În timpul zilei le împărtășește elevilor pasiunea sa pentru fizică, iar seara privește în cele mai obscure cotloane ale Universului, pentru a-i studia evoluția. Este vorba despre profesorul Radu Murdzek din Roman, care accesează pe Internet baze de date complexe cu pozițiile a mii de galaxii, cu scopul de a studia exotica teorie a „corzilor cosmice”, pe cărei temă a publicat o mulțime de lucrări în reviste internaționale. ![]()
Cum a evoluat Universul, și cum arată el în totalitatea lui? Iată numai câteva întrebări care i-au preocupat atât pe filozofi cât și pe oamenii de știință. În timp a devenit clar că limitele Universului observabil par să fie date de viteza luminii și de vârsta Universului. Practic, ceea ce vedem este în același timp și o fotografie a trecutului: cu cât privim obiecte mai îndepărtate, cu atât i-a luat luminii mai mult timp să ajungă la noi, deci imaginea acelor obiecte este mai „îndepărtată” în timp. Așa se face că fotografia unei galaxii aflate la un miliard de ani lumină reprezintă imaginea ei de acum un miliard de ani. În același fel, fotografia unei galaxii aflate la 13 miliarde de ani lumină depărtare de noi reprezintă o imagine de la începutul Universului, pentru ca acum aproximativ 13 miliarde de ani a avut loc Marea Explozie, Big-Bangul.
Profesorul Radu Murdzek, de la Şcoala cu clasele 1-8 nr. 1 din Roman este pasionat de această perspectivă asupra istoriei Universului. Printre lecțiile pentru elevi si îndatoririle pe care orice profesor le are, el își face timp să investigheze structura galaxiilor din Univers, accesând bazele de date care astăzi sunt disponibile cercetătorilor. Ele furnizează pozițiile în Univers a sute de mii de galaxii, iar profesorul Murdzek analizează pe baza lor structurile macrocosmice pe galaxiile le formează. Căci, trebuie spus, până acum câteva zeci de ani, astronomii credeau că galaxiile sunt așezate la întâmplare, dar oarecum uniform în tot Universul. Recent însă, pe baza acestor baze de date, a devenit clar că Universul macrocosmic are o structură filamentară, ca o complicată pânză de păianjen întrețesută în spațiul tridimensional.
Natura acestei structuri este astăzi subiect intens de cercetare. Două teorii ies în evidență. Prima teorie spune că structura filamanentară a apărut natural odată cu expansiunea universului, tot așa cum atunci când rupem coca de pâine în două mai rămân câteva fire de cocă ce atârnă dintr-o parte în alta.
O alta teorie, mai exotică, spune că spațiul Universului a căpătat, printr-un mecanism necunoscut încă, uriașe falii, denumite „corzi cosmice”. Acestea s-ar asemăna liniilor de spărturi care apar în geam, sau defectelor care apar în cristale la tranziții de fază. Corzile cosmice ar avea diametre minuscule, de dimensiunea unui proton, dar lungimi uriașe, care se întind de-a lungul Universului, formând o adevărată rețea tridimensională. Mai mult, aceste corzi ar fi foarte masive, pe o lungime de câțiva kilometri având mase de ordinul masei Pământului. Datorită puternicelor sale câmpuri graviaționale, corzile cosmice ar fi agregat în jurul lor galaxiile, spun unii cercetatori, ceea ce face sa vedem noi acum o structură filamentară a organizării acestor galaxii. Practic, în timp, galaxiile ar fi urmat aceste corzi cosmice în procesul lor de formare, tot așa cum firele de nisip urmează forma unei suprafețe pe care sunt turnate.
Profesorul Murdzek investighează în special cea de-a doua teorie. De la calculatorul său, el analizează această structură filamentară a Universului, calculând ceea ce matematicienii denumesc „dimensiunea fractală”, pe porțiuni mici de Univers, conţinând câteva mii de galaxii. Această dimensiune este o măsură a fragmentării Universului. Cu cât ne uităm mai adânc în Univers, spune profesorul Murdzek, cu atât privim mai mult în trecut și vedem o structură din ce în ce mai puţin fragmentată, fapt care ne arată că Universul se află în evoluţie.
Calculele sale confirmă acest scenariu. Dimensiunea fractală crește de la 1.9 în apropierea noastra și se saturează în jurul valorii de 2 la distanțe de aproape 1 miliard de ani lumină. Cu alte cuvinte, în trecut, acum un miliard de ani, Universul era mai uniform, iar structura filamentară s-a dezvoltat pe măsură ce Universul a evoluat. Rezultatele profesorului Murdzek, publicate în reviste internaționale, sunt des citate. Ceea ce caută profesorul este însă o conciliere între modelele cosmologice standard şi teoriile sistemelor cu autoorganizare.
Dacă aceste corzi cosmice sunt într-adevăr la originea structurii filamentare a Universului, rămâne de văzut. Ceea ce este însă sigur este că profesorul Murdzek are ce să le povestească elevilor săi, dincolo de informațiile din manuale. Căci ce altă bucurie mai mare poți avea ca elev decât să primești lecții de la un profesor care caută în depărtările Universului misterul evoluției sale?
Articol realizat pentru Cercetarea Românească de Cristian Presură.
Referință articol științific: R. Murdzek A direct link between large-scale structure and cosmic strings, Chaos, Solitons and Fractals 33 (2007), pp. 748–753.
Descoperirea unor creşteri rapide a nivelului oceanelor
1) Domnule Onac, într-o perioadă în care se vorbește despre nivelul oceanelor în contextul încălzirii globale, aţi publicat pe 11 Februarie în revista Science un articol despre nivelul oceanelor de acum 80 de mii de ani. Puteți descrie pe scurt modul cum decurge o astfel de măsurătoare?
Termenul mai exact ar fi cel de reconstrucție al nivelului mării. Astfel de reconstrucții se pot face fie pe seama unor evidențe geomorfologice cum ar fi terase sau nișe de abraziune marină, fie studiind recifi de corali fosili, sedimente marine de adâncime sau anumite depozite din peșterile formate în zona litorală. Acestea din urmă au făcut obiectului studiului nostru, care a pus în evidență existența pe pereții peșterilor și pe stalactitele preexistente a unor depuneri minerale bulboase (a se vedea fotografia). Aceste formațiuni cu morfologie particulară s-au putut forma doar atunci când nivelul mării a staționat la respectivul nivel o perioadă de timp suficient de lungă, care să permită acumularea materialului mineral în jurul stalactitelor. Astfel de orizonturi cu formațiuni bulboase au fost identificate la 1 și 3 metri deasupra nivelului actual al mării, precum și la adâncimi de -15 și -22 m. Orizontul situat la +3 m reprezintă poziția nivelului mării din timpul ultimului interglaciar (perioada cea mai caldă a ultimilor 150.000 de ani, când calotele glaciare s-au topit aproape în totalitate și nivelul mărilor și oceanelor a fost undeva cu 3 până la 6 m mai ridicat decât în prezent. Orizonturile descoperite de scafandri în peșterile studiate de noi la -15, respectiv -22 m, reprezintă poziția nivelului mării corespunzătoare unor perioade glaciare. Relația dintre nivelul oceanelor și perioadele glaciare sau interglaciare este una de proporționalitate: în perioadele când calotele glaciare erau extinse exista mai puțină apă în oceanul planetar (aceasta era prinsă în gheață), în timp ce reducerea volumului gheții ca urmare a topirilor din perioadele calde au condus la creșterea nivelului mărilor și oceanelor.
1. Formațiuni bulboase aflate la nivelul actual al mării în peșterile din Mallorca. © Bogdan P. Onac (foto Onac)
Întrucât ultima perioadă caldă (cea de acum ca. 127.000 până la 115.000 de ani în urmă) este relativ bine studiată, ne-am concentrat atenția asupra orizontului situat la 1 m deasupra actualului nivel al mării. Datarea radioactivă uraniu/thoriu (U/Th) a depunerilor minerale a permis determinarea cu precizie a vârstelor formațiunilor bulboase, care s-au format cu cca. 81.000 de ani în urmă. Deoarece insula Mallorca este stabilă din punct de vedere tectonic (nu se scufundă și nici nu se ridică), semnificația orizontului situat la 1 m deasupra actualului nivel al mării este acela că acum 81.000 de ani, nivelul din Marea Mediterană era cu 1 m mai sus, ceea ce înseamnă că o bună parte din ghețarii formați după ultima perioadă caldă s-au topit.
Ca o paranteză, pentru a înțelege și mai bine semnificația studiului nostru: majoritatea reconstituirilor se fac pe baza recifilor de corali fosili, formațiuni răspândite pe întreg globul. Această metodă prezintă numeroase incertitudini și ridică semne de întrebare, adeseori majore, cu privire la 1) adâncimea la care colonia de corali a trăit (fiecare specie de corali tolerează anumite adâncimi ale apei), 2) proveniența probelor analizate (sunt in-situ sau transportate de la locul în care s-a format reciful), 3) acuratețea cu care recifii surprind schimbările rapide ale nivelul mării și 4) erorile de datare U/Th a coralilor diagenizați. În plus, o parte din recifii studiați anterior sunt localizați în regiuni tectonice active (suferă mișcări de ridicare), pentru care cercetătorii consideră că rata de ridicare a rămas constantă în timp (puțin probabil în realitate). Toate aceste incertitudini pot fi evitate folosind speleotemele (de ex., stalactite) bulboase descrise în lucrarea noastră, care pot înregistra cu o precizie de ordinul centimetrilor pozițiile din trecut ale nivelului oceanului planetar.
2. Detaliu speleoteme bulboase. © Toni Merino (foto: Merino)
2) De ce ați ales regiunea Mallorca? Există și alte zone din lume în care s-ar putea face acest tip de măsurători?
Am ales Mallorca deoarece pe această insulă există numeroase peșteri litorale, toate conținând dovezi abundente ale schimbărilor frecvente suferite de nivelul mării în trecut. În plus, așa cum menționam mai sus, Mallorca este o insulă stabilă tectonic, fapt care dă greutate rezultatelor prezentate.
Astfel de formațiuni (sau asemănătoare) au mai fost identificate și studiate în insulele Bermude, în peșteri scufundate de pe coastele Croației, Italiei și din Bahamas.
3) Demonstrează studiul dvs. că periodicitatea glaciaţiunilor, considerată până acum de 100 de mii de ani, s-ar putea să fie greșită?
Contrar studiilor anterioare, lucrarea noastră ridică un semn de întrebare (nu neagă complet) în ceea ce privește succesiunea ciclurilor glaciare la fiecare 100.000 de ani în emisfera nordică. Faptul că acum 81.000 de ani, la scurt timp (2.000 de ani) după ce s-a înregistrat maximul insolației termice la latitudinea de 65º N, nivelul mării era cu 1 m peste cel actual, arată că în această emisferă ciclurile glaciare s-au succedat la mai puțin de 100.000 de ani, urmând îndeaproape fluctuațiile termice cauzate de schimbarea parametrilor orbitali ai Pământului. Cu toate acestea, trebuie reţinut faptul că nu se poate pune un semn de egalitate între ciclurile glaciare şi insolaţie sau conţinutul de bioxid de carbon. Acţiunea independentă a nici unuia dintre aceşti factori nu determină schimbări climatice atât de drastice. Suprapunerea mai multor factori (unii deja amintiţi, alţii încă necunoscuţi) poate fi, în schimb, responsabilă de fluctuaţii climatice majore. Revenind la ciclul de 100.000 de ani, se pare că acesta se regăseşte în înregistrările de bioxid de carbon și metan din carotele extrase din Antarctica.
4) De ce este de o importanță actuală un astfel de studiu?
Lucrarea noastră a fost percepută că un semnal de alarmă pentru că aduce dovezi clare că nivelul oceanului planetar poate înregistra creșteri (acestea sunt cele care interesează) sau căderi de până la 1 m în doar 50 de ani în condițiile în care impactul antropic era inexistent acum 81.000 de ani. Acest fapt este extrem de important pentru că o treime din populația globului trăiește la mai puțin de 100 de km de țărm.
3. Profesor Bogdan P. Onac
5) În calitatea de profesor al Universității Babeș Bolyai aș dori să va întreb în ce măsură un astfel de studiu ar putea fi făcut integral în România. Care sunt marile lipsuri ale educației și cercetării geologice românești ?
Offf. Cu tristețe trebuie constatat că baza analitică în Universitatea Babeș-Bolyai, ca de altfel în toate celelalte instituţii din România este extrem de săracă. Granturile au fost și rămân prea mici și ne este imposibil să achiziționăm instrumente de ultimă generație cu care am putea face față concurenței științifice din vest. În plus, granturile de cercetare sunt evaluate în mare parte de specialiști de conjunctură, în “familie”, iar monitorizarea strictă şi reală a felului în care fondurile sunt gestionate, dar mai ales ce produse științifice rezultă de pe urma lor este deficitară. Altfel nu pot să îmi explic granturi de multe sute de mii de lei care nu produc nici o lucrare ISI! O evaluare reală a propunerilor de grant, care sa includă mai ales specialişti străini (daca tot ni se solicită să predăm documentatia şi în engleză) şi apoi o monitorizare fără tratamente preferenţiale pentru unii, ar putea ajuta la direcţionarea banilor către directorii de proiecte cu rezultate de excepţie confirmate. Altfel, totul este o amăgire amară care nu poate duce la ştiinţă de calitate.
Răspunsul așadar este NU, nu am fi putut face de la cap la coadă un astfel de studiu în România zilelor noastre. Și este păcat, căci va veni și vremea (sper) când vom avea acces in universitățile din România la instrumente moderne, dar nu o să mai fie cine să le folosească!
Interviu realizat pentru Cercetarea Românească de Lucian Ancu.
Referință articol științific: J.A. Dorale, B.P. Onac, et al. Sea-level highstand 81,000 years ago in Mallorca, Science 327, 860–863 (2010).