5. CĂLDURA PĂMÎNTULUI

„Istoria Pămîntului este o istorie a căldurii. De-a lungul întregii istorii terestre, mari cantități de energie au fost încontinuu cheltuite în formarea munților, în vulcanism și în alte activități care au generat continentele, oceanele și atmosfera. Exceptînd acțiunile agenților de la suprafață, alimentate de căldura Soarelui, energia vine din interiorul Pămîntului și trebuie să fi fost cîndva sub forma de căldură.”

PATRICK M. HURLEY

„Globul pămîntesc văzut din interior îți dă un alt fior decît văzut din exterior... Sub pămînt e altfel Pămîntul. E mai îndesat, mai adevărat. Parcă cel de afară e numai fumul și putregaiul, aici e focul și jeregaiul.”

MARIN SORESCU

Identificabile direct numai sub formele lor mai particulare și mai intense, care sînt sporadice ca distribuție geografică și intermitente ca evoluție în timp, manifestările căldurii Pămîntului sînt, totuși, omniprezente și continue. Fenomene geotermice spectaculoase, cum sînt erupțiile vulcanice sau geyserii, ori chiar mai puțin impresionante, ca, de exemplu, izvoarele termale sau fumarolele, apar în relativ puține locuri și chiar acolo ele prezintă discontinuități în desfășurarea lor. La o cercetare mai de aproape și cu mijloace adecvate se poate face, însă, imediat, constatarea că manifestări calorice terestre au loc peste tot și fără întrerupere.

Ubicitatea și perenitatea fenomenelor geotermice sînt puse în evidență, în modul cel mai clar, de creșterea cu adîncimea a temperaturii în interiorul Pămîntului, sub porțiunea superficială, de grosime redusă, afectată de variațiile sezonale ale climei și de circulația apelor subterane. Prezent oriunde, în orice regiune a Globului, fenomenul implică o continuă scurgere de căldură, în sens invers, spre suprafața planetei noastre, de unde căldura este radiată în exterior, în spațiul cosmic. Acest „flux geotermic” constituie principalul mesaj caloric al Pămîntului, a cărui detectare, cu reliefarea caracteristicilor planetare ca și a particularităților mai mult sau mai puțin regionale, este în curs de efectuare dar a cărui descifrare este abia la început.

Problemele legate de fenomenele geotermice sînt numeroase și variate. Într-o primă categorie se înscriu cele care privesc bilanțul termic al Pămîntului, procesele de activ și de pasiv în evoluția energiei care intervine sub formă de căldură în viața planetei noastre. O a doua categorie de probleme este reprezentată de cele ce se pun în legătură cu însuși fluxul geotermic, deja menționat ca important mesaj fizic terestru. Subordonate acestor două categorii de probleme geotermice majore sînt o serie de probleme nu mai puțin importante dar a căror pondere se împarte între geotermia propriu-zisă și alte domenii științifice, unele chiar în afara geoștiințelor, sau care au luat formele predominant tehnice ale aplicațiilor.

Am putea aminti ca astfel de probleme pe aceea a mecanismului de propagare a energiei termice în interiorul Globului — cu importante prelungiri în fizică —, pe aceea a transformărilor ei în energia mecanică responsabilă de activitatea tectonică, pe aceea a manifestărilor locale de eliberare a ei și, încheind lista, fără a o epuiza, pe aceea a teledetecției în infraroșu. Aceste două probleme de pe urmă excelează sub aspectul lor de aplicații practice.

Se înțelege că, fiindu-i imposibil să le abordeze, necum să le trateze, pe toate, expunerea din acest mic capitol se va limita la a le prezenta — și numai în linii generale — pe cele două mai importante: bilanțul geotermic și, în particular, fluxul geotermic. Accentul va cădea pe acesta de pe urmă, în acord cu ponderea mai mare care-i revine în preocupările noastre, prin caracterul său de mesaj al Pămîntului. Cîteva referiri fugare vor fi făcute, totuși, și la alte probleme conexe, chiar și la unele care, minore la scară planetară, sînt de o importanță practică deosebită și nu sînt nici lipsite, în ansamblu, de potențialități de mesaje terestre.

Pe lîngă baza cantitativă construită și consolidată tot mai mult cu ajutorul datelor rezultate din măsurători, problema bilanțului geotermic prezintă astăzi două importante elemente noi față de ceea ce era ea pentru știința secolului trecut. Pe planul faptelor este vorba de luarea în considerare a importantei surse de căldură reprezentată de dezintegrările radioactive iar în domeniul cadrului conceptual, încă preponderent speculativ, de înlocuirea ipotezei cosmogonice a stării inițiale incandescente a Pămîntului prin aceea a formării lui ca aglomerare de pulberi și protocorpuri cosmice reci. Aceste două elemente nu sînt fără legătură între ele.

În acord cu vechea concepție cosmogonică a desprinderii Pămîntului din Soare, în stare incandescentă, se considera, în secolul trecut, că fluxul continuu de căldură care asigură iradierea permanentă de energie termică în spațiul interplanetar este rezultatul exclusiv al răcirii treptate a corpului fierbinte pe care-l reprezenta Pămîntul în starea lui inițială. Pe această bază a efectuat Lordul Kelvin calculele menționate în capitolul precedent, după ale căror rezultate Pămîntul ar fi trebuit să aibă doar o vîrstă de ordinul de mărime al zecilor de milioane de ani.

După descoperirea radioactivității și, în particular, după punerea în evidență a degajării de căldură care însoțește toate dezintegrările radioactive, s-a recunoscut posibilitatea de a identifica în aceste procese sursa de căldură internă în stare să explice fluxul geotermic, fără a mai fi nevoie să se apeleze la ipoteza stării inițiale incandescente a Pămîntului. În felul acesta, s-a pregătit calea pentru apariția concepțiilor cosmogonice moderne, după care, în esență, planeta noastră s-a format ca un corp la început rece. Acceptatrea unei asemenea vederi implică, evident, necesitatea de a se explica și mecanismul fizic care a dus la temperaturile ridicate existente astăzi în interiorul Globului, pe lîngă modalitatea de menținere a fluxului geotermic actual.

Din calculele care se pot face în cadrul unor ipoteze simplificatoare dar folosind relații compatibile cu realitatea și date numerice furnizate de observații, rezultă că pentru ridicarea temperaturii în interiorul Pămîntului este nevoie de o cantitate de căldură sensibil mai mare decît cea corespunzătoare fluxului geotermic curent.

Formulată în termeni expliciți, problema bilanțului termic al Pămîntului constă, astfel, în stabilirea surselor de energie capabile să asigure în prezent înlocuirea continuă a căldurii pierdute în spațiul cosmic și furnizarea aceleia utilizate pentru realizarea în trecut a temperaturilor ridicate din interiorul lui. De asemenea, în cadrul problemei bilanțului geotermic nu pot fi neglijate nici alte procese care consumă energie, cum sînt cele care se manifestă, direct sau indirect, în activitatea tectonică.

Vom trece, acum, în revistă sursele de căldură care pot figura în mod semnificativ în bugetul termic al Pămîntului, menționînd și pe acelea care au fost active, probabil, în trecut, în perioada formării planetei noastre, cu rolul important de a-i ridica temperatura internă. Accentul expunerii, care nu va putea merge pînă la detalii, va cădea, totuși, pe discutarea proceselor actuale, cărora le revine rolul important al menținerii fluxului geotermic. De altfel, tocmai pentru a servi drept cadru pentru conturarea acestei noțiuni examinăm și problema bilanțului termic al Pămîntului, căci, din punctul de vedere pe care-l urmărim noi, fluxul geotermic este, la ora actuală, autenticul mesaj caloric al planetei noastre și de la fidela detectare și corecta descifrare a lui se așteaptă lămurirea multor probleme geodinamice.

Este în afară de orice îndoială că principala sursă de căldură, permanent activă, a Pămîntului este constituită de ansamblul proceselor de dezintegrare radioactivă. Elementele radioactive care au avut o contribuție însemnată la producerea căldurii terestre de-a lungul întregii vieți a Pămîntului și o au și în prezent sînt relativ puține: doi izotopi ai uraniului (capul familiei uraniului și capul familiei actiniului), apoi toriul și izotopul radioactiv al potasiului.

Toate aceste patru elemente sînt larg răspîndite în roci și au vieți medii de ordinul de mărime al vîrstei Pămîntului așa încît, active în tot trecutul acestuia, ele se mai găsesc în cantități suficient de mari pentru a constitui și la ora actuală surse importante de căldură. Calculele făcute, admițîndu-se în întreaga masă a Pămîntului o abundență a lor comparabilă cu aceea din meteoriți, arată că, prin contribuția căldurii degajate de aceste elemente radioactive naturale, s-ar putea echilibra perfect bilanțul geotermic actual. Întrucît, însă, obiecții serioase de ordin geofizic și geochimic se ridică împotriva unui asemenea „model meteoritic” rudimentar al Pămîntului, rezultatele acestea trebuie acceptate numai ca o indicație de ordin de mărime a plauzibilității concepției după care partea principală a fluxului geotermic din trecut și de azi poate fi atribuită dezintegrării izotopilor radioactivi cu viață lungă.

În ceea ce privește izotopii radioactivi cu viață scurtă — în vedere ar putea veni cei ai fierului, clorului și aluminiului —, ei au putut avea un rol important în perioada formării Pămîntului (căci în prezent ei s-au stins), anume în intervalul de timp de circa 5 pînă la 10 milioane de ani care a urmat sintezei nucleelor atomice ale elementelor din sistemul solar primitiv. În particular aluminiul radioactiv a putut contribui în mod esențial la ridicarea temperaturii interne a Globului, cu condiția ca formarea acestuia să nu fi durat mai mult de 20 de milioane de ani.

În perioada de formare a Pămîntului au mai putut avea contribuții la ridicarea temperaturii lui interne și alte fenomene, de exemplu căderea de corpuri protoplanetare pe Pămîntul primitiv, în curs de creștere, urmată de transformarea energiei lor cinetice în căldură, sau degajarea de căldură datorită continuei comprimări adiabatice. De asemenea a fost desigur activă și conversiunea în căldură a energiei gravitaționale eliberate prin diferențierea materialului mai mult sau mai puțin omogen care constituia Pămîntul primitiv. Această diferențiere a dus la formarea nucleului terestru de mare densitate și cu temperaturi ridicate pe care George Călinescu l-a numit

„... sîmburele de nestemate
Și flăcări îmbălsămate
Cu care metalele ard
De ani un miliard”.

Desigur, o cantitate mai mică de căldură, totuși semnificativă, a trebuit să apară și în urma separării crustei terestre de manta.

Un alt fenomen în stare să genereze căldură în interiorul Pămîntului este încetinirea rotației lui, în urma interacțiunii cu Luna și, într-o măsură mai redusă, cu Soarele, cu manifestări în fenomenul mareelor terestre și oceanice. Încercările de evaluare cantitativă a căldurii produse pe această cale se lovesc de o mare dificultate în legătură cu distribuția acțiunii de frînare a rotației terestre între mareele hidrosferei și acelea ale Pămîntului „solid” (contribuția maselor atmosferice este neglijabilă în această privință). Primele ar putea contribui doar la o încălzire superficială, numai mareele „terestre” — afectînd nu numai crusta ci și mantaua — ar putea avea efecte adînci. Oricum, în prezent fenomenul poate contribui, în ansamblu, cu o mică fracțiune din căldura necesară menținerii fluxului geotermic dar în trecut el a putut juca un rol cu mult mai important la generarea căldurii terestre.

Lista surselor de căldură care iau parte la determinarea bilanțului geotermic merită să fie completată cu cîteva surse care, minore prin contribuția lor relativă, prezintă interes prin adăugarea unor fațete deosebite pentru aspectul complex al ansamblului. Ca asemenea surse geotermice secundare pot fi menționate unele tranziții de fază din interiorul Globului, în particular în zonele de discontinuități, sau cristalizările și reacțiunile chimice exoterme.

O contribuție majoră la activul bilanțului geotermic are, evident, radiația solară, care afectează, însă, numai părțile superficiale ale Pămîntului. Importanța căldurii furnizate de Soare este, totuși, mare, atît prin valoarea ei absolută cît și prin participarea ei la fenomenele cele mai variate de la suprafața planetei noastre.

Trebuie accentuat, la încheierea acestei enumerări, că, prezentînd încă destule fațete puțin clare, legate mai ales de anumite elemente ipotetice privind formarea Pămîntului, problema bilanțului geotermic a primit, totuși, în ultimul deceniu, o formă consistentă și o fundamentare cantitativă, în continuă ameliorare, care îi asigură tot mai mult perspectivele unei rezolvări satisfăcătoare. Dacă am forța puțin lucrurile și am considera cu orice preț și bilanțul termic al Pămîntului ca un mesaj fizic al lui, am putea spune că detectarea acestui mesaj prin prinderea cvazicantitativă a elementelor lui se face deja în condiții acceptabile. Ceea ce lasă încă de dorit este, bineînțeles, descifrarea lui.

Studiul cantitativ al fenomenelor geotermice a început cu determinări de temperatură. Faptul cunoscut de multă vreme că, abstracție făcînd de o mică porțiune din crusta terestră, afectată de condițiile de suprafață, temperatura crește cu adîncimea, și observația ulterioară că rapiditatea acestei creșteri diferă de la o regiune la alta au condus la definirea noțiunii de treaptă geotermică, respectiv a inversului ei, gradientul geotermic. Această mărime de pe urmă, definită ca variația de temperatură cu adîncimea, raportată la distanța dintre punctele între care este constatată ea, evaluată, practic, în grade pe kilometru, s-a dovedit utilă pentru cercetările geotermice efectuate la scări regionale (după cum determinările de temperatură au dat și dau satisfacție în cadrul unor investigații locale).

Pentru cercetările geotermice la scară planetară s-a impus, însă, o noțiune ceva mai complexă și cu un conținut fizic mai bogat, aceea de flux geotermic. Termenul, pe care l-am folosit deja, sugerează el însuși sensul fizic pe care-l are. Cantitativ, fluxul geotermic este definit ca fiind cantitatea de căldură care străbate în unitatea de timp unitatea de suprafață normală pe direcția de gradient maxim; ca atare el este măsurat în calorii pe secundă și pe centimetru patrat. O demonstrație simplă arată că această mărime este reprezentată, în mod echivalent, de produsul dintre gradientul geotermic și conductibilitatea termică, ceea ce indică și calea determinării ei: se măsoară „in situ” gradientul geotermic și în laborator conductibilitatea termică a rocii care constituie formațiunea geologică din zona determinării.

Atît măsurătorile de teren ale gradientului geotermic, cît și cele de laborator ale conductibilității termice trebuie efectuate cu o foarte mare precizie, și cu o grijă deosebită pentru înlăturarea intervenției tuturor agenților perturbanți. Numai așa precizia finală cu care se va cunoaște fluxul geotermic, cantitate relativ mică în valoare absolută, va putea asigura detectarea unor eventuale variații cărora să li se atribuie pertinent o semnificație geofizică.

Nu putem intra aici în detalii privind determinările dar, pentru a ilustra cît de departe trebuie împinsă preocuparea de a evita influențe parazite, menționăm numai că, în regiunile în care au existat glaciațiuni în Pleistocen, măsurătorile de gradient geotermic trebuie făcute la adîncimi de circa 200 de metri, unde nu mai sînt de temut efectele reziduale ale acelor glaciațiuni, de mult trecute, care se pot face simțite în porțiunile crustei terestre situate mai aproape de suprafață. Pe de altă parte, extragerea probei de rocă, pentru care urmează să se facă determinarea de conductibilitate termică, implică măsuri speciale de precauție.

Operația este comparativ mai simplă în cazul măsurătorilor în zone oceanice, unde o tijă de pînă la 2 metri este scufundată vertical în sedimentele relativ mai de pe fund și gradientul este măsurat între doi sau mai mulți termistori fixați pe tijă iar proba destinată determinărilor de conductibiliitate este extrasă de însăși tija aceasta, prevăzută cu un recipient special pentru colectarea sedimentelor din chiar locul măsurătorii de gradient geotermic.

Fără a fi complet mulțumitor, ansamblul determinărilor existente de flux geotermic se prezintă relativ bine. O lucrare de sinteză din anul 1965 a omologat ca sigure 1150 de determinări de flux geotermic pentru întregul Glob terestru, dintre care, însă, numai 11% erau efectuate pentru zone continentale (și acestea nu prea bine distribuite). În anul 1970, numărul determinărilor de flux geotermic cu pretenții de semnificație la scară planetară se ridicase la aproximativ 3000.

Din determinările făcute pînă acum se desprind două rezultate însemnate, cu privire la acest mesaj fizic al Pămîntului. Primul este constituit de faptul că, independent de valoarea temperaturilor măsurate și chiar de valoarea gradienților — primele cu pronunțat caracter informativ local, cei de pe urmă semnificativi la scară regională —, fluxul geotermic este practic aproape același în orice punct de pe Glob. Remarcabil este, în particular, faptul că nu s-a pus în evidență, contrar tuturor așteptărilor, nici o deosebire sistematică între valorile fluxului geotermic pentru regiunile continentale și pentru cele oceanice. Al doilea rezultat important este valoarea numerică a fluxului geotermic.

Media determinărilor, reprezentativă la scară planetară, are o valoare numerică pe care o indicăm aici, dată fiind importanța deosebită a acestei mărimi: 1,5 microcalorii pe secundă și pe centimetru pătrat. Față de această valoare medie planetară, constituind chiar ea cel mai important mesaj termic al Pămîntului, variațiile regionale pot fi uneori destul de mari și cu distribuții statistice întrucîtva diferite pentru oceane și pentru continente, prezentînd pentru fiecare categorie în parte corelații evidente cu subdiviziunile geologice majore; în particular se manifestă tendința de creștere a fluxului geotermic în zonele orogenice tinere. Media pentru toate determinările „oceanice” rămîne, în continuare, aceeași cu media determinărilor „continentale”.

Valoarea medie, indicată mai sus, a fluxului geotermic conduce la o valoare a pierderii totale de căldură a Pămîntului, prin conducție, de circa 2,4 ∙ 1020 calorii pe an. Această cantitate de căldură este de circa patru sute de ori mai mare decît cea pierdută prin activitatea vulcanică de pe întregul Glob. Iată, deci, pe baza acestor două rezultate, sintetizate în valoarea numerică unică, o primă descifrare a principalului mesaj termic al Pămîntului: cea mai mare parte din căldura pe care planeta noastră o pierde prin iradierea în spațiul cosmic vine din adîncimi, căci este aceeași pentru orice punct de pe Pămînt, și ajunge la suprafața terestră prin mecanismul conducției termice, comandat de gradientul geotermic, pe cînd transportul vulcanic de căldură are o contribuție cu totul minoră.

Conținutul informațional al mesajului fizic terestru reprezentat de fluxul geotermic este chiar mai bogat. Cvasiegalitatea valorilor lui medii, luate separat pentru zonele continentale și pentru cele oceanice, a produs schimbări fundamentale în ideile privitoare la distribuția spațială a surselor căldurii interne a Pămîntului. Rocile care alcătuiesc crusta continentală cuprind în special granite și granodiorite, cu un conținut de substanțe radioactive dintre cele mai ridicate printre rocile comune. Pe de altă parte, grosimea crustei continentale este mare față de a celei oceanice (circa 35 de kilometri, față de aproximativ 5 pînă la 6 kilometri). A fost, astfel, într-adevăr o surpriză să se găsească pentru fluxul geotermic o valoare medie „oceanică” practic egală cu cea „continentală”, cînd se aștepta o valoare de circa patru-cinci ori mai mare pentru aceasta de pe urmă.

Interpretarea acestui fapt — un mesaj special, conținut în acela general al fluxului geotermic — nu este încă complet elaborată dar vechile vederi trebuie, evident, schimbate fundamental. Cadrul în care urmează să se facă revizuirea lor pare a fi determinat, în linii mari, de părerea că, pentru suprafețe de ordinul de mărime al sutelor de kilometri pătrați, cantitatea totală de substanțe radioactive este peste tot aproape aceeași, distribuția ei radială fiind, totuși, diferită sub continente față de cea sub oceane: o concentrare mai mare de substanțe radioactive spre suprafață ar corespunde zonelor continentale, pe cînd în zonele oceanice aceeași cantitate totală ar fi distribuită pînă la adîncimi mai mari.

În legătură cu influențele provocate în valorile fluxului geotermic de deplasările de mase fierbinți — magme, ape termale, vapori și gaze la temperaturi ridicate — se pot semnala tendințe locale evidente, atît în zonele continentale cît și în cele oceanice. Asemenea efecte se manifestă, în particular, în zona circumpacifică și în a dorsalelor medio-oceanice. Variația rapidă a acestor efecte cu distanța demonstrează, în mod convingător, caracterul local și superficial al surselor lor.

Încercări de corelare a variațiilor regionale ale fluxului geotermic cu alte particularități geofizice ale zonelor în care ele apar s-au făcut dar încă nu au dus la rezultate sigure. În această categorie intră paralelizările valorilor fluxului geotermic cu ondulațiile geoidului, cu seismicitatea și cu mișcările crustale recente. Există unele indicații că, de exemplu, o coborîre a geoidului ar corespunde unei creșteri regionale a fluxului geotermic dar corelările sînt prea slabe pentru a fi convingătoare. Perspectivele de continuare a descifrării mesajelor geotermice sînt promițătoare și în această direcție.

O problemă interesantă, legată de descifrarea mesajului fizic constituit de fluxul geotermic și cu implicații nu numai pentru geodinamică ci chiar pentru fizică, este aceea a mecanismului care, independent de natura surselor de căldură, asigură menținerea acestui flux. În cele ce preced, noi am utilizat deja, pentru a desemna acest mecanism, termenul de conducție termică. Noțiunea care-i corespunde în cadrul uriaș al fenomenelor terestre nu este, însă, atît de simplă ca în condițiile controlabile și simplificate ale laboratorului.

Plecînd de la fapte de observație, vom constata că, dacă luăm valoarea medie de 1,5 microcalorii pe secundă și pe centimetru pătrat pentru fluxul geotermic și o valoare medie reprezentativă a conductibilității termice a rocilor de 6 milicalorii pe centimetru, pe secundă și pe grad, rezultă un gradient geotermic de 25° pe kilometru (adică o valoare a treptei geotermice de 40 metri pentru un grad). Dacă am extrapola valabilitatea acestei valori pînă la o adîncime de numai 100 de kilometri, temperatura ar trebui să fie acolo de 2500°, ceea ce ar implica topirea completă a materialului prezent în zona respectivă. Pe de altă parte, temperatura compatibilă cu existența de magme bazaltice ar trebui să atingă local 1200° la adîncimea de 60 de kilometri. Rezultă de aici că gradientul geotermic trebuie să descrească cu adîncimea cu un factor de aproximativ 10, înainte de a se atinge adîncimea de 100 de kilometri. Aceasta s-ar putea realiza fie printr-o concentrare a surselor de căldură — în speță substanțele radioactive — în apropierea suprafeței Pămîntului, fie printr-un mecanism de propagare a căldurii mai activ decît conducția termică normală (ori printr-o intervenție comună a celor două modalități de realizare a condițiilor la limită impuse de observații).

O examinare mai detaliată a situației, în special sub oceane, arată că cea de-a doua posibilitate principială trebuie să fie în orice caz admisă, cel puțin ca intervenție cu pondere mai mare, chiar dacă nu exclusivă. În mod firesc se pune atunci întrebarea: Care este mecanismul, mai eficace decît simpla conducție, care asigură transferul de căldură din interiorul Pămîntului spre suprafață? Curenții de convecție, care principial ar putea veni în vedere, nu satisfac condiția de ordin de mărime, la vitezele pe care le-ar putea avea în interiorul mantalei terestre, așa că soluția s-a căutat în imaginarea unor procese asigurînd un mecanism de propagare a căldurii echivalent, formal, cu o creștere a conductibilității termice. În felul acesta s-a ajuns la ideea unei conductibilități „radiative” sau „fotonice” și a unei conductibilități „excitonice”, care s-ar adăuga în adîncime conductibilității „fononice”, obișnuită în roci în condițiile din apropierea suprafeței terestre.

Într-adevăr, în apropierea suprafeței Pămîntului, căldura este transmisă în roci prin vibrații — de aici termenul de „fonon” — ale rețelelor cristaline, adică prin interacțiuni ale atomilor vecini, aranjați în cristalele mineralelor componente. Această componentă fononică a conductibilității, singură prezentă în condițiile de suprafață, este influențată de variațiile de temperatură și de presiune care intervin în adîncime, pentru ca la temperaturi de ordinul a 200°-300° să i se adauge, în special pentru diverși silicați, un mecanism suplimentar: transferul de căldură prin radiație de la un atom la altul, componenta radiativă a conducției. La temperaturi și mai ridicate devine important un mecanism de transfer de energie cu totul diferit, care a fost desemnat prin termenul de conducție prin excitoni, întrucît implică propagarea stărilor excitate ale atomilor.

Se ajunge, așadar, la imaginea complexă a unei conductibilități termice cu trei componente care ar interveni în proporții variabile cu temperatura: mai întîi componenta fononică, existentă la toate temperaturile (forma clasică a conducției), apoi componenta fotonică și cea excitonică, ambele importante la temperaturi mai ridicate din mantaua terestră, pînă la adîncimi de circa 1500 de kilometri; dincolo de aceste adîncimi componenta radiativă ar începe să scadă, pe cînd celelalte continuă, amîndouă, să crească.

Fără îndoială că distribuția elementelor radioactive cu adîncimea trebuie luată și ea în considerare în încercările de descifrare de mesaje legate de fluxul geotermic și implicațiile lui. Generarea de căldură prin dezintegrări radioactive este atît de intensă, pentru concentrațiile de substanțe radioactive constatate efectiv în roci, că duce la cantități de căldură suficiente pentru a explica în întregime fluxul geotermic chiar dacă degajarea ar avea loc numai în porțiunile foarte superficiale ale Pămîntului.

Se pune și în această privință, deci, problema variației cu adîncimea a concentrației de elemente radioactive. Din păcate, nu vom putea intra nici aici în amănunte dar vom discuta, totuși, pe scurt, un aspect al problemei bilanțului geotermic care apare în legătură cu această implicație a descifrării mesajului Pămîntului reprezentat de fluxul geotermic. Este vorba de caracterul deficitar sau excedentar al acestui bilanț — dacă se consideră că despre un echilibru perfect este greu să se vorbească —, lucru pe care nu l-am discutat în contextul strict al bilanțului termic al Pămîntului, căci are prelungiri importante peste limitele acestei probleme.

În principiu sînt date ambele posibilități și ele au și fost discutate, nu numai în termeni restrîns științifici dar chiar sub aspecte larg filozofice. După o predominare a concepției unei continue răciri a Pămîntului, care s-ar fi găsit la început în stare incandescentă, concepție care oferea vieții de pe el perspectiva unei morți prin frig, s-a trecut de cealaltă parte. În urma descoperirii continuei generări de căldură prin dezintegrările radioactive, s-a admis concepția unei lente încălziri, cu promisiunea unei morți prin căldură. Trebuie subliniat că, în ambele cazuri, evoluția este extrem de lentă așa că pînă la dispariția vieții de pe Pămînt — prin frig sau căldură, excluzînd intervenția unei cauze antropogene — ar fi, în orice caz, încă foarte mult timp.

Este interesant de examinat și o concepție intermediară care, admițînd o alternanță ciclică a celor două evoluții, la foarte lungi intervale de timp, imaginează următorul mecanism: Dacă la un moment dat bilanțul geotermic ar fi excedentar, adică dacă Pămîntul s-ar găsi într-o perioadă de încălzire — cum se consideră că ar fi în prezent —, o parte importantă a interiorului lui fiind în stare solidă, degajarea continuă de căldură ar putea duce la o fluidizare treptată a acestei părți (căci conducția n-ar fi în stare, chiar cu adăugarea componentelor suplimentare care au fost menționate mai sus, să asigure transferul spre exterior al întregii cantități de căldură degajate). Această fluidizare ar favoriza apariția curenților de convecție din ce în ce mai activi. Transferul masiv de căldură spre exterior, asigurat de conducția mărită prin ridicarea temperaturii și de convecția adăugată în urma fluidizării, ar face ca Pămîntul să treacă într-o perioadă de răcire, căldura transportată la suprafață și iradiată în spațiu fiind mai mare decît cea generată, adică bilanțul geotermic devenind deficitar. Răcirea ar implica, însă, mărirea vîscozității interiorului fluid și, deci, încetinirea treptată a convecției, pînă la suprimarea ei prin solidificarea mediului în care se desfășura. Ciclul ar fi, astfel, închis și ar putea reîncepe.

Lucrurile ar putea fi mult mai complicate decît arată această schemă suprasimplificată. Printre altele ar interveni în bilanțul geotermic, alternativ excedentar și deficitar, și cantitățile de căldură asociate proceselor de fluidizare și solidificare imaginate pentru asigurarea mecanismului alternării. Această concepție, sugerată de problemele interdependente ale bilanțului și fluxului geotermic și oferind interesante perspective de explicare a multor fenomene din complexul geodinamic, nu prezintă, însă, deocamdată, consistența intrinsecă a unui sistem perfect coerent și nici încadrarea faptică pe deplin satisfăcătoare care să-i asigure acceptarea unanimă. Acest lucru este cu atît mai semnificativ cu cît ea nu este de dată recentă, a fost numai reactualizată și completată cu elemente noi de unele implicații în direcția ei ale vederilor actuale cu privire la dinamica interiorului Globului.

Să mai amintim, pentru a încheia cu această categorie de probleme, că existența curenților de convecție din mantaua terestră a fost postulată, din considerente geodinamice, de multă vreme. Chiar dacă acestor curenți, reprezentînd deplasări lente ale materialului mantalei terestre, nu le revine un rol important în transferul de căldură din interiorul spre exteriorul Pămîntului, datorită vitezei lor foarte reduse, le rămîne marea responsabilitate de a contribui la asigurarea mecanismului tectonicii globale în imaginea ei actuală de „tectonică a plăcilor”, cum vom vedea în ultimul capitol al acestei scrieri. Compatibilitatea dintre existența lor și condițiile din interiorul Pămîntului este subliniată, cum am văzut cînd am discutat mesajele gravitaționale terestre, și de unele considerente legate de turtirea Pămîntului, în stare să furnizeze indicații asupra vîscozității maselor din interiorul Globului. Rezervele formulate mai sus, în legătură cu concepția alternanței perioadelor de excedent și de deficit al bilanțului geotermic în evoluția planetei noastre, nu vizează direct existența curenților de convecție.

Să amintim acum, pe scurt, și aspectele geotermice ale problemei de mare actualitate a teledetecției, cu foarte importante perspective de dezvoltare și chiar cu remarcabile performanțe înscrise deja la activul ei. (Nu mai departe decît în februarie 1974, a doua zi după revenirea pe Pămînt a misiunii Skylab 3, se anunța descoperirea sigură, prin tehnicile detecției în infraroșu, a unor zone termale de interes economic în Florida și probabilitatea existenței unor resurse energetice importante — zăcăminte de petrol — în alte zone.)

Cum se știe, se desemnează prin termenul de teledetecție un ansamblu de tehnici, aplicate cu ajutorul avioanelor, baloanelor stratosferice, rachetelor și sateliților, prin care se conturează o porțiune a suprafeței terestre sau un obiect de dimensiuni mai mari de pe ea (sau chiar de sub ea, dar situat nu prea adînc), care prezintă deosebiri, dintr-un anumit punct de vedere, față de mediul înconjurător. Realizată sub forme extrem de variate, teledetecția este, în fond, o fotografie aeriană, de la foarte mari altitudini, în general, folosind radiațiile dintr-un anumit domeniu de lungimi de undă, pentru care atmosfera este transparentă.

Această condiție este satisfăcută nu numai de domeniul vizibil și de un spectru relativ larg de microunde ci și de infraroșul situat între ele și reprezentat de radiațiile calorice. Deși vaporii de apă și bioxidul de carbon intervin supărător, prin absorbții puternice ale acestor radiații, într-o anumită bandă de lungimi de undă, rămîn încă largi domenii ale spectrului infraroșu, spre vizibil ca și spre microunde, disponibile pentru scopurile teledetecției. Aceasta utilizează atît radiațiile infraroșii care vin în mod natural, ca generate de Pămînt sau ca radiații solare reflectate de suprafața terestră (teledetecția „pasivă”) cît și radiații controlate de observator, emise dintr-un dispozitiv care zboară cu el, și reflectate de Pămînt (teledetecția „activă”).

Foarte amănunțit elaborată ca tehnică fotografică în infraroșu, asociată cu dispozitive radar cu examinare laterală și, foarte recent, chiar cu laseri speciali pentru infraroșu, teledetecția este lipsită de avantajul examinării stereoscopice. În schimb ea a fost adaptată și determinărilor cantitative, prin calibrarea dispozitivului de observație cu un corp negru intern și prin asocierea cu termometre radiative. Determinările de temperatură a solului, efectuate astfel din aer, sînt în bun acord cu cele făcute la suprafața Pămîntului, valorile obținute fiind reprezentative, ca valori medii, pentru o suprafață mai mare dar pentru un strat foarte superficial, pe cînd valorile măsurate la sol corespund unei suprafețe mai mici însă și proprietăților termice ale unei porțiuni de teren de grosime supusă controlului.

Dat fiind că teledetecția în infraroșu este comandată în fond de temperaturile de la suprafața Pămîntului, o problemă de prim ordin a ei este alegerea celui mai potrivit timp pentru efectuarea înregistrărilor. Rezultatele obținute pe baza punerii în evidență a contrastelor de temperatură sînt cu totul remarcabile: cartări geologice, descoperiri și extinderi de zăcăminte de minereuri, localizări de structuri potențial petrolifere, indicații de ordin structural (falii, cute, anticlinale, domuri), conturări de zone termale, informații asupra compactității solurilor ca și asupra stabilității terenurilor în pantă. Optimiștii vorbesc chiar de performanțe în supravegherea și prevederea activității vulcanice ca și în studiul seismicității și în prevederea cutremurelor de pămînt.

Constituind — alături de prospecțiunile geotermice — importante prelungiri pe plan aplicativ ale cercetărilor privind fenomenele legate de căldura Pămîntului, tehnicile teledetecției în infraroșu, un domeniu particular dar dintre cele mai dezvoltate ale teledetecției în general, reprezintă simultan o detectare și o descifrare de mesaj fizic al Pămîntului. Situată deocamdată preponderent în planul calitativului, perspectivele ei de trecere spre cantitativ au fost deja deschise. Asocierea sistemelor pasive și active, adică a detectării și descifrării de mesaje termice naturale și provocate, promite dezvoltări ale teledetecției în infraroșu care, solicitate în primul rînd de necesități economice, ar putea să se prelungească și în domeniul propriu-zis al cercetărilor geotermice. Nu sînt, astfel, excluse contribuții de valoare cel puțin în extinderea rapidă și în ameliorarea cunoașterii distribuției temperaturilor de suprafață și a dependenței lor de condițiile locale.

Din expunerea care precedă, se desprind, fără îndoială, cel puțin două lucruri: interesul domeniului — deși prezentat doar în linii de schiță — și caracterul lui de vie efervescență, sub dubla acțiune a acestui interes și a invitației la speculații, care rezultă din incompleta determinare metrologică și conceptuală a problemelor lui. Apoi, chiar dacă problemele geotermice se pun azi și aici, ele își au începutul foarte departe în timp ca și în spațiu, în epoca formării planetei noastre și în interiorul foarte adînc al ei.

Privind Pămîntul în întregime, fenomenele geotermice au principala sursă în zonele lui inaccesibile iar datele noastre de observație provin din puncte relativ puțin numeroase, distribuite neuniform pe suprafața terestră și limitate la porțiunile de suprafață ale Globului. Încă din secolul al XVII-lea, Robert Boyle remarca, în legătură cu caracterul „superficial” al informațiilor geotermice: „Și mult mai puțin avem vreo cunoștință sigură despre temperatura părților mai dinăuntru și (dacă pot spune așa) mai centrale ale Pămîntului, în care sîntem încă ignoranți și vom continua, mă tem, să fim încă mult timp. Căci trebuie notat că ceea ce a fost discutat pînă acum se referă numai la temperatura acelor părți subterane în care oamenilor le-a fost permis să ajungă prin săpare”.

Deși în cele trei secole care au trecut de cînd Boyle făcea această observație progresele au fost mari, disproporția dintre ce se știe și ce ar trebui știut este încă flagrantă în geotermie. Este adevărat că descoperirea radioactivității a permis fixarea cîtorva jaloane sigure, pe lîngă ceea ce au adus observațiile. Ea a deschis, însă, și calea pentru speculații privind interiorul inaccesibil al Pămîntului iar omul de știință nu a urmat sfatul poetului:

„Stai pe planetă de noroi
...
Nu tulbura cu gîndurile tale
Scrumirea flăcării centrale!”

(George Călinescu)

Gîndurile cercetătorilor au mers chiar foarte departe, adeseori mai departe decît limitele pînă la care faptele indicau teren sigur. Dar cînd este vorba de un teren care trebuie cucerit nu se face consolidarea după ocuparea lui?