.

De altfel, structura acestui capitol, de dimensiuni mai reduse decît ale celor care l-au precedat, privitoare la cîmpurile naturale ale Pămîntului, reflectă oarecum — la altă scară, desigur — imaginea sugerată, împreună, de aprecierea obiectivă asupra georadioactivității, făcută de Israël, și de întrebarea în termeni subiectivi, a lui Pillat, privind „vremea”. Va fi, astfel, vorba — în cele ce urmează — de mesajele radioactive, directe sau indirecte, ale planetei noastre și, în particular, de acelea care permit „căutarea” timpului, cu rezultatul punerii în evidență nu a lipsei ci a prezenței lui, sub forme de trecut geologic, în vîrsta rocilor și a Pămîntului.

Pentru conturarea cadrului în care vom face prezentarea mesajelor terestre din această categorie, se oferă un punct de plecare natural și comod, reprezentat de faptul că însăși descoperirea fenomenului radioactivității s-a făcut în context geonomic. Eliberarea spontană de energie, desemnată global prin termenul de radioactivitate, a fost pusă în evidență, mai întîi, în cazul unor săruri de uraniu, apoi pentru diverse minerale conținînd acest element. Ea s-a manifestat macroscopic prin impresionarea unei plăci fotografice, fără un contact optic direct între emulsia ei și sărurile sau mineralele respective. Se poate vorbi, astfel, de adevărate „autoradiograme”, cu caracter de prime aplicații ale radioactivității în domeniul geoștiințelor, înainte de identificarea ei ca fenomen nuclear.

Rezultatele sistematic negative ale tuturor încercărilor de a se influența, din exterior, prin diverși agenți fizici sau chimici, procesele radioactive au demonstrat, cu toată claritatea, că sediul cauzelor care le provoacă este în interiorul adînc al atomului, adică în nucleu. De acolo pleacă atît radiațiile de natură corpusculară „alfa” și „beta” cît și cele de natură ondulatorie, electromagnetică, „gama”, toate purtătoare de energie și formînd în ansamblu emisiunea radioactivă, produs al dezintegrării nucleului atomic.

Dezintegrarea radioactivă se desfășoară după bine-cunoscutele legi de descendență, care au ca obiect mecanismul dezintegrării și caracterizarea atomului rezultat din acest proces, în raport cu atomul din care provine. În ceea ce privește desfășurarea în timp a fenomenelor, ea este guvernată de legi statistice bine stabilite, deosebit de importante pentru georadioactivitate. Ambele categorii de legi ale radioactivității se aplică tuturor proceselor de dezintegrare, prezentate de atomi aparținînd așa-numitelor familii radioactive naturale (familia uraniului sau radiului, familia actiniului și familia toriului) sau de alți atomi, care nu se încadrează în familii cu proprietăți radioactive, cum sînt anumiți atomi de carbon, de potasiu sau de rubidiu.

Legile de descendență se formulează ușor dacă se ține seama de natura radiației emise în procesul căruia i se aplică, pe de o parte, și de caracteristica atomului care este determinantă pentru fixarea locului lui în tabloul clasificării periodice a elementelor, al lui Mendeleev, pe de alta. Pentru scopurile noastre, aici, este de ajuns să amintim că particulele „alfa” sînt atomi de heliu biionizați, adică au o masă de patru unități atomice și două sarcini electrice elementare pozitive, iar particulele „beta” sînt electroni, adică au o masă neglijabilă și o sarcină electrică elementară negativă, pe cînd radiațiile „gama” sînt formate din fotoni, fără masă — la scara la care se consideră fenomenele în acest context — și fără sarcini electrice. Pe de altă parte, trebuie să amintim că locul unui atom în tabloul lui Mendeleev este fixat de numărul lui atomic, reprezentat de numărul de sarcini electrice elementare pozitive ale nucleului, număr evident egal cu acela al electronilor de pe orbitele din jurul nucleului, ceea ce asigură neutralitatea electrică a atomului, considerat în ansamblu.

Enunțul legilor de descendență este, acum, simplu, ținînd seama că ele trebuie să arate cum se schimbă masa atomică și locul unui element în tabloul lui Mendeleev, în urma dezintegrării radioactive. Dacă dezintegrarea unui atom se face prim emisiunea unei particule „alfa”, aceasta conduce la apariția unui descendent care, conform celor spuse mai sus, cu privire la la masa și sarcina electrică a particulei „alfa”, va avea o masă atomică mai mică cu patru unități și se va deplasa cu două locuri spre stînga (adică spre numere atomice mai mici) în tabloul de clasificare a elementelor. În cazul unei dezintegrări prin emisiune „beta”, descendentul va avea, practic, aceeași masă atomică pe care o avea elementul-părinte dar se va situa, în tabloul lui Mendeleev, în căsuța vecină de la dreapta aceleia a atomului din care provine (număr atomic mai mare cu o unitate). Emisiunea de radiații „gama” nu produce, însă, schimbări nici în masa atomică, nici în numărul de ordine al elementului în tabloul lui Mendeleev, efectul ei fiind numai modificarea energiei interne a nucleului atomic.

Se înțelege că dacă, de exemplu, în cadrul unei familii radioactive, au loc, succesiv, o dezintegrare „alfa” și două dezintegrări „beta”, după aceste procese elementul descendent se găsește în același loc în tabloul lui Mendeleev în care se găsea elementul radioactiv inițial, ca avînd aceeași sarcină electrică pozitivă a nucleului și același număr de electroni pe orbitele din jurul lui (deci și aceleași proprietăți fizice și chimice, în general). Masa lui atomică este, însă, mai mică cu patru unități. Asemenea atomi, cu mase atomice diferite dar cu același număr de ordine în clasificarea elementelor, sînt numiți, cum se știe, izotopi, întrucît ocupă același loc în tabloul lui Mendeleev.

Izotopii prezintă o importanță deosebită și pentru științele Pămîntului. Compoziția izotopică a anumitor elemente constituie un mesaj radioactiv de prim ordin al Pămîntului. Repartiția relativă a diverșilor izotopi, fie în produsul final al unui proces de dezintegrare, fie în anumite combinații chimice din alcătuirea unor roci sau a unor părți din diverse fosile, furnizează informații de mare valoare pentru determinările de vîrste ale rocilor, prin așa-numita datare radioactivă absolută, respectiv pentru condițiile în care au avut loc anumite fenomene, în particular în privința temperaturii de formare a unor combinații chimice din roci și din fosile.

Pentru importanța pe care o prezintă în cadrul determinărilor de vîrste ale rocilor, este cazul să menționăm aici un proces radioactiv întrucîtva particular: așa-numita dezintegrare prin captură. Nucleele unor atomi (cum este, de exemplu, cazul unui anumit izotop al potasiului) „capturează”, însușindu-și, unul dintre electronii de pe prima orbită exterioară, ceea ce echivalează cu dispariția unei sarcini electrice elementare pozitive din nucleu. Legea de deplasare corespunzătoare indică pentru acest caz o deplasare spre stînga cu un loc, în tabloul lui Mendeleev, fără variație de masă atomică. Acest proces, reprezentînd oarecum inversul unei emisiuni „beta”, este însoțit de obicei de emisiunea unui foton, dar nu în domeniul radiațiilor „gama” ci în acela al razelor X. Să mai adăugăm că potasiul radioactiv prezintă atît dezintegrarea prin captură — care duce la formarea de argon, fenomenul utilizat în determinările de vîrste prin metoda „potasiu/argon” — cît și dezintegrarea „beta”, din care rezultă calciu.

Trecînd acum la legile statistice care guvernează toate fenomenele radioactive, inclusiv captura, vom anticipa că ele constituie valoroase instrumente de investigație în domeniul descifrărilor mesajelor radioactive ale Pămîntului, în particular prin datele pe care le furnizează privitor la rapiditatea, respectiv — mai bine, poate — încetineala desfășurării în timp, a proceselor de dezintegrare pentru diferitele elemente radioactive. Aceste procese au un caracter întîmplător dar, producîndu-se pentru o populație extrem de numeroasă de atomi, sînt supuse legilor numerelor mari ale statisticii. În consecință, plecîndu-se de la ipoteza perfect plauzibilă, independentă de mecanismul fizic al dezintegrării, că numărul de dezintegrări produse într-un anumit interval de timp este proporțional cu numărul de atomi prezenți și cu lungimea acestui interval de timp, se deduce legea exponențială a descreșterii în timp a numărului de atomi care se dezintegrează. Constanta de proporționalitate din legea elementară este specifică elementului respectiv și se numește constanta de dezintegrare a lui. Cunoașterea acestui parametru caracteristic pentru fiecare specie de atomi radioactivi — asigurată cu o precizie care a fost mereu îmbunătățită de determinările fizicii — permite studiul desfășurării în timp a fenomenului, cu importante aplicații în geoștiințe.

O mărime mai intuitivă decît constanta de dezintegrare este inversul ei, care reprezintă așa-numita viață medie a atomilor radioactivi. Încă mai elocventă — în special în vederea descrierii pentru nespecialiști a desfășurării în timp a proceselor de dezintegrare radioactivă — este un al treilea parametru al legilor statistice ale radioactivității: timpul de înjumătățire. În relații simple, bine determinate, cu constanta de dezintegrare și cu viața medie, timpul de înjumătățire reprezintă — cum arată și termenul însuși — intervalul de timp după care din numărrul de atomi radioactivi, prezenți la un moment dat, au mai rămas nedezintegrați doar jumătate. Se înțelege că acest interval este lung pentru procesele lente și scurt pentru cele rapide.

Astfel, pentru a cita exemple importante pentru problemele care ne interesează aici, timpul de înjumătățire este de aproape 50 de miliarde de ani pentru dezintegrarea foarte înceată a izotopului radioactiv al rubidiului dar de numai 5730 de ani pentru procesul relativ rapid de dezintegrare a izotopului radioactiv al carbonului. Chiar pentru dezintegrări din sînul aceleiași familii, ordinele de mărime ale acestui parametru prezintă variații extrem de mari. Să amintim numai că primele dezintegrări din familia uraniului au următoarele timpuri de înjumătățire: patru miliarde și jumătate de ani pentru tranziția uraniului în uraniu X1, apoi ceva mai mult de 24 de zile pentru dezintegrarea acestuia, care dă atît uraniu X2 cît și uraniu Z, pentru ca aceștia să se dezintegreze cu timpuri de înjumătățire de aproape 7 ore, respectiv de ceva mai mult de un minut. Interesant este și cazul celor trei produși în stare gazoasă („emanații”) din familiile radioactive naturale: radonul, toronul și actinonul, cu timpurile de înjumătățire respective de aproape patru zile, aproape un minut și ceva mai puțin de patru secunde.

Existența unor valori atît de diferite pentru acest important parametru de caracterizare cantitativă a procesului de dezintegrare are o importanță evidentă. Între anumite limite și în funcție de frecvența de apariție a fenomenelor corespunzătoare în mediile geologice — și depinzînd, evident, și de satisfacerea anumitor condiții privind posibilitatea de efectuare a măsurătorilor cu precizia necesară, în acord cu premisele ce stau la baza tehnicii metrologice respective —, se poate face o alegere a tipului de dezintegrare care este indicat să fie utilizat într-un anumit scop, după ordinul de mărime al timpului de înjumătățire corespunzător.

Trecînd acum, propriu-zis, la mesajele radioactive ale Pămîntului, vom începe examinarea lor, a modalității de a le descifra și a informațiilor pe care le furnizează, cu cea mai importantă categorie: dezintegrările radioactive naturale ale atomilor care intră în alcătuirea Pămîntului. Se înțelege că este necesar ca acești atomi să aibă cel puțin o largă răspîndire în roci — dacă nu și să intre într-o proporție ridicată în alcătuirea lor —, pentru ca detectarea și descifrarea mesajelor pe care le constituie dezintegrările respective să fie, într-adevăr, semnificative.

Detectarea și identificarea acestor mesaje se face prin tehnici în același timp complicate și delicate iar descifrarea lor presupune cunoscute, cu o bună precizie, constantele de dezintegrare, respectiv timpurile de înjumătățire sau viețile medii ale elementelor care vin în vedere. Mai mult decît în cazul altor mesaje ale Pămîntului, sînt evidente interdependența și alternanța etapelor operațiilor respective, care lasă impresia unei cvasisimultaneități a lor și fac ca o încercare de a separa cu totul descifrarea de detectare să pară arbitrară.

Elaborate în variate forme și aplicate cu multe adaptări specifice, de la caz la caz — în special după categoria de atomi radioactivi utilizați —, tehnicile de descifrare a mesajelor radioactive ale Pămîntului în scopul datării absolute a rocilor și chiar pentru determinarea vîrstei absolute a Pămîntului au o fundamentare conceptuală simplă și cvaziunitară. În primul rînd este de avut în vedere că dacă „la început” (aceasta înseamnă a fixa momentul de la care se pleacă în considerarea vîrstei rocii sau a Pămîntului) n-au existat decît părinții celor trei familii radioactive naturale și dacă se cunoaște ritmul de dezintegrare al fiecăruia, datarea se poate face pe baza determinării raporturilor în care se găsesc în produsul final al dezintegrării cei trei descendenți stabili (ceea ce înseamnă a fixa cealaltă extremitate a intervalului de timp care reprezintă vîrsta).

De fapt, nu este necesar să se studieze cele trei procese de dezintegrare, este de ajuns să se considere numai două. Produsul final al dezintegrărilor pentru toate cele trei familii de elemente radioactive naturale este plumbul, în fiecare caz fiind vorba de un anumit izotop stabil al lui. Lucrurile sînt, de fapt, mai complicate, ținîndu-se seama de întregul lanț de dezintegrări intermediare, dar important este că, teoretic, se poate calcula în ce raporturi relative trebuie să se găsească izotopii respectivi după un anumit interval de timp sau — problemă inversă, cu mult mai importantă — ce interval de timp a trebuit să treacă pentru ca izotopii să se prezinte în proporțiile constatate experimental.

Dacă este vorba de un singur element radioactiv care se dezintegrează trecînd într-un singur descendent stabil (cazul izotopilor radioactivi ai rubidiului și potasiului), acesta se acumulează mereu, pe măsură ce trece timpul, și parametrul caracteristic pentru lungimea intervalului de timp este de astădată raportul dintre cantitatea de element-părinte și cantitatea de element-descendent. Acest raport se micșorează mereu, fiind într-o legătură cantitativă bine cunoscută cu timpul scurs, legătură comandată de constanta de dezintegrare (viața medie, timpul de înjumătățire); timpul scurs este reprezentat, evident, de intervalul dintre momentul inițial și momentul final al procesului considerat, dificultatea mare fiind legată de precizarea a ceea ce este momentul inițial, la o determinare de vîrstă. În măsura în care acest interval poate fi identificat cu vîrsta a cărei determinare se urmărește și în funcție de măsurarea foarte precisă a raportului părinte/descendent, ca și de cunoașterea nu mai puțin precisă a parametrului de caracterizare a vitezei de desfășurare a procesului de dezintegrare, este posibilă datarea absolută radioactivă.

O deosebire fundamentală față de cele două principii menționate o prezintă descifrările de mesaj pe care le constituie determinările de vîrste absolute prin metoda carbonului radioactiv. În acest caz nu mai este vorba nici de proporția dintre izotopii din produsul final al unui proces de dezintegrare nici de raportul dintre cantitatea de element radioactiv și cea de produs de dezintegrare stabil. Pur și simplu se face comparația între cantitatea de element radioactiv care a mai rămas ca atare într-o combinație și cantitatea în care este prezent un element „martor”, reprezentat de izotopul stabil al lui, care nu are nimic de a face cu procesul de dezintegrare dar care participă la formarea combinației respective în paralel cu izotopul radioactiv, cu același rol chimic. Pentru precizare, să indicăm că elementul radioactiv este izotopul de masă atomică 14 al carbonului, care se formează continuu din azotul atmosferic sub influența razelor cosmice. El se găsește în atmosferă într-un raport bine determinat față de carbonul obișnuit, izotopul neradioactiv de masă atomică 12, și intră în același raport în compoziția bioxidului de carbon și, prin intermediul acestuia, în substanțele organice care participă la alcătuirea plantelor și animalelor. O dată cu încetarea vieții — momentul inițial pentru determinările de vîrstă pe această cale —, izotopul radioactiv al carbonului se împuținează prin dezintegrare pe cînd cel stabil rămîne ca atare. Timpul scurs din momentul încetării vieții organismului respectiv pînă în momentul determinării raportului dintre carbonul 14 și carbonul 12 se calculează dintr-o relație simplă, în care mai intră, pe lîngă acest raport, și parametrul de caracterizare cantitativă a desfășurării procesului de dezintegrare, de exemplu timpul de înjumătățire.

Extrem de numeroase, descifrările de mesaje radioactive pe care le prezintă aceste determinări geocronologice au condus la rezultate de semnificație deosebită pentru științele Pămîntului. Problema vîrstei Pămîntului fusese abordată pe diverse căi, care conduseseră la rezultate diferite, greu de pus în acord în privința ordinului de mărime. Geologii secolului trecut ar putea fi grupați, din punctul de vedere al opiniilor cu privire la vîrsta Pămîntului, în trei clase: „uniformitariștii”, conduși de Lyell, admiteau pentru planeta noastră o vîrstă infinită, „moderații”, influențați în special de Darwin, considerau că această vîrstă este de cîteva sute de milioane de ani iar „revoluționarii”, acceptînd argumentele de ordin cantitativ aduse de Lord Kelvin printr-o demonstrație intrinsec corectă dar fundamentată greșit pe date geotermice — cum vom vedea în capitolul următor —, adoptaseră o cifră care întinerea Pămîntul: 24 de milioane de ani.

În această atmosferă de complet dezacord asupra unei probleme fundamentale, cu numeroase implicații în diverse direcții, au venit rezultatele descifrărilor de mesaje radioactive. Diferind ca cifre, ele au indicat, totuși, corect, de la început, ordinul de mărime pentru vîrsta Pămîntului: miliarde de ani. Cifrele pentru precizarea vîrstei au crescut treptat, pe măsura îmbunătățirii preciziei determinărilor și a eliminării intervenției unor agenți perturbanți, conducînd la valoarea care este acceptată azi: 5 miliarde de ani.

Ordinul de mărime al vîrstei Pămîntului s-a impus în geoștiințe și prin autenticitatea modului de obținere și prin acordul lui cu diverse date ale acestor științe, în particular cu duratele necesare, principial, pentru desfășurarea anumitor procese ca realizarea salinității apelor marine, procesele orogenetice, depunerea formațiunilor sedimentare, evoluția speciilor animale și vegetale etc.

Impresionantă prin ingeniozitatea descifrării de mesaj care a condus la obținerea ei precum și prin ordinul ei de mărime, vîrsta Pămîntului este menționată adeseori și în afara cadrului strict științific, fie în termeni poetici adecvați pentru a o sugera, ca în versurile lui Tudor Arghezi:

„Și-a mai trecut o vreme, și zeci de vremi și sute
Și mii de vremi, pe număr, în șir nemaiștiute”,

fie chiar cu ordinul de mărime corect — lucru care nu tulbură atmosfera poetică —, cum o face George Călinescu:

„Naintea vieții tale
Cu miliarde de-ani
S-au închegat metale
Și-au bubuit vulcani”.

În privința determinărilor de vîrste pentru anumite roci, este bine să menționăm — fără a merge pînă la detalii — contribuția importantă a descifrării mesajelor respective care constă în atribuirea de vîrste absolute diviziunilor de timp stabilite în mod relativ, pe cale stratigrafică și paleontologică. Aceasta înseamnă indicarea duratelor în ani pentru erele și perioadele geologice de la Cambrian încoace, adică pentru circa 600 de milioane de ani, cît reprezintă întregul interval de timp datat relativ de geologi. O contribuție poate și mai importantă este constituită de evaluarea extinderii în timp a Precambrianului și — ceea ce este și mai mult — de subdivizarea lui, imposibilă în absența metodelor radioactive, fără urme care să marcheze trecerea timpului, cum sînt fosilele prezente în formațiunile postcambriene. Față de cele șase sute de milioane de ani ale intervalului de timp corespunzător depunerii acestor formațiuni, Precambrianul are o durată foarte lungă: după ce, pînă nu demult, se acceptase ca vîrstă a celor mai vechi roci datate vîrsta de trei miliarde și patru sute de milioane de ani, recent Precambrianul a mai fost prelungit în trecut cu încă patru sute de milioane de ani.

Trebuie recunoscut că cele mai multe determinări de vîrste geologice absolute au fost făcute în laboratoare de către fizicieni și chimiști, cel mai adesea fără colaborarea geologilor și petrografilor. Aceasta s-a resimțit dezavantajos, în faptul că determinările, putînd fi foarte precise pentru proba de rocă studiată, nu au fost, totuși, totdeauna corect încadrate din punctul de vedere al istoriei trecute a rocii din care fusese extrasă proba și din acela al caracterelor ei petrografice, pentru care competența se găsea de partea celor absenți: geologii. Să mai amintim că o bună parte din dificultățile care împiedică acordul perfect al cantitativului datărilor absolute cu calitativul celor relative provin din faptul că primele rezultă preponderent din studiul rocilor eruptive, pe cînd limitele de timp stratigrafice și paleontologice au fost fixate de cercetări efectuate asupra formațiunilor sedimentare.

Progresele care sînt de așteptat în domeniul descifrării acestor categorii de mesaje terestre privesc în special două direcții: pe de o parte, mărirea preciziei datelor finale (valoarea vîrstelor) prin îmbunătățirea cunoașterii constantelor fizice care intră în calcule și prin tot mai bune determinări ale mărimilor supuse observației și, pe de alta, mai buna armonizare a competenței în domeniul fizicii și chimiei cu cea din domeniul geoștiințelor. Se pare că acest ultim deziderat nu se poate realiza nici sub eticheta de fizică nucleră aplicată, pe care o reclamă pentru acest domeniu izolaționiștii fizicieni și chimiști și nici sub aceea de geologie nucleară, pe care caută s-o impună unii geologi exclusiviști. Dat fiind că studiul fenomenelor nucleare în cadru geologic constituie un domeniu tipic de frontieră și că el promite să se dezvolte tot mai mult pe baze inter- și pluri-disciplinare, cercetările în echipe complexe de specialiști vor fi, fără îndoială, o necesitate. Cum se pune și problema coordonării acestor cercetări, aceasta ar reveni, în principiu, geofizicienilor, competenți atît pentru aspectele fizico-matematice ale metodelor de descifrare cît și pentru încadrarea geologică a problemelor geocronologice.

O altă categorie de mesaje terestre care, fără să fie autentic radioactive, sînt supuse descifrării în cadrul conceptual al georadioactivității este reprezentată de compozițiile izotopice ale anumitor elemente care intră în alcătuirea materialelor din crusta terestră (minerale, roci, resturi organice vechi). Elemente cu rol important în această privință sînt, în particular, oxigenul, sulful și carbonul.

Constatări mai vechi — în terminologia adoptată de noi: descifrări de mesaje — au arătat că, pentru asemenea elemente, compoziția izotopică este diferită după natura și originea mineralelor la a căror alcătuire participă ele, adică raporturile dintre cantitățile de izotopi ai aceluiași element variază atît cu mineralul din care este extras cît și, pentru un același mineral, cu zăcămîntul sau formațiunea din care acesta provine. Față de o compoziție izotopică inițială — s-a adoptat drept termen de referință compoziția izotopică a elementelor din meteoriți —, s-au pus astfel în evidență variații care au sugerat existența unor procese de deplasare a echilibrului izotopilor într-un sens sau altul, în funcție de anumite condiții legate de fenomene fizico-chimice sau chiar biologice. Sugestia a devenit, treptat, convingere și astăzi se admit ca fapte bine stabilite numeroase constatări de acest fel. În linii cu totul generale se acceptă în prezent ca sens general al schimbării raportului dintre izotopii aceluiași element cel reprezentat de îmbogățirea în izotopi grei în fenomenele desfășurate în cadru exclusiv anorganic și, invers, de creșterea proporției de izotopi ușori în procesele afectate și de participarea unor factori de ordin biologic.

Desigur, interesante sînt descifrările de mesaje particulare din această categorie. Vom aminti aici, pentru exemplificare, pe cel reprezentat de compoziția izotopică a oxigenului care intră în alcătuirea silicaților din atîtea minerale și în a carbonaților, în particular a carbonatului de calciu, prezent în cochiliile atîtor vietăți de altădată. Cei doi izotopi ai oxigenului, cel obișnuit (de masă atomică 16) și cel mai greu (de masă atomică 18) se găsesc într-un raport care depinde, în mod esențial, de temperatura la care s-au format combinațiile chimice respective. Variația lui, nu atît de mare dar suficientă pentru a fi accesibilă determinării cantitative și ridicată la un grad mai mare de semnificație pe cale statistică, a putut fi folosită pentru a se pune în evidență variații de temperatură medie a apelor marine din care s-au depus anumite formațiuni geologice sau în care au trăit anumite vietăți, studiate astăzi ca fosile. S-a putut stabili, astfel, pe baza variațiilor acestui raport pentru oxigenul din cochiliile a diverși belemniți din Cretacicul Europei de vest, mersul temperaturii medii în decursul unui interval de timp destul de lung — între Albian și Danian —, luîndu-se numeroși indivizi din diverse etaje geologice. Mai mult decît atît: studiindu-se același raport pentru mici porțiuni din cochilia aceluiași individ, dinspre exterior spre interior, s-a putut determina durata vieții lui prin alternanța de temperatură pusă în evidență, corespunzătoare trecerii de la vară la iarnă.

Sînt evidente implicațiile de ordin paleoclimatic ale unor asemenea descifrări de mesaje, cu prelungiri adeseori foarte îndepărtate. Să menționăm numai, în acest context, că astfel de determinări au fost utilizate, pe baza variațiilor de temperatură dintre zi și noapte, pentru a se pune în evidență lungimea zilei în trecutul geologic și a se deduce, din comparația între durata zilei în prezent și durata zilelor din diverse epoci ale trecutului geologic — valorile fiind stabilite pe largi baze statistice —, încetinirea rotației terestre. În felul acesta, duratelor geologice, rezultate din datările făcute cu „ceasurile radioactive” li s-a îmbogățit conținutul cu detalii furnizate de „ceasurile fosile” de tipul celui menționat mai sus.

Ultima categorie de mesaje radioactive ale Pămîntului pe care le mai examinăm este reprezentată de manifestări ale înseși radiațiilor emise în procesele de dezintegrare. Asemenea mesaje pleacă, evident, numai din porțiunile Pămîntului în care există substanțe radioactive și pot fi detectate numai în limitele distanțelor pînă la care radiațiile se pot propaga fără a fi prea puternic absorbite. Din acest punct de vedere este de menționat că absorbția este mai intensă pentru radiațiile corpusculare — mai mult pentru particulele „alfa” și mai puțin pentru particulele „beta” — și mai redusă pentru cele electromagnetice, motiv pentru care radiațiile „gama” s-au și numit „radiații penetrante”, în prospecțiunile radiometrice.

Dubla restricție menționată mai sus, legată de existența surselor radioactive și a unui plafon al absorbției pentru radiațiile emise de ele, limitează considerabil, ca extindere spațială, conținutul informațional al mesajelor autentic radioactive constituite de particulele „alfa” și „beta” și de razele „gama” care rezultă din dezintegrări. Caracterul complementar, față de alte date geofizice, al informațiilor pe care le furnizează descifrarea lor le ridică, totuși, valoarea la un nivel de semnificație deosebită pe plan pur științific și le asigură prelungiri importante pe plan practic.

De altfel, adeseori unele informații din cele două categorii amintite se suprapun. Acesta este, de exemplu, cazul punerii în evidență a unor importante accidente tectonice sau a altor particularități în distribuția spațială a rocilor care alcătuiesc crusta terestră: falii, ondulații ale fundamentului cristalin sub o cuvertură sedimentară nu prea groasă, variații în structura acestui fundament reprezentate de intruziuni cu proprietăți radioactive diferite etc. În particular s-au dovedit utile, în legătură cu detectarea și localizarea faliilor, tehnicile de înregistrare și descifrare a mesajelor radioactive standardizate ca prospecțiuni radiometrice.

Discontinuitățile crustei terestre reprezentate de falii sînt deosebit de importante și pentru descifrarea particularităților structurale ale porțiunilor de suprafață ale Pămîntului și pentru localizarea unor zone de interes economic. Frecvența lor este destul de mare, și o știu nu numai geologii. Într-un aforism intitulat „Pavăză indestructibilă”, Lucian Blaga spune: „Scoarța Pămîntului e compusă în întregime numai din cicatrici” și nu e departe de realitate, nici în privința faptului pe care îl afirmă, nici în privința semnificației pe care i-o atribuie prin titlu.

Cicatrizate sau nu, aceste răni ale Pămîntului au reprezentat și reprezintă căi de acces mai ușor spre suprafață pentru substanțele radioactive, fie în stare gazoasă — emanațiile radioactive, propriu-zis numai cea din familia uraniului, adică radonul —, fie dizolvate și transportate, deci, de soluții. Substanțele radioactive și descendenții lor activi — cei stabili neinteresînd în această împrejurare — se pot și depune pe parcursul urmat între blocurile faliilor. Are, astfel, loc o îmbogățire a emisiunii de radiații, a cărei punere în evidență înseamnă, ipso facto, detectarea și localizarea acestui accident tectonic.

În privința posibilitățiilor de localizare a surselor, se poate sublinia o calitate a acestor mesaje terestre, rezultată — în mod în aparență paradoxal — dintr-un defect al lor, acela că intensitatea radiațiilor scade foarte repede cu distanța, mai repede decît intensitatea cîmpurilor gravific și geomagnetic. Într-adevăr, pe lîngă descreșterea cu pătratul distanței datorită distribuției radiațiilor în jurul sursei pe suprafețe sferice care descresc cu pătratul razei, are loc și o descreștere exponențială cu distanța de la sursă, provocată de absorbția radiațiilor pe parcursul străbătut. În felul acesta, dacă sensibilitatea aparatului folosit este destul de mare pentru ca pragul de detecție să asigure nu numai prinderea maximului semnalului ci și descreșterea acestuia, localizarea sursei radiațiilor se va face cu o precizie remarcabil mai mare decît cea pe baza mesajelor corespunzătoare gravimetrice sau magnetice.

Am mai putea aminti, în legătură cu aplicațiile de ordin practic ale descifrărilor de mesaje radioactive terestre, două potențialități ale lor, frecvent transformate în realități: descoperirea și conturarea zăcămintelor de minereuri radioactive și cooperarea la aceleași operații pentru zăcămintele de hidrocarburi. Privitor la ultimul punct, este bine să subliniem că posibilitatea corespunzătoare este legată de afinitatea pentru emanațiile radioactive pe care o au în general substanțele organice și în particular hidrocarburile, ceea ce duce la o accentuare a proprietăților lor radioactive. Pentru petrol lucrul a fost pus în evidență, încă din primul deceniu al secolului nostru, deci chiar de la începuturile radioactivității, de un pionier român în acest domeniu, Dragomir Hurmuzescu.

Considerate din punctul de vedere general al contribuției lor la cunoașterea și înțelegerea vieții Pămîntului, mesajele radioactive terestre se pot caracteriza prin bogatul lor conținut informațional cu privire la trecutul îndepărtat al Pămîntului dar și printr-o foarte restrînsă extindere spațială a domeniului de investigație. Deși o autentică comparație nu se poate face între entități atît de diferite ca timpul și spațiul, oricine se gîndește mai profund la semnificația aportului gnoseologic al georadioactivității nu se poate împiedica de a constata disproporția flagrantă dintre lungimea intervalelor de timp asupra cărora se extinde puterea de investigație a metodelor ei și scurtimea distanțelor spațiale accesibile cercetărilor de această natură.

Venind din adîncul trecutului geologic, mesajele radioactive terestre furnizează, ca rezultat al descifrării lor, vîrsta absolută a Pămîntului și vîrstele absolute ale diverselor formațiuni geologice, date cantitative din care se deduc și duratele diverselor ere și perioade geologice. Informații cu caracter mai de detaliu se obțin din descifrarea mesajelor reprezentate de compozițiile izotopice ale unor elemente din minerale și roci și — într-un cadru conceptual puțin diferit — din resturile unor viețuitoare din trecutul îndepărtat, cu privire la condițiile din epoca formării, respectiv din timpul vieții lor.

Emise, în prezent, din anumite porțiuni ale Pămîntului, ca cele unde se găsesc zăcăminte de minereuri de uraniu sau ca locurile de îmbogățire în surse radioactive, cum sînt faliile și zăcămintele de petrol, radiațiile rezultate din dezintegrări constituie și ele mesaje elocvente. Fără a putea ajunge prea departe de sursele lor — datorită absorbției în mediul de propagare — ele nu sînt de neglijat în rolul lor de purtătoare ale unor informații valorificabile și pe plan științfic si în direcții practice-economice. În felul acesta, mesajele radioactive ale Pămîntului se înscriu printre mesajele geofizice de semnificație deosebită. Ceea ce scoate și mai mult în relief valoarea informativă a rezultatelor la care conduce descifrarea lor este caracterul complementar al datelor radioactive față de alte indicații geofizice, fără a mai vorbi de posibilitățile largi de a se obține informații cantitative cu privire la trecutul planetei noastre.