Un paradoxal fenomen natural al Africii și o relicvă a trecutelor ere glaciare: pe muntele Kilimanjaro, al carui varf Kibo (5 895 m) este cel mai înalt de pe continent, strălucește sub soarele ecuatorial un dom cu cupola clădită din zăpezi eterne. Este conul adormit al unui vulcan care erupea cu milioane de ani în urmă. In craterul stins, adânc de 200 de metri, stau îngrămădite mari blocuri de gheață care se topesc în cursul zilei și îngheață noaptea.
După o îndelungată stagnare, ghețarul dă semne de impuținare, avertizând, după părerea geologilor, o eventuala retrezire a activității vulcanice.
Geologii francezi au descoperit în Sahara centrală crestături și jgheaburi lungi, paralele, la suprafața rocilor, ceea ce s-a dovedit a fi vestigiile unor străvechi ghețari.
De-a lungul acestor formațiuni au fost găsite fosile, imediat dedesubtul și deasupra straturilor de natură glaciară. Determinând vârsta fosilelor, ei au ajuns la concluzia că acești ghețari erau prezenți în Sahara cu 450 milioane de ani în urmă. Cercetările ulterioare au găsit noi mărturii glaciare în Maroc, Mauritania, Algeria, Niger, Ciad – aceleași șanțuri adânci lăsate parcă de niște buldozere uriașe – ceea ce a condus la ipoteza că numai o calotă glaciară putea lăsa asemenea urme pe o suprafață de mărimea unui continent.
Formele specifice ale bulgărilor de granit și cuarțit – unii de dimensiuni considerabile – nu putea fi decât opera râurilor de gheață în marșul lor alb spre malul mării. In plus, s-au mai găsit urmele unor vulcani subglaciari, precum și fosile de alge, ceea ce confirmă și existența unei mări stravechi acolo unde se întinde astăzi cel mai fierbinte deșert (recordul de +58 °C a fost înregistrat la Al Azizia, în Libia).
Savanții ne asigură că misterul geologic a fost dezlegat: cu 450 milioane de ani în urmă, Africa de nord a fost arena unei gigantice glaciații, iar un ancestral Pol Sud a existat undeva în vestul continentului, în apropierea actualei Sahare.
Explicația găsește sprijin în teoria derivei continentelor, potrivit căreia, cu sute de milioane de ani în urmă, uscatul planetei era cuprins într-un singur „supercontinent”, numit convențional Pangeea ( în limba greacă – toate pământurile ). In mișcarea crustei terestre de-a lungul erelor geologice, Africa a fost împinsa spre nord, iar Polul Sud a fost adus lângă ecuator.
Deosebit de spectaculoasă a fost, în acest proces, aventura Indiei, care s-a desprins de undeva din zona Antarcticii și a rătăcit, ca o insulă plutitoare, spre nord cale de peste 5 000 de mile, pana s-a lipit de pântecul Asiei. Peregrinăările tectonice ale Indiei au durat, după calculele geologilor, circa 180 milioane de ani, timp în care a traversat toate genurile de climă. Sub presiunea enorma s-a ridicat lanțul munților Himalaia, astfel că expedițiile care care le cuceresc înălțimile de peste 8 000 de metri calcă de fapt pe… un fost fund de mare.
Urmele stravechii glaciațiuni descoperite in Sahara
Deriva continuă, cu implicațiile inerente asupra climei. Măsurătorile efectuate de specialiști, în special cele de pe sateliții artificiali ai Pământului, ne furnizează un șir de date în perspectivă: malurile Atlanticului se depărtează unul de altul cu câțiva centimetri pe an; întreaga crustă a Terrei pare a se roti lent, astfel încat Insulele Aleutine și Alaska presează spre sud, în direcția Pacificului, în timp ce Europa are tendința de a se indepărta spre nord.
In general, planetele gigantice, Jupiter, Saturn, Uranus si Neptun au o compozitie mai apropiata de Soare decat de Pamant, dominand elementele usoare.
Asupra planetei jupiter dispunem de date recente, obtinute prin trimiterea sondelor spatiale Pioneer 10, in decembrie 1973, si Juno, in iulie 2016. Diametrul ecuatorial al planetei este de 11 ori cel terestru (mai precis 142 796 km), iar cel polar este cu aproape 10 000 km mai mic, deci planeta are o turtire de zece ori mai mare decat Pamantul.
Jupiter are forma unei sfere elastice, care, rotita cu o masiva centrifuga, se turteste cu atat mai mult cu cat viteza de rotatie e mai mare. Masa sa este de 317,8 ori masa Pamantului. Este, dupa Soare, uriasul sistemului nostru solar. In ultimii ani s-au mai descoperit inca cativa sateliti naturali ai marei planete, numarul lor ajungand in prezent la 67. Dintre acestia numai patru, „galileienii” sunt usor vizibili cu un binoclu, ei constituind unul din argumentele lui Galilei pentru justa conceptie heliocentrica a lui copernic.
Misiunile Voyager I si II au pus in evidenta existenta unui sistem de inele analoage cu cele ale lui Saturn, dar mai rarefiate.
Pioneer 10 a transmis o bogatie de date din care deducem ca in interiorul planetei domneste o temperatura foarte ridicata si o presiune de ordinul milioanelor de atmosfere. Ambele cres cu adancimea: la o adancime de 1 000 km in atmosfera planetei temperatura ajunge la 2 000 °C, la 3 000 km ea atinge valoarea de pe fotosfera solara (6 000 °C) si o presiune 90 000 atmosfere, iar hidrogenul devine lichid, cu o densitate de o patrime din cea a apei pe Terra. Daca patrundem mai adanc, la 25 000 km temperatura urca la 11 000 °C si presiunea la 3 milioane atmosfere, iar hidrogenul apare ca un fluid metalic.
Jupiter are un sistem de nori formati din cristale inghetate de amoniac, apoi, mai in adancime, din cristale de gheata urmate de picaturi de apa. Se presupune ca exista o mare agitatie si furtuni in atmosfera planetei.
Structura interna a planetei este formata dintr-o masa fluida care are in mijloc un mic nucleu de piatra. Nu poate fi vorba de o suprafata solida a planetei cu eventuali locuitori dornici de un schimb de experienta cu alti semeni ai lor. Dealtfel, temperatura aproape solara a planetei si uriasa presiune a atmosferei pledeaza si ele impotriva vietii.
In timp ce la marginea superioara vizibila a planetei exista doar – 120 °C, in interior se apreciaza, tinand seama de cele de mai sus, o temperatura de 30 000 °C. Se poate determina ca planeta emite de 2 – 3 ori mai multa caldura decat primeste, fapt care constituie marea enigma a existentei sale. Ca si Soarele, de la formarea sa pana in prezent, emite in mod constant aceeasi energie.
De unde poate o planeta sa emita mai multa energie decat primeste de la Soare ? Numai daca adauga din resursele proprii. Or, o planeta este o sursa de energie cu totul neinsemnata. Atunci, Jupiter trebuie sa aiba, poate la o scara mai mica, modaitati apropiate de ale Soarelui. Compozitia chimica a atmosferei sale pledeaza in acest sens: 79 % hidrogen, 20 % heliu si 1 % restul elementelor chimice !
Sunt oare conditiile interne ale planetei in masura sa aprinda reactiile termonucleare care sa justifice surplusul ei de energie ? Dupa datele de mai sus pare putin probabil. Unii presupun insa ca anumite reactii usoare ar putea furnia energia observata.
Magnetometrele (aparate pentru masurarea campului magnetic) de la bordul navei Pioneer 10 au masurat la marginea superioara a stratului de nori a planetei un camp magnetic de zece ori mai puternic decat cel de pe Pamant, iar planeta, cu marea ei dimensiune, se roteste in jurul axei sale in numai 10 ore. Poate aceste doua efecte combinate sa constituie o sursa de energie.
Tot din masuratorile sondei spatiale Pioneer 10 s-a pus in evidenta inca o proprietate a lui jupiter: ca alaturi de Soare este o sursa de raze cosmice (formate din particule de inalta energie). Interesant este faptul ca satelitii artificiali lansati inainte au detectat raze cosmice nu dinspre Soare sau centrul galaxiei noastre (cunoscute ca surse de astfel de raze), ci din alta parte. Se pare ca vinovatul este planeta Jupiter ! S-a mai detectat si o emisie continua de particule din partea lui Jupiter, analog vantului solar, deci un <<vant jovian>>.
Masuratorile si descoperirile obtinute de Pioneer 10 au fost confirmate de Pioneer 11. In baza acestor noi date, atat de apropiate toate de ale Soarelui, Jupiter apare ca o stea modesta in faza de inceput, care se contracta.
Celelalte planete gigante (Saturn, Uranus si Neptun) nu s-au dovedit inca a fi surse deosebite de energie. Primesc foarte putina energie de la Soare, atat de indepartat de ele, dar avand fiecare mai multi sateliti de mase apreciabile, acestia, prin mareele pe care le produc, furnizeaza oarecare energie planetelor lor.
„In perioada veche a glaciatiunii lui Würm – scrie Franck Bourdier – se dezvolta omul din Neanderthal, fiinta intrucatva arhaica, care dispare in perioada recenta a glaciatiunii lui Würm, ca si cand ar fi fost distrusa de Homo Sapiens, desi avea un creier foarte voluminos, a fost, probabil, prizonierul traditonalismului sau tehnic.”
Omul din Neanderthal si, in general, neanderthalienii au populat Europa cu mai mult de 80 000 de ani in urma, la inceputul ultimei perioade glaciare a lui Würm. Sunt ei descendentii evoluati ai unei filiatii arcantropiene mai vechi sau rezultatul unei degenerari ai unei astfel de filiatii ? Nu putem sti.
Apartin macar, cu totii, aceleasi rase ? Este sigur. Stim ca ei s-au stins in cursul ultimei faze glaciare, fara sa fi avut, aparent, urmasi. Apare astazi clar ca schema propusa de numerosi savanti in prima jumatate a secolului trecut, care il considera pe omul din Neanderthal ca fiind o etapa intermediara din punct de vedere fizic si intelectual intre arcantropieni si Homo sapiens, poate sa fie pusa sub semnul intrebarii.
Un om demn de metroul din New York
Omul de Neanderthal, care a ocupat Europa vreme de aproape 50 000 de ani, nu era pe jumatate maimuta, incovoiat si cu prognatism puternic, sau un om caricatural al cavernelor, ci o fiinta evoluata, pe calea civilizatiei.
Doi savanti, W. Strauss de la Universitatea Johns Hopkins si Alec Cave de la centrul universitar al spitalului Sf. Bartolomeu din Londra, au afirmat in anul 1957, dupa examinarea atenta a scheletului de la La Chapelle aux-Saints: „Nu exista nici un motiv valabil pentru a presupune ca alura omului din Neanderthal diferea mult de aceea a omului de astazi… Daca ar putea fi reinviat si pus in metroul din New York (spalat, ras si imbracat modern), nu cred ca ar atrage atentia mai mult decat anumiti loccuitori ai orasului”.
Omul de Neanderthal
Homo Neanderthalensis, chiar daca nu a putut merita calificativul de sapiens, era un om care gandea, fara indoiala ca si vorbea, era dotat chiar cu un anume simt artistic si religios, fara a atinge insa stadiul, foarte primitiv, al populatiilor celor mai inapoiate care mai traiesc astazi pe planeta noastra.
Exista insa o diferenta importanta fata de populatiile primitive actuale: omul preistoric privea spre viitor, se adapta la dezvoltarea propriei sale civilizatii, era mereu in cautare de descoperiri si perfectionari; in timp ce primitivii de astazi sunt in regresiune, abia in stare sa transmita copiilor civilizatia lor traditionala.
Contemporanii untimului frig al erei glaciare
Geologii au impartit perioada glaciara a lui Würm in trei mici perioade separate prin intervale mai blande. Omul de Neanderthal si civilizatia sa au aparut in primele timpuri ale epocii lui Würm. La sfarsitul epocii Würm II, cu 30 000 de ani in urma, neanderthalienii, si civilizatiile musterniene pe care le-au produs, au disparut spre a deschide calea omului modern si industriilor paleoliticului superior.
La inceputurile perioadei lui Würm, cu circa 80 000 de ani in urma, neanderhalienii gasesc o clima moderat de rece si umeda. Peisajul este compus din campii si lande marginite de paduri de pini, fagi si stejari, unde traiesc supravietuitorii perioadei interglaciare precedente: elefantul antic, rinocerul antic, cerbul, porcul mistret si lupul. Pe masura ce era glaciara inanteaza, iernile sunt tot mai aspre, frigul se intensifica, padurea se retrage, elefantii, rinocerii si hipopotamii dispar sau pleaca spre sud. In locul lor vin rinocerul paros si calul.
La aceasta vreme, omul de Neanderthal traieste in aer liber, in grupari de colibe. El continua aceeasi existenta la sfarsitul perioadei Würm I, cu 60 000 de ani in urma si de-a lungul celor catorva mii de ani care despart cele doua glaciatiuni, cand padurile zonei temperate reapar in sudul Europei.
Zona populata de omul de Neanderthal
In perioada Würm II, frigul revine, mai aspru ca oricand. Padurile lasa locul stepelor strabatute de turme de mamuti cu parul lung si de rinoceri parosi, de turme de cai si reni, venite din regiunile boreale, acum acoperite de straturi groase de gheata. Pentru a invinge aceasta clima aspra, oamenii de Neanderthal se adapostesc in pesteri. Se incalzesc adunati in jurul focului, in timp ce afara elementele naturii se dezlantuie. Sunt obligati sa se bata cu fiarele salbatice pentru un adapost, precum ursul cavernelor, leul si hiena cavernelor.
Aceasta perioada se termina cu 40 000 de ani in urma, pentru a face loc unui climat temperat si umed care determina revenirea padurilor si disparitia neanderthalienilor.
Omul de Neanderthal – aceeasi capacitate craniana ca a noastra
„Avea nevoie de tot timpul si de toata energia pentru a se mentine in viata, pentru a gasi ce sa manance si sa bea, pentru a-si apara teritoriul, pentru a-si apara si creste copiii.” Aceste cuvinte ale lui Desmond Morris se pot aplica perfect neanderthalienilor.
Studiul diverselor schelete de Homo neanderthalensis descoperite cu incepere din 1856, ne permite sa ne facem o idee destul de precisa asupra a ceea ce a fost acest om al glaciatiei lui Würm. De talie mica, nedepasind 1,60 m, este indesat, cu un bust lung si picioare scurte. Degetul mare de la picior este departat. La fel cu predecesorii sai arcantropienii, merge in picioare si drept. Vanator de stepa, trebuia sa alerge repede. Oasele membrelor sale sunt robuste si articulatiile mari indica o putere musculara deosebita. Primele falange si oasele palmei sunt scurte si late, ultimele falange sunt lungi. Mana pare sa fi fost puternica.
Compararea craniului omului de neanderthal cu cel al europeanului modern provoaca curiozitate. Capacitatile craniene sunt aceleasi, 1 500 cm³. Creierul voluminos ar fi utut clasa neanderthalienii in familia Homo sapiens, dar studiul mulajelor intracraniene a relevat o structura foarte simpla a circumvolutiunilor cerebrale.
Oasele groase si o forma speciala fac ca lungimea medie a craniului omului de Neanderthal (20 cm) si latimea sa (15 cm) sa depaseasca diensiunile omului modern: 18,1 cm si 14,1 cm la barbat; 17,3 cm si 13,6 cm la femeie.
Craniul neanderthalian, mai alungit, mai lat decat cel al lui Homo sapiens, este bombardat lateral si are in spate o protuberanta caracteristica. Are fruntea joasa. Arcadele proieminente scurteaza partea de sus a feţei, iar partea inferioara este de asemenea proieminenta. Osul nazal este important. Nasul lat si carnos iese bine in evidenta. Arcadele dentare sunt largi, gura mare si maxilarul robust. Barbia este abia schitata, uneori chiar absenta.
Viata oamenilor de Neanderthal
Structura sociala a neanderthalienilor era complexa. Inainte de marile friguri din perioada Würm II, ei traiau in colibe grupate in sate. Aceste locuinte rudimentare nu puteau adaposti mai mult de un cuplu cu copiii sai. Satele erau locuite de cate un trib de vanatori cu seful lor. In cursul epocii II a lui Würm, frigul intens ii va obliga pe oamenii de Neanderthal sa se transforme in oameni ai cavernelor. Ei construiesc in grote sau la iesirea din ele, adaposturi sub stanca, un fel de cabane alungite. Vetrele sunt ferite de ziduri joase din piatra. Grotele sunt despartite uneori prin piei de animale, intinse pe stalpi.
Franck Bourdier ne descrie o locuinta tipica, ridicata sub o stanca din regiunea Vaucluse (Franta):
„In zona cea mai protejata a adapostului se afla cabana limitata de doua blocuri lipite de peretele de stanca. Lungimea era de 11,50 metri si latimea maxima de 7 metri; vetrele erau aliniate in lungul axei mari. Diversele activitati se desfasurau in interiorul cabanei al caror sol era plin de materii organice si de carbune, in timp ce pe langa cabana solul era curat. O cabana ca aceasta, de 80 m², implica un adapost pentru mai multe cupluri si necesita o anume reglementare a obiceiurilor”.
Triburile aveau resedinte principale si, in apropiere, resedinte secundare sau halte pentru vanatoare. Seara, in fata unui vanat (cerb sau ren), barbatii comentau vanatoarea intr-un jargon rudimentar, cu multe zgomote si gesturi. In fata tinerilor uluiti, ei povesteau cum se ascunsesera in zapada, acoperindu-se cu piei de animale, si asteptasera indelung trecerea unei turme de reni. Seara se incheia cu cantece si dansuri al caror zgomot era amplificat de piatra cavernei. Copiii speriati priveau spre umbrele fantastice ale dansatorilor proiectate pe pereti de lumina focurilor aprinse din loc in loc.
Oamenii de Neanderthal au reusit, intr-un climat glaciar foarte aspru, sa reziste temperaturilor coborate, furtunilor si zapezilor. N-ar fi supravietuit daca n-ar fi stiut sa profite de toate resursele naturale.
In aceleasi locuri in care au fost gasite vestigiile omului de Neanderthal precum si in altele, savantii au descoperit un numar mare de „pietre cioplite”.
Neanderthalienii au fabricat diferite unelte din piatra, functie de locul in care s-au aflat si de perioada in care au trait, si aceasta de-a lungul celor 50 000 de ani, cat a durat musterianul sau paleoliticul mijlociu, dupa cum este numit mai frecvent.
Omul de Neanderthal a ajuns la fabricarea in serie, cunostea diviziunea muncii si diferentierea profesiilor. Fiecare ceata de neanderthalieni isi avea „cioplitorul de piatra” care le facea unelte tuturor. In schimb, era hranit si i se asigura existenta.
Unelte paleolitice
Iata cum descrie Rudolf Graham cateva din „specialitatile” prelucrarii pitrei din perioada musteriana:
„Razuitoarele si burghiele joaca un rol esential: cele din urma sunt, adeseori, destulde mari… Pitrele ascutite sunt plate, rezultand aschii destul de subtiri. dupa felul in care sunt lucrate, unele par sa fi fost prevazute cu un maner. In musterian mai gasim si aschii din piatra ascutite la amandoua capetele. Printre razuitoare, se gasesc si unelte curbate, cu o latura ascutita, si care par sa fi fost utilizate drept cutite”.
In orizonturile musteriene s-au gasit si discuri din silex, cioplite din nucleus. Perfectiunea rara a executiei lor pare sa mearga dincolo de folosinta utilitara. Este greu sa ni-l inchipuim pe omul de neanderthal sculptand figurine. Si totusi, R. Forrer a gasit o papusa foarte caracteristica si care prezinta aspectul unei „Venus” cu pieptul mare si forme rotunjite. Stancile cu forme omenesti sau animale trebuie sa fi impresionat pe neanderthalieni caci astfel de pietre s-au gasit in adapostul lor.
Nu exista arta picturala in musterian. S-au gasit insa bucati de bioxid de magneziu negru si de ocru bru-roscat, cu urme de zgaraiere si frecare. Este posibil ca omul de Neanderthal sa-si fi vopsit corpul cand pleca la vanatoare, cand dansa sau cu prilejul initierii sacre. Poate a vopsit pardoseala si peretii locuintei sale, asa dupa cum suntem siguri ca s-a intamplat in paleoliticul superior.
Oamenii de Neanderthal dispar
Odata cu perioada Würm III, omul de Neanderthal dispare destul de brusc, pentru a lasa locul lui Homo sapiens, stramos direct si foarte putin diferit de omul actual. Cele doua rase au trait, o vreme, paralel, una langa cealalta, cu cel putin 32 000 de ani in urma. Perioada Würm III, de acum 30 000 de ani, a fost o glaciatie de o vigoare cu totul deosebita. Haituiti de noii veniti, coplesiti de frig, neanderthalienii se sting, facand loc civilizatiilor paleoliticului superior.
„Neanderthalienii, afirma William Howells intr-un articol consacrat problemelor inca nerezolvate ale omului de Neanderthal, vor avea mereu o importanta primordiala pentru cunoasterea evolutiei umane. Lucrul cel mai important nu este sa stim daca ei au fost stramosii nostrii directi sau doar indirecti. Cel mai insemnat fapt este ca ei constituie un moment bine definit al preistoriei. Ei ne indica unele cai importante ale evolutiei umane recente si ne sugereaza noile intrebari pe care trebuie sa ni le punem.”
Ce au devenit oamenii de Nenderthal ? Au disparut, dupa cum o cer legile evolutiei ? Sau, din ce in ce mai respinsi, s-au perpetuat poate departe de orice civilizatie ? Unii sunt tentati sa gandeasca aceasta, mai degraba atrasi de irational, decat de descoperirile adevaratei stiinte.
A doua jumatate a secolului XX si inceputl celui de-al XXI-lea reprezinta o perioada care se va inscrie, fara indoiala, in istoria fizicii ca una dintre cele mai bogate in descoperiri si cea mai dinamica in impunerea unor idei care, nu de putine ori, au dus la restructurari majore in imaginea unor fenomene si procese naturale, dintre care unele pareau a nu mai oferi vreo surpriza.
Descoperirile acestei perioade – adevarate revolutii in fizica – isi au originea in cercetari incepute prin deceniul sase al secolului trecut, care, la randul sau, a fost ilustrat de dezvoltarea a trei directii majore in stiinta contemporana: structurile disipative, stabilitatea structurala si sinergetica.
Primele se refera la structuri generate in sisteme naturale departe de echilibrul termodinamic si care persista atat timp cat respectivul sistem este „hranit” cu energie dintr-o sursa externa; stabiitatea structurala este o proprietate generala a sistemelor in care o experienta efectuata repetat in conditii care de fiecare data difera oarte putin de cele precedente va duce la rezultate foarte apropiate intre ele; sinergetica, in fine, este un domeniu interdisciplinar care se ocupa cu studiul sistemelor complexe, caracterizate de existenta unui mare numar de componente interactionand intre ele, printre rezultatele sale cele mai importante fiind enuntarea asa-numitului principiu de dominare ce stabileste marimea sau cele cateva (putine !) marimi fizice a caror evolutie domina in sistem, dictand astfel comportarea generala a celorlalte marimi caracteristice.
Eroii principali ai acestei revolutii au fost, fara indoiala, fractalii si asa-numitul „haos determinist” – de fapt un nume putin cam „comercial” pentru un fenomen de altfel perfect normal si controlabil care se refera la comportari periodice ale unor sisteme naturale in care insa perioada este atat de mare incat fenomenul capata o aparenta haotica.
Cei doi, pornind independent la drum, aveau sa se intalneasca pe parcursul dezvoltarilor recente ale cercetarilor teoretice si experimentale si, mai ales, ale celor aplicative, reveland aspecte nu doar noi, ci de-a dreptul nebanuite ale naturii pe care incercau s-o „imite”… in laborator sau pe hartie.
A reusi imitarea naturii inseamna, poate, a descoperi unul din secretele sale…
Iata, deci, de fapt doua intrebari: ce anume imitam din natura si, pe de alta parte, ce secret al sau ne asteptam sa descoperim ?
Raspunsul la prima intrebare ne ofera posibilitatea de a trece in revista modul in care au fost descoperiti fractalii; raspunzand la a doua intrebare, atingem insasi esenta acestora.
Este poate interesant sa incepem prin a da cateva amanunte despre modul in care B. Mandelbrot a ajuns sa se preocupe de acest subiect. Dupa absolvirea Institutului Politehnic, el decide sa se dedice „matematicii aplicate”. Se angajeaza la nou-infiintatul Centru de Cercetari al IBM de la Yorktown, il paraseste dupa cativa ani pentru Universitatea Harvard, dar se reintoarce, gasind la IBM, un mediu mai propice preocuparilor sale oarecum eclectice, oricum nepotrivite cu rigoarea unei cariere universitare.
Viitoarea descoperire se regaseste, in general, in cercetarile sale din aceasta perioada, ca si in cele efectuate inainte, in Franta: lingvistica, economie, studiul zgomotelor si turbulentei, punand in evidenta o proprietate comuna, careia, in 1964, ii gaseste si un nume: autosimilaritate (self-similarity).
Aceasta este proprietatea pe care o au unele figuri geometrice ca orice parte a lor sa aiba toate caracteristicile intregului. Iata, spre exemplu, o imagine a a celebrului „set Mandelbrot” (fig. 1).
Fig. 1 Setul Mandelbrot
Fig. 2 Portiune din setul Mandelbrot
Observam chiar si cu ochiul liber ca diferite portiuni ale sale arata (cel putin „in mare”) la fel ca intregul obiect.De fapt, putem fi mai precisi: figura 2 reprezinta imaginea marita a unei portiuni din figura 1. Rezultatul – figura 1 insasi ! Am obtine acelasi rezultat „privind cu lupa” orice portiune a setului Mandelbrot.
Aceasta este esenta autosimilaritatii sau, cu un alt termen, al invariatiei de scala: exista fenomene care, analizate tinand seama de scala, vor fi aceleasi. Exemple de acest fel (studiate de Mandelbrot) putem gasi in meteorologie – evolutia vremii pe durata unui secol, unei saptamani sau unei zile se poate discuta (statistic) la fel, numai ca pe scale de timp diferite.
„Obiecte” cu aceasta proprietate erau de alminteri cunoscute. Iata, de exemplu, asa-numitul „set al lui Cantor” pe care il obtinem astfel: luam un segment, il impartim in trei parti egale si scoatem partea din mijloc; continuam procesul pentru fiecare din segmentele ramase, mergand la infinit. Ce obtinem:
Fig. 3 Setul lui Cantor
Pe aceeasi schema mai avem o posibilitate: in loc sa lasam libera portiunea centrala, o „completam” cu doua laturi ale unui triunghi echilateral. Obtinem astfel „curba lui Koch”
Fig. 4 Curba lui Koch
In fine, iata si „garnitura Sierpinski” : construim in interiorul unui triunghi echilateral un alt triunghi echilateral, cu varfurile in mijloacele laturilor, si decupam portiunea centrala (fig. 5).
Fig. 5 Triunghiul Sierpinski
Continuam apoi la infinit cu seturile de cate trei triunghiuri ramase. Iata cum arata cele trei figuri initiale intr-un stadiu relativ avansat de construire:
Fig. 6 Figurile initiale intr-un stadiu avansat de evolutie
Toate aceste obiecte ilustreaza extrem de clar autosimilaritatea. Dar, asemenea figuri ne mai spun ceva, si este meritul lui Mandelbrot de a fi accentuat acest lucru, anume:
Valoarea intuitiei geometrice, ideea ca obiectele geometrice au o realitate sensibila
Sa comentam: nevoia (normala !) de date cantitative (marele fizician Ernest Ruthenford spunea ca pana nu exprimam un dat fizic prin numere nu se poate considera ca l-am cunoaste cu adevarat !) a dus la puternica impunere a spiritului algebric. Geometria a reprezentat multa vreme doar o „sursa” de imagini, de multe ori frumoase si spectaculoase, fara insa a ne putea furniza date tot atat de precise si bogate ca si algebra.
Exista insa un principiu de la care nu trebuie sa ne abatem: orice ramura a stiintei isi aduce cu adevarat si din plin contributia la cunoasterea naturii doar in conjunctie cu celelalte domenii, in primul rand cu cele inrudite cu ea.
Andrei Dorobantu, Fractalii – un alt mod de a gandi natura ?
Secolul XXI pune la dispozitia arhitectilor noi materiale si tehnologii capabile sa schimbe nu numai gradul de comfort si aspectul locuintelor, ci si mentalitatea beneficiarilor.
Ne-ar place oare sa traim intr-o casa in care totul este ordonat, supravegheat, luminos sau intunecos, dupa cum dorim ? Am putea suporta inlocuirea traditionalilor pereti varuiti cu cei din masa plastica ? Sunt spatiile multifunctionale pe gustul nostru si daca da, modularitatea constructiilor poate oferi un numar suficient de mare de combinatii diferite ?
Casa inteligenta este un concept ce isi face loc sub soare in zilele noastre si daca va fi un experiment reusit, va fi el pe masura gusturilor, exigentelor si, de ce nu, a intimitatii noastre ?
La urma urmei, tendintele actuale in acest domeniu sunt de a recupera „intarzierile” fata de domeniul constructiilor de masini si de a se trece la robotizarea constructiilor de locuinte.
Permitandu-ne sa anticipam, pe riscul nostru, este aproape sigur ca impulsul de progres in acest domeniu va veni din cercetarile pentru exploatarea spatiului cosmic si ca primele „case” construite de roboti le vom vedea intai pe orbita si apoi pe Pamant.
Prototipul casei din material plastic
Statisticile actuale arata ca in tarile Peninsulei Scandinave si in Japonia se construiesc, intr-un numar apreciabil, locuinte noi, prefabricate, cu un inalt grad de asamblare in uzine. Astfel, in Japonia, aproximativ o cincime din noile locuinte sunt asamblate robotizat si apoi transportate la fata locului sub forma de module. In Scandinavia, aproape toate noile locinte sunt constrite in adevarate fabrici de case si apoi trimise beneficiarului.
Asemenea tehnologii asigura mari economii de materie prima, forta de munca si, implicit, duc la scaderi ale costurilor. Pana unde se poate merge in aceasta directie ?
Cercetatorii de la General Electric (SUA) si-au propus sa demonstreze ca tot ceea ce poate face lemnul, betonul, sticla si otelul in industria constructiilor de locuinte pot face si materialele plastice.
Casa eficienta energetic
Ideea principala este de a extinde rezultatele cercetarilor deja aplicate in industria automobilelor la constructia de imobile. Exista o dierenta tehnologica imensa intre aceste doua industrii. In timp ce automobilele sunt confectionate robotizat, locuintele se construiesc manual si de foarte multe ori empiric.
Productia de masa aplicata locuintelor ar putea duce la scaderea spectaculoasa a pretului si la o perfectiune „reproductibila”. Cel care va cmpara o casa va trebui, in viitor, sa primeasca odata cu ea si un manual de intrebuintare, identic cu cel pe care il primesc noii proprietari de autoturisme sau poate chiar mai complex.
In cursul unei expozitii a fost prezentat publicului un „fragment” din structura viitoarei case din material plastic. Inca din primul moment, constructorii au subliniat dificultatile pe care le au de infruntat in ceea ce priveste problema combaterii incendiilor. Se stie ca anumite mase plastice nu numai ca sunt foarte inflamabile, dar genereaza prin ardere gaze sufocante, otravitoare. De aceea, o atentie deosebita a fost acordata realizarii unor combinatii ignifuge.
Deoarece suprafetele mari din material plastic degaja cantitati sesizabile de vapori, chiar si in conditii normale de temperatra, o atentie deosebita a fost acordata combaterii acesti fenomen si tratarii adecvate a suprafetelor. Pornind de la premisele initiale, au fost dezvoltate si aplicate o multitdine de concepte noi.
Dintre ideile cu caracter novator, le mentionam pe urmatoarele:
Peretii interiori radianti sunt realizati din panouri radiante. intre doua folii de material rigid se afla un strat de 4 – 5 cm material plastic expandat, cu propritati foarte bune de izolare termica si fonica. In spuma de material expandat exista numeroase canale de foarte mici dimensiuni, orientate de-a lungl peretelui. Prin ele circula aerul cald ce duce la incalzirea peretilor si, implicit, la radierea de energie termica spre exterior.
Pana la incalzirea incaperii la o temperatura prestabilita, aerul poate fi sulat si direct, nu numai prin pereti. Masuratorile efectuate au demonstrat ca o alegere judicioasa a materialelor din care sunt confectionati peretii radianti poate duce la o crestere spectaculoasa a randamentului incalzirii acestor locuinte comparativ cu cele clasice.
Sistemul poate functiona si invers, aspirand aerul din incapere atunci cand senzorii semnalizeaza prezenta fumului sau a nor noxe. In aceeasi pereti sunt extrudate si canale de dimensini mai mari prin care se monteaza tevile instalatiilor de apa sau electrice intr-o maniera modulara.
Module TEC de circulatie a fluidelor si curentului electric. Prin alaturarea unor module se pot obtine ansambluri complexe, numarul lor fiind conditionat de clima in care este asamblata casa, dimensiunile incaperilor etc.
Panourile de podea sunt o structura compozita ce include si elemente obtinute prin impregnarea si laminarea lemnului pe o singura directie. Sisteml permite inglobarea in dusumele a numeroase conducte si cabluri prin simpla schimbare a modulelor.
Balcoanele si terasele exterioare sunt confectionate dintr-o masa plastica de inalta rezistenta, cu aspect exterior asemanator ceramicii, livrata sub forma de panouri in diverse tipodimensiuni, ce pot fi asamblate in cele mai diverse forme.
Asamblarile se fac prin forma. Atat peretii, cat si celelalte componente au, din fabricatie, santuri si muchii astfel concepute si realizate incat sa nu necesite etansari ulterioare. Este suficienta depunerea in colturile si suprafetele de asamblare a unor adezivi specifici.
Cadrele de usi si ferestre se fac prin extrudare, asamblarile lor cu geamurile si simpla inchidere a usilor asigurand o etansare superioara lemnariei si chiar „tamplariei” metalice.
Panourile fotvoltaice se monteaza pe acoperisuri, inglobate in structura panourilor acoperisului.
Jgheaburile, burlanele si celelalte sisteme de scurgere sunt direct conectate la tancurile de strangere a apei de ploaie.
Pereti cu dulapuri inglobate ce pot fi realizati direct de catre constructor prin simpla asamblare la structura proiectata.
Multe dintre ideile prezentate vor fi dezvoltate, iar altele vor fi infirmate de practica, dar, considera proiectantii, ele vor contribi la alte solutii si vor contribi la progres in industria constructiilor de locuinte.
Urmarind cerul senin seara de seara, ajungem sa cunoastem constelatiile printre care luneca linistit planetele in miscarea lor heliocentrica. Dar uneori printre stele apar astri care se deplaseaza rapid fata de stele, vazand cu ochii, devin tot mai stralucitori si avand o coada lunga luminoasa.
Sunt oare vizitatori care apartin sistemului solar ?
Cometele sunt astri ce apartin sistemului solar, dar spre deosebire de planete, care au forme bine determinate si stabile, ei isi schimba pozitia si forma. De aici faima rea a cometelor, fiind considerate ca vestitori de nenorociri ulterioare.
Sa incercam sa patrundem misterele lor.
Intreg sistemul planetar s-a format dintr-un nor de materie care, avand o miscare de rotatie, s-a turtit, ca un bob de linte, spre margini fiind mai subtire. Aici s-au format corpuri mult mai mici decat planetele, din bucati solide, pulberi si gaze, inghetate din cauza temperaturii scazute (aproape de zero absolut) si avand mase foarte mici (mai mici de 10 la puterea 17 kg). Dupa J. H. Oort, aceste corpuri marunte sunt nuclee cometare, in numar de aproximativ 100 miliarde, care formeaza un brau imens ce se intinde pana la o distanta de doi ani lumina in jurul sistemului solar.
Cometele se alfa tot in campul solar, si descriu imense orbite, aproape circulare, in jurul Soarelui, avand o existenta nemarginita, deci fac parte din sistemul solar. La un moment dat, actiunea unei stele invecinate sau a uneia din planetele mai indepartate, Neptun de exemplu, poate modifica viteza unuia din nuclee si sa-l oblige sa intre in interiorul spatiului ocupat de planete. Nucleul va descrie o orbita foarte alungita, apropiindu-se mult de Soare.Datorita caldurii primita de la Soare, nucleul elibereaza intai gazele ce le contine, care tasnesc ca o fantana arteziana, dar presiunea razelor solare le obliga sa se curbeze, formand un invelis, numit coama,in jurul nucleului iluminat, adica capul cometei.
Fluxul de particule eliminate, intai gaze, apoi pulberi, creste pe masura apropierii, iar particulele sunt impinse in spate, formand o coada tot mai bogata, dirijata in sensul opus razelor solare, dupa ce a intrat in interiorul orbitei lui Marte.
Avem astfel o cometa ale carei dimensiuni cresc putand ajunge pana la doua unitati astronomice. Trecand pe la periheliu (punctul cel mai apropiat de Soare al orbitei sale), Soarele capteaza o parte din masa usoara a cometei, care plateste astfel vama intalnirii cu astrul ei central.
Se indeparteaza apoi, iar actiunea razelor solare, micsorandu-se, face ca iarsi cometa sa atraga din nou particulele ramase, refacand dincolo de orbita lui Jupiter nucleul cometar. Daca orbita cometei e deschisa (parabola sau hiperbola), ea va iesi din sistemul solar, indepartandu-se printre stele. Avem o cometa neperiodica, nemairevenind niciodata. In cazul cand orbita se inchide (elipsa), cometa va reveni in mod periodic, dar la fiecare trecere la periheliu plateste bucuria intalnirii cu o parte din masa sa.
Dupa circa 100 de treceri, capul cometei se dezgoleste, ramanand partile solide si un strat iolator de pulberi. Nemaiavand atmosfera ocrotitoare, capul e supus ciocnirilor cu alte bucati solide, ca si frecarilor in mediile prin care trece si se desface in bucati care se farmiteaza tot mai mult. Falnica cometa dispare si, la revenirea urmatoare, la intalnirea cu admiratorii sai terestri nu mai cometa, ci, isi trimite urmasii sub forma unei ploi metorice.
Un exemplu elocvent ni-l ofera cometa West, care a fost vizibila cu ochiul liber in primele luni ale anului 1976, iar in martie-aprilie 1976 s-a desfacut in 4 bucati cu viteze diferite, care s-au indepartat unele de altele.
In prezent, sistemul solar numara circa 500 de comete periodice. Dintre acestea, celebra este cometa Halley, care revine la fiecare 75 de ani. Fiind o cometa batrana, va prezenta doar o coada de pulberi.
Departe de a fi prevestitoare de rele, cometele contribuie esential la cunoasterea materiei. Ce vina are cometa in faptul ca agitata istorie a omenirii ofera atatea evenimente incat fiecarei aparitii cometare poate sa-i corespunda cate unul ?
Aparitia faimoasei comete din anul 1811 care a speriat Parisul
Nucleul cometar ingramadeste materie de la marginea sistemului solar, departe de sursa centrala – Soarele, deci neperturbata, pastrata in starea ei initiala. Cometa ofera oamenilor de stiinta posibilitatea de a cunoaste materia din care s-a format sistemul solar, o aduce de la distante unde omul nu poate ajunge, o etaleaza in coada sa diafana, incat spectroscopul astronomului poate sa-i descifreze ascunsele-i proprietati.
In primele luni ale anului 1974 cometa Kohoutek, avand o masa mai mare decat aceea obisnuita a cometelor (a milioana parte din masa Pamantului), prin coada sa de pulberi, a permis obtinerea unui bogat material informational.
Pe de alta parte, cometa intervine ca o podoaba care infrumuseteaza linistitul aspect al cerului instelat.
Cometa KohoutekCometa HalleyCometa WestCometa Ison
Curs de apa datatoare de viata sau cale navigabila, fluviu in amonte de Londra si brat de mare in aval, Tamisa, pe care englezii o numesc afectuos „Old Father Thames” (Batranul Tata Tamisa) , isi poarta meandrele pe o lungime de numai 209 mile (336 km) in sudul Angliei intre dealurile Costwold si Marea Nordului. Fluviul a inspirat scriitori ca Defoe, Masefield, Wordsworth, Spencer, Kipling, Johnsos, Pepys si Auden, pictori precum Canaletto, Constable, Turner, Whisler si Manet sau muzicieni ca, de exemplu, Häendel cu a sa „Muzica apelor”.
Dezvoltarea impetuoasa a metropolei, megalopolis care, sub denumirea de „Marea Londra”, cuprinde in prezent o intreaga regiune administrativa, si lipsa unor masuri adecvate de protectie sanitara au facut ca, in urma cu numai cateva decenii, Tamisa sa fie declarata un fluviu mort.
Motto:
Beau ! Un gust amar si sarat apa are !
Sper si astept.
Nici o grota deschisa, nici una pietrificata,
Nici un farmec, nici o vraja.
Andrea Lord, Fantana dorita
Sunt cunoscute doua celebre izvoare ale Tamisei: unul la Thames Head (Capul Tamisei), iar celalalt pe micul drum de la Cirencester. Ambele devin mici paraiase ce strabat tinutul Cotswold, oferind putine promisiuni ca se vor transforma mai tarziu in mandrul si importantul fluviu. Pentru o mica ambarcatie, Tamisa devine navigabila incepand cu Criklade, iar pentru un vaporas, localitatea din amonte de unde se poate incepe o calatorie pe fluviu este Lechlade, orasel aflat la 140 mile de Podul Londrei.
Pentru ca Tamisa sa poata fi navigabila, un sistem de 33 de ecluze mentin un nivel constant al apei pana in apropierea Londrei. Peste 2/3 din cursul Tamisei reprezinta o artera navigabila, dar, datorita, timpului pierdut cu trecerea prin ecluze,in ultima vreme slepurile de marfuri au cedat tot mai mult locul caii ferate, permitand astel, in prezent, celor peste 20 000 de ambarcatiuni de agrement sa o strabata in liniste.
Pentru amatorii de intreceri nautice, Henley on Thames reprezinta unul din cele mai cunoscute orase de pe fluviu, datorita regatei sale internationale „Royal Regatta” – titlul a fost conferit de printul regent in 1851 – a fost inaugurata inca din 1839. Cursa a fost, pana in 1845, scena intrecerii dintre ambarcatiile universitatilor din Oxford si Cambridge. Regata , care are loc la inceput de iulie, este in prezent unul din evenimentele majore in calendarul sportiv al tarii.
In activitate de peste doua milenii, portul Londrei se intinde pe circa 54 mile, de la Twickenham pana la estuar. Aici se afla, in amonte de Podul Londrei, portul fluvial cu debarcaderele sale, iar in aval portul maritim, accesibil vaselor de tonaj mai mare, acestea find insa tributare mareei care la Londra atinge o diferenta de nivel de 3 – 4 m.
Metropola se mentine in topul fruntas al porturilor britanice, desi traficul sau actual de marfuri, de circa 55 milioane t anual, este mult scazut fata de perioada sa de glorie de la mijlocul secolului trecut.
Dintr-un itinerar tehnic pe fluviu nu poate lipsi „Bariera Tamisei” de la Woolwich-Charlton, la 8 mile in aval de Londra, unul dintre cele mai mari stavilare mobile din lume contra inundatiilor si care reprezinta una din cele mai insemnate realizari de inginerie moderna.
Dar, in ultimii ani, o importanta deosebita a fost acordata de catre britanici problemelor poluarii fluviului. Primele semnale de alarma au fost trase inca din 1800, cand Tamisa inferioara era deja pe moarte, contaminata fiind de o capitala in plina expansiune si de lipsa unor masuri adecvate de protectie sanitara. Poluarea apei a inmultit bolile ucigase, epidemiile de holera din anii 1849 si 1854 au facut nu mai putin de 25 000 de victime in zona Londrei.
In 1858, anul marilor miasme – draperiile de la salile Parlamentului, cladire amplasata pe malul stang al Tamisei – au fost stropite cu dezinfectant parfumat pentru a permite deputatilor sa-si tina sedintele.
Industria in dezvoltare si nou aparutele toalete cu apa curenta au dus la agravarea situatiei. In 1861, cand Albert, sotul reginei Victoria, a murit de tifos, au fost luate primele masuri pentru deversarea canalizarii in afara Londrei, la Crosseness si Barking.
Fluviul Tamisa – Marile miasme din 1858
Din pacate, masurile de remediere a gradului avansat de poluare a fluviului luate progresiv inainte de cel de al doilea razboi mondial, au fost puternic afectate de bombardamentele germane.
In 1952, numai cativa tipari mai supravietuiau din bogata fauna acvatica de odinioara. Pentru renasterea fluviului au fost necesare eforturi la scara nationala. Ele sunt coordonate de catre „Thames Water” din Reading, responsabila pentru fiecare aspect al amenajarii bazinului marelui fluviu, ce are o arie de peste 5 000 de mile patrate si in care locuiesc peste 12 milioane de oameni. Masurile guvernamentale pentru controlul poluarii mediului inconjurator, la aplicarea carora isi dau concursul industria si organizatii voluntare, au fost stabilite in amanuntime.
Actul pentru Controlul Poluarii, care se aplica in Anglia, Scotia si Tara Galilor, acorda o serie de puteri si obligatii pentru autoritatile locale si cele ce asigura protectia apelor, incluzand controlul asupra deseurilor, poluarii apei, aerului si zgomotelor. El contine si importante prevederi privind informarea opiniei publice cu privire la actiunile ce necesita protectia mediului inconjurator.
Fapt deosebit de important, in practica uzuala s-a introdus un nou sistem pentru planificarea operatiunilor de folosire a reziduurilor. Astfel, se cauta sa se asigure certitudinea ca la deversarea lor se vor respecta cu strictete rigorile standardelor, iar acolo unde acest lucru este posibil reziduurile vor fi recuperate si reciclate.
Actul mai mentioneaza, de asemenea, pedepse progresive pentru un mare numar de abateri legate de poluare, un numar substantial dintre acestea referindu-se la depozitarea deseurilor pe sol.
Deversarea produselor poluate in rauri si estuare este controlata de mai multi ani si s-au dat dispozitii suplimentare pentru a se asigura evitarea completa a infiltrarii lor in apele subterane si pe litoral.
In ceea ce priveste prevenirea poluarii de catre asezarile si aglomeratiile urbane, peste 95 % din locuinte sunt prevazute cu un drenaj principal, iar canalizarile deservesc peste 4/5 din populatie, ceea ce reprezinta, dupa standardele internationale, o proportie foarte ridicata. Preocuparea pentru asigurarea unei puritati inalte a apelor Tamisei se impune si datorita faptului ca fluviul asigura peste 75 % din necesarul de apa potabila a mai mult de 12 milioane de locuitori din bazinul sau.
Fluviul Tamisa
Datorita actiunii conjugate oamenilor de stiinta, inginerilor si personalului administrativ, Tamisa este astazi unul dintre cele mai curate fluvii ale lumii. Prin masurile elaborate, industria britanica de profil se plaseaza in avangarda celor ce utilizeaza tehnologii novatoare in tratarea apelor. Controlul calitatii apei se realizeaza cu o retea de statii automate de monitorizare, amplasate in locuri unde pot aparea deversari poluante. Ele efectueaza o serie de analize in ce priveste calitatatea apei la timpi prestabiliti. Unele statii sunt dotate cu sisteme proprii de emisie si comunica direct la un centru de coordonare valorile determinate sau de alarma in caz de depasire a limitelor admisibile.
In acest mod se poate localiza rapid sursa de poluare si se pot lua urgent urgent masuri de remediere si penalizare a vinovatilor. Astfel de statii automate formeaza o retea de supraveghere a fluviului si afluientilor sai.
In scopul imbunatatirii calitatii apei, pe fluviu a fost lansata o nava speciala de injectat oxigen. Avand o viteza maxima de 15 km/ora, ea introduce in apele Tamisei peste 30 t oxigen pe zi. Echipamentele navei filtreaza apa de impuritati si o readuc apoi in fluviu, prin conducte laterale, impreuna cu oxigenul obtinut direct din aer. O zi de activitate a acestei nave echivaleaza cu o ploaie puternica, asigurand astfel un mediu adecvat pentru vietuitoarele acvatice, in special pentru pesti.
Ca rezultat al eforturilor conjugate, poluarea a scazut in ultimii ani cu peste 90 %. Cea mai semnificativa dovada a renasterii fluviului o constiuie reaparitia somonului in apele sale, dupa mai bine de 200 de ani de la disparitia sa din Tamisa. Pasarile si vietatile acvatice sunt si ele prezente din nou acum in numar mare. Peste 100 de specii au ost inregistrate recent, in timp ce in urma cu 50 de ani nu se puteau intalni numai cateva.
Depoluarea a facut sa apara si unele aspecte negative. Viermii patrund din nou in carenele ambarcatiunilor din lemn, in piloni si in podete, distrugandu-le. De asemenea, frumoasele lebede albe, pasari ce se pot remarca in cele mai pitoresti locuri de pe fluviu, au de suferit datorita pescarilor, tot mai numerosi pe malurile Tamisei. Desi ocrotite de lege, numarul lor este din ce in ce mai redus, intrucat foarte multe mor intoxicate cu plumbul de la unditele pescarilor cazut pe fundul apei si pe care ele il inghit impreuna cu nisipul ce le faciliteaza digestia.
Windsor Castle and River Thames, Windsor, Berkshire, England, UK
Problemelor poluarii apelor li se acorda in continuare o atentie deosebita. Societatea Regala de Chimie a atras atentia asupra faptului ca nivelul poluarii cu azotati a cursurilor unor ape, printre care si afluientii Tamisei, a devenit mai ridicat decat cel admis de prevederile sanitare. Cresterea poluarii cu aceste substante se datoreaza utilizarii abuzive a ingrasamintelor chimice, pe care in unele regiuni fermierii le folosesc in cantitati de cinci ori mai mari decat in urma cu cinci decenii. printre masurile de remediere propuse s-a sugerat studierea posibilitatii, intr-o mai mare masura, a ingrasamintelor naturale organice.
Substantele poluante pe baza de azot au ca efect cresterea ingrijoratoare a algelor, ceea ce se poate solda cu moartea a numeroase specii acvatice.
Intr-o perioada in care problemele poluarii mediului ambiant datorita gravitatii lor, fac obiectul unor mereu mai ample dezbateri internationale. Depoluarea Tamisei poate constitui un imbold in vederea realizarii unor actiunii conjugate, la scara planetara pentru combaterea acestui flagel. Fiecare locuitor al Terrei si, in special oamenii de stiinta trebuie sa aiba o mai clara viziune si o responsabilitate morala crescuta in aceasta privinta.
Ce se intampla cu stelele dupa ce si-au epuizat rezervele nucleare si nu mai sunt in masura sa le aprinda pe cele urmatoare ?
Am vazut ca steaua, mai mult sau mai putin linistit, adesea intr-un mod violent, scapa de prisosul ei de energie. Odata cu energia steaua elimina si materie, pana la parti importante din masa sa.
Dupa ce reactiile termonucleare s-au stins, steaua pierde (radiaza) repede energia, care, nemaifiind improspatata, scade vertiginos, si cu ea scad si fortele interne care au produs expansiunea,iar stralucirea stelei scade. Fortele gravifice ajung preponderente si produc contractia materiei care a mai ramas. Dimensiunile stelei, ca si luminoitatea se reduc mult, iar steaua devine o stea pitica, care mai traieste inca pe baza caldurii acumulate. Dupa ce si-a pierdut si aceasta energie ramasa, nu mai poate lumina si devine o pitica neagra, deci o stea stinsa, adica moarta.
Caile spre stingera stelei sunt mai multe, dupa masivitatea ei.
Daca dupa fazele de mai sus, masa ramasa a stelei este in jur de o masa egala cu a Soarelui sau mai mica, steaua devina o pitica alba. Sub povara propriei sale greutati, mai ales ca elementele grele sunt cele preponderente, steaua se contracta mult, densitatea materiei tot mai ingramadita creste, iar presiunea mare in crestere sfarama edificiul atomic in care electronii formeaza o pavaza in jurul nucleului. Atomii fiind striviti, electronii se elibereaza formand un gaz in care ei ocupa cele mai joase nivele de energie. Asa fiind ei nu mai pot cobori pe nivele mai joase, deci nu mai sunt capabili sa emita energie, formand un gaz degenerat (incapabil sa emita energie).
Am putea face o comparatie cu o sala de spectacole in care se ocupa complet locurile din fata, cei intarziati ocupand locurile ramase in spate. La stingerea luminilor, contrar obiceiului de a se ocupa locurile din fata, nu se poate produce nici o miscare deoarece toate locurile sunt deja ocupate.
Nucleele elementelor mai pot emite oarecare energie. Avem astfel o stea in care interiorul e format dintr-un gaz de nuclee aflate intr-un gaz degenerat de electroni, iar in exterior are un strat foarte subtire de atomi intregi nesfarmati.
Firmiturile atomului: nuclee si electronii ocupa un volum mult mai mic decat atomul intreg si de aici volumul mic al piticelor albe. In acest fel o masa cat a Soarelui este inchisa intr-o sfera de acelasi ordin de marime cu Pamantul, de unde rezulta enorma densitate de sute de tone pe cm³. Stralucirea unei pitice albe este abia o sutime sau chiar o miime din aceea a Soarelui, pe care o realizeaza prin caldura stransa in reactiile termonucleare dinainte si intr-o mica masura din miscarea nucleelor elementelor. Timpul de racire a piticelor albe este de cateva sute de milioane de ani, dupa care steaua se stinge sub forma unei pitice negre.
Daca masa ramasa a stelei este in jur de doua mase solare, dupa explozia de supernova, prabusirea ei este mai puternica. Din cauza greutatii mari se surpa nu numai atomii, ci la randullor sunt strivite si nucleele atomilor, care se desfac in protoni si neutroni. Continuarea prabusirii reduce si mai mult dimensiunile stelei, care ajunge la o raza de cativa zeci de kilometri. Ingramadind masa intr-o astfel de sfera mica, steaua, numita stea neutronica, ajunge pana la o densitate de sute de milioane de tone pe cm³.
Desigur, aceste stele sunt prea marunte pentru telescoapele optice,dar spre norocul nostru ele sunt surse radio, proprietate care le face „vizibile” pentru radiotelescopae. Unele din acestea pulseaza, adica emit impulsuri foarte regulate si foarte scurte de ordinul fractiunilor de secunda. Astfel, in 1967, a fost descoperita prima stea de acest fel, numita pulsar.
Variatia atat de rapida a stralucirii pe unde radio si mai ales regularitatea foarte stricta a semnalelor a dus la o explicatie falsa: ca aceste semnale sunt produse de anumite civilizatii extraterestre care, dispunand de o tehnica grandioasa, ne fac semne disperate pentru a dovedi existenta lor.
Pitica albaSupernovaStea neutronicaGaura neagra
In urma unor temeinice calcule s-a ajuns la o explicatie satisfacatoare: emisia de unde radio este mai puternica intr-o regiune a stelei care se roteste foarte repede si este situata probabil in jurul polilor magnetici. Deci steaua este un fel de far. Dar, daca o stea, fie si de micile dimensiuni ale unei pitice albe, s-ar roti atat de repede, din cauza fortelor centrifuge mari s-ar imprastia. Deci pulsarul nu poate fi mai mare ca o stea neutronica. Este prin urmare o faza din viata stelei neutronice. cu timpul, pulsatia stelei neutronice se stinge si inceteaza de a mai fi un pulsar.
Pentru mase mai mari, prabusirea este mai intensa, incat sfarma si protonii in particule mai mici, care vor ocupa un volum si mai mic: o masa solara intr-o sfera cu o raza de un metru, cu o densitate necrezut de mare, de ordinul unui miliard de tone pe cm³. Acestea sunt gaurile negre.
Iata deci trei forme prin care steaua isi incheie o indelungata activitate ca izvor de energie. Pana aici se pare ca rolul stelelor este de a aglomera materia pentru a o stoarce de energie si de a umple spatiul cu acest soi de monstri superdensi, transformandu-l incet, incet, intr-un urias cimitir al stelelor in care acestia circula ca niste rechini infometati, cautand sa inghita materia ce leiese in cale.
Cu reactiile termonucleare incepe a doua faza din viata stelei. Steaua este complet formata, nu se contracta si nu se dilata, fortele fiind in echilibru. De aici inainte steaua revarsa in mod constant aceeasi energie, care alimenteaza intreg sistemul ei de planete, iar aceasta se dezvolta la fel ca si semenele lor din sistemul solar, steaua indeplinind cu demnitate toate functiile Soarelui.
Evolutia stelei depinde de temperatura ei. Vom considera ca fierbinti stelele a caror temperatura la suprafata e mai mare decat aceea a soarelui (6 000 K) si ca reci stelele cu temperaturi mai mici decat a Soarelui la suprafata. Astfel, la stelele fierbinti avem temperaturi pana la 50 000 K, in timp ce la stelele reci ea poate cobori pana la 3 000 K.
De unde provin aceste temperaturi atat de deosebite ?
Din cauza maselor diferite. La o stea cu masa mai mare decat a Soarelui, ingramadirea fiind mai mare se ajunge la temperaturi mai mari si de aceea devine fierbinte, in timp ce la steaua cu masa modesta si temperaturile sunt ca atare, deci devine rece.
Stelele reci ard hidrogenul pe baza lantului proton mai lent, iar stelele fierbinti reusesc sa amorseze ciclul carbon mai pretentios, dar mai darnic, fiind mai rapid. Arderea hidrogenului are loc nu in toata masa stelei (ca un foc de paie), ci numai in centrul ei, unde se atinge temperatura necesara arderii. Aceasta parte este nucleul stelei, a carui masa reprezinta cam o zecime din masa stelei. Aici are loc o ardere lenta (ca a unui lemn de stejar, esenta tare) a hidrogenului care tine timp indelungat, dar diferit, dupa masa stelei.
La stelele masive arderea e mai activa, mai intensa, hidrogenul, desi in cantitate mai mare, se consuma mai repede, iar la cele mici, arderea lenta se extinde pe o perioda mai lunga. La stelele fierbinti arderea hidrogenului in nucleu are loc intre doua milioane si un miliard si jumatate de ani. La stelele ca Soarele si mai reci, aceasta faza tine pana la 12 miliarde de ani.
Reactia de fuziune termonucleara intr-o stea
Aceasta este cea mai lunga faza din viata stelei, faza de echilibru afortelor sale, in care dimensiunile ei ca si energia pe care o revarsa raman aceleasi. Este faza in care se afla Soarele nostru.
Ce se intampla in acest timp cu tanarul sistem de planete al stelei ?
Planetele se contureaza si, printr-o asezare dupa densitati a materiei, se formeaza straturile solide si fluide, suprafata si atmosfera, toate in campul de radiatii al stelei.
Pe unele planete, unde conditiile sunt favorabile, exista o atmosera analoga cu cea terestra, umiditate suficienta si caldura care nu variaza prea mult (cum e pe Luna). La adapostul atmosferei care cerne radiatiile prea puternice ale stelei, materia anorganica poate sa evolueze spre cea organica, din care vor apare celulele vii si fiintele. Se deruleaza erele geologice, care produc vietatile pana la fiintele inteligente, capabile sa inteleaga legile materiei si sa modifice in folosul lor suprafata planetei pe care locuiesc.
Conditiile de mai sus enumerate sunt esentiale, dar viata e supusa si altor conditii.
Dupa ce steaua termina arderea hidrogenului in nucleul ei, acesta, transformat in heliu inceteaza sa emita energie, se stinge, nu inainte de a aprinde straturile invecinate de hidrogen. Ca si la lemnul aprins la un capat, arderea continua in straturi, dar pe intinderi mult mai mari, de unde mai multa energie impinsa spre exterior. Temperatura care a ramas constanta timp indelungat incepe sa creasca si ea, ca si fortele interne.
Fortele interne ajung sa le depaseasca pe cele gravifice si indelungata pace stabilita intre cele doua forte e compromisa. Fortele interne superioare trec la atac producand dilatarea stelei. Creste raza stelei, dar mai ales stralucirea ei. Pe masura arderii hidrogenului, nucleul de heliu al stelei creste, iar stralucirea ei poate deveni de o mie de ori mai mare. Steaua ajunge o stea gigantica.Aceasta faza de expansiune este a treia faza din viata stelei.
Hidrogenul din stea arde in continuare, pana la epuzare, cand steaua se transorma in stea de heliu. Si aici se termina in general arderea nucleara si odata cu ea si expansiunea stelei.
Steaua gigantica Betelgeuse, una dintre cele mai mari stele din galaxia Calea Lactee, de o mie de ori mai mare decat Soarele
In cazul cand steaua este mai masiva decat Soarele, cu masa cel putin dublul celei solare, evolutia ei este mai bogata. Nucleul de heliu din centrul stelei este atat de masiv incat incepe sa se surpe sub povara propriei sale greutati. Un centimetru cub ajungand sa aiba o greutate de un kilogram, contractia rapida a nucleului poate asigura o temperatura de 140 milioane de grade, suficienta pentru a aprinde heliul spre a-l impacheta (cate trei nuclee cu ponderea patru) pentru a obtine carbon (avand ponderea 12) si o mare cantitate de energie. Aceasta stea va functiona ca un agregat cu doua motoare: arderea hidrogenului in straturi si arderea heliului in nucleul ei. Rezulta o mare eliberare de energie, deci o expansiune mai rapida a stelei.
Dupa epuzarea heliului in nucleu, acesta este format din carbon, iar arderea heliului continua in straturi, in urma arderii hidrogenului intr-un strat superior, carefurnizeaza heliul. Steaua isi incheie existenta ca o stea de carbon.
Daca steaua e mai masiva, ca si in cazul precedent, nucleul de carbon masiv se prabuseste la randul sau si poate ajunge la temperatura de amorsare a arderii carbonului carefurnizeaza oxigenul. Tinand seama de arderile anterioare care au trecut in straturi, steaua va avea 3 motoare in urmatoarea ordine:arderea carbonului in nucleu, arderea heliului, apoi mai spre exterior a hidrogenului in straturi. Ne putem inchipui marea cantitate de energie emisa de steaua care va sfarsi ca stea de oxigen.
La stele din ce in ce mai masive, dupa modelul de aici, reactiile termonucleare se succed in ordinea vazuta, ajungand pana la stea de fier. Dar sa retinem un fapt foarte important: o reactie nucleara nu se aprinde in mod automat din cea precedenta. Steaua daca e masiva, prin contractarea nucleului poate completa caldura necesara pentru a aprinde reactia urmatoare.
Deci nu fiecare stea isi epuzeaza continutul de energie pana la fier, ci pana unde e capabila sa aprinda reactiile succesive. Dupa masele lor, vom avea stele de hidrogen, de heliu, de carbon, de oxigen… de fier lasfarsitul arderilor nucleare.
E cert ca o stea masiva cu multiplele sale motoare va urniza cantitati enorme de energie care-i asigura o expansiune rapida, o crestere a stralucirii sale, care salta steaua in categoria supergiantelor.
Odata cu incetarea reactiilor termonucleare, inceteaza expansiunea stelei, deoarece fortele interne descresc si steaua culmineaza ca giganta sau supergiganta.aici se termina faza a treia a vietii stelei. Aceasta faza, scurta in raport cu cea de echilibru, are o durata doar de ordinul a catorva zeci de milioane de ani.
O stea, in existenta ei, revarsa torente de energie in jur pe care nu o mai recupereaza. Energia provine din masa stelei, care, desi foarte lent, dar cu timpul se micsoreaza. Energia e eliberata de o reactie termonucleara care transforma un element chimic mai usor in altul mai greu; o stea de hidrogen devine o stea de heliu si asa mai departe.Se schimba deci compozitia stelei.
Pe de alta parte, stelele elimina materie in jurul lor prin radiatie corpusculara lenta (vant stelar) si uneori in mod violent prin jeturi de gaze. La unele stele, peste radiatia corpusculara se pot suprapune mari eliminari de materie, ca la steaua β din constelatia Lira. Altele prezinta explozii puternice, ca steaua P din Lebada. Uneori asistam la o crestere rusca a stralucirii unei stele: pe locul unde cu o puternica luneta abia se zarea o stea minuscula, apare o stea vizibila cu ochiul liber.
Masa stelei se schimba cu timpul, ca si compozitia ei. Steaua nu-si poate reintregi pierderea masei si a energiei sale, pentru ca nu are de unde. Aceasta schimbare continua si in acelasi sens: al micsorarii masei si al cresterii ponderii elementelor sale, este confirmarea evolutiei, adica a vietii stelei.
Din ce se formeaza stelele ?
Fara indoiala din materia zisa neorganizata, care umple foarte neuniform spatiul dintre ele si care, atunci cand e mai densa, apare ca o nebuloasa. Observatia confirma aceasta afirmatie. Sunt stele fierbinti, care au la suprafata temperaturi de zeci de mii de grade, inconjurate de nori de gaze. Intr-un nor de gaze au fost observate niste obiecte (corpuri) stralucitoare, sferice, care isi schimba forma; se pare ca sunt stele in formare, care se deplaseaza impreuna cu norul.
Dovada cea mai concludenta ne-o prezinta doua stele: AE din constelatia Vizitiului si μ din Porumbelul. Sunt asezate departe una de alta pe cer, dar ceea ce surprinde este aptul ca au viteze mari, diferite de acelea ale stelelor din jur. Vitezele lor prea mari si egale in directii diferite ne fac sa le asociem, banuind ca fug din acelasi motiv. Prelungind in sens contrar linia vitezei, avem directia de deplasare in urma (inapoi) a stelei. Directiile celor doua stele se intersecteaza intr-un punct si, mai mult, se poate calcula ca ambele s-au aflat deodata in acest punct, care este situat in marea nebuloasa din constelatia Orion. Deci, ele s-au format in acelasi timp in aceasta nebuloasa, de unde au fost expulzate.
Nasterea stelelor
Iata in cele ce urmeaza modul de formare a stelelor.
Intr-o masa de gaze exista forte principale: fortele gravifice sau greutatea particulelor care tinde sa le ingramadeasca spre centru si fortele de expansiune, zise forte interne, care cauta sa dilate cat mai mult gazul. La fel se intampla si in interiorul stelei : fortele gravifice produc contractarea stelei, iar fortele interne cauta sa produca expansiunea ei. Intreaga viata a stelei e o lupta intre aceste doua forte: daca fortele gravifice sunt prea mari, steaua se afla in faza de contractie (prima faza); daca ele sunt egale steaua este in echilibru, pastrand aceleasi dimensiuni (faza a doua); daca fortele interne sunt preponderente, ele duc la dilatarea stelei (faza a treia).
La inceput putem admite ca materia interstelara formeaza nori de materie, la o temperatura scazuta. In acest caz, fortele interne sunt foarte reduse, iar fortele gravifice dominante incep sa comprime norul. Aici porneste prima faza din evolutia stelei. Norul neuniform are unele regiuni unde materia e mai densa. Acestea vor atrage materia din jur devenind centre de ingramadire, care cresc tot mai mult. Fiecare particula a norului tinde spre unul din din centre, incat norul se rupe in parti, de forma sferica in jurul centrelor. In fiecare din acestea, materia continua sa se condenseze tot mai mult, formand niste gauri negre deoarece nu emit energie.
E drept ca ingramadirea materiei produce o incalzire a gaurii (globulei), dar prea mica pentru a razbate in afara ei. Fiecare particula ce intra in ingramadire fiind in miscare, deoarece stim ca materie in repaus nu exista, totalitatea miscarilor particulelor da globulei o miscare de rotatie. Globulele negre pot fi observate ca niste pete negre pe fondul cerului luminat de o nebuloasa.
Sa urmarim mai departe o globula neagra. contractandu-se in continuare se incalzeste; o parte din energie razbate spre exterior si globula incepe sa se lumineze in rosu. Zicem ca globula a devenit o protostea. Fortele interne cresc, dar inca nu sunt destul de puternice pentru a opri contractia produsa de fortele gravifice.
Protostea
Contractarea are si faze rapide, adica prabusiri, cand intr-un timp scurt volumul stelei se micsoreaza mult. Putem da un exemplu: o cladire ocupa un volum al sau. In urma unei calamitati, cladirea se prabuseste, spatiile goale (incaperile) dispar, iar molozul rezultat, desi contine toata materia cladirii, va ocupa un volum mult mai mic.
La fel se intampla si cu protosteaua: volumul ei se micsoreaza mult, comprimarea rapida eliberand mult mai multa energie decat faza lenta de contractare. Acum, protosteaua are indeajuns de multa energie pentru ca moleculele din interior sa fie disociate (rupte in atomii ce o compun). Dar desfacerea (disocierea atomica) nu se opreste aici: atomul incalzit pierde electronii devenind un ion. Materia se ionizeaza. La temperaturi crescande, ionii pierd toti electronii, devenind nuclee, gata sa produca reactii. Tot mai multa energie iese din protostea care astfel devine mai stralucitoare si culoarea ei tinde spre galben.
Concomitent, are loc si un alt fenomen. Daca raza protostelei, in urma contractarii, se micsoreaza, aceasta se va roti tot mai repede. Protosteaua se turteste mult si se apropie de forma unui disc (o sfera foarte turtita). Materia la marginea discului nu poate urmari rotatia tot mai rapida a protostelei si se rupe de aceasta, formand un corp aparte. Corpul rupt e o parte mica a protostelei si se cazneste sa se roteasca in jurul protostelei-mama, dar intarzie mereu in rotatia sa si, din cauza frecarii cu mediul prin care trece, se desface in mai multe bucati. Acestea se rotunjesc, formand niste sfere care, la randul lor, se contracta in jurul centrelor lor. Astfel apare o familie de corpuri: protosteaua-mama si un numar de puisori ai ei. Acestia, avand mase mici, desi se contracta, nu sunt in stare sa se incalzeasca prea mult, ci se racesc, formand corpurile reci la suprafata, numite planete.
Sistemul planetar apare deci in urma evolutiei stelelor ca un accident, la un moment dat. Planetele se vor roti, cu viteze mai mici, in jurul protostelei.
Marea masa a protostelei isi urmeaza mai departe evolutia. Se contracta in continuare, de unde cresterea temperaturii pana la milioane de grade absolute. Fortele interne cresc, dar inca nu sunt capabile sa opreasca contractarea, ci doar s-o incetineasca. Cand se ajunge la temperatura de amorsare a hidrogenului, incepe o eliberare masiva de energie: fortele interne ajung pe cele gravifice. Contractarea se opreste, iar protosteaua devine stea. Toata evolutia pana aici are loc in aproximativ zece milioane de ani.
ORIZONT ALTERNATIV 