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3.S : Résumé - Géosciences


Les minéraux sont les éléments constitutifs des roches et essentiels à la compréhension de la géologie. Les minéraux sont identifiés par leurs propriétés physiques uniques, y compris le lustre, la couleur, les stries, la dureté, l'habitude cristalline, la fracture, le clivage et les propriétés spéciales.


3.S : Résumé - Géosciences


GÉOSCIENCES NSF
AU-DELÀ DE 2000

Comprendre et prévoir la Terre
Environnement et Habitabilité

La communauté géoscientifique se prépare avec impatience à entrer dans le 21e siècle et attend avec impatience les opportunités de recherche et d'éducation stimulantes auxquelles elle sera confrontée au cours de la prochaine décennie. Ces dernières années, les géosciences ont bénéficié d'avancées majeures dans la compréhension des systèmes terrestres et des interactions complexes entre les différents éléments : atmosphère, océan, surface terrestre et biosphère. Ces avancées spectaculaires offrent désormais de nouvelles opportunités améliorées aux géosciences, en combinaison avec des disciplines sœurs, pour fournir des services importants à la nation grâce à la prédiction d'événements potentiellement nocifs ou bénéfiques.

Pour fournir une stratégie visant à faire progresser et à intégrer les connaissances scientifiques dans le large éventail de géosciences et à fournir des services essentiels au pays, la Direction des géosciences s'engage périodiquement dans une activité de planification à long terme pour évaluer les opportunités et les exigences en matière de recherche, d'éducation et d'infrastructure. . Le processus implique des communications fréquentes et une participation active entre les communautés de la recherche scientifique et de l'éducation et le personnel de la Direction des géosciences. Le Comité consultatif pour les géosciences a joué un rôle clé dans l'élaboration de la stratégie à long terme. Le comité est composé d'éminents chercheurs et éducateurs des disciplines géoscientifiques et des secteurs universitaire, gouvernemental et privé. De plus, un groupe de travail spécial a été mandaté pour aider à l'élaboration de la stratégie et de ce plan.

Le document issu de cette étroite collaboration, NSF Géosciences au-delà de 2000, poursuit le processus essentiel de planification des géosciences, mais il adopte une perspective à plus long terme en reconnaissance à la fois du 50e anniversaire de la NSF et du début d'un nouveau millénaire. Ce plan pour sa première décennie est basé sur plusieurs hypothèses clés. Le financement disponible pour la Direction des géosciences augmentera probablement au cours de cette période, mais les pressions continueront de sélectionner et de récompenser les efforts les mieux notés. La Direction continuera à rechercher des partenariats au sein de la NSF, avec des agences sœurs et avec la communauté internationale afin de maximiser l'impact de son financement. En particulier, la Direction redoublera d'efforts pour élargir les possibilités d'éducation à tous les niveaux, de la maternelle aux études supérieures, ainsi que pour fournir une base scientifique à la main-d'œuvre du 21e siècle.

Nous sommes heureux de pouvoir partager la vision énoncée dans ce plan. Nous sommes certains que la nouvelle directrice adjointe des géosciences, la Dre Margaret Leinen, et le nouveau président du comité consultatif, le Dr David Simpson, s'efforceront d'élargir le rôle des géosciences et soutiendront la communauté dans ses efforts pour amener la vision à concrétisation au cours des prochaines années.

Robert W. Corell
Directeur adjoint pour les géosciences

Susan Avery
Président, Comité consultatif pour les géosciences

I. LE CONTEXTE D'UNE DÉCENNIE DE DÉCOUVERTE

La Terre est unique dans notre système solaire. Parmi les planètes, la Terre seule a la capacité de soutenir une si vaste panoplie de vie en évolution. La Terre est également en constante évolution. Son orbite autour du Soleil fait varier sa structure physique et chimique, son climat, ses conditions météorologiques et sa capacité à supporter les changements de la vie à de nombreuses échelles de temps Les courants océaniques changent le niveau de la mer monte et descend les continents dérivent les montagnes se forment et s'érodent les espèces animales et végétales évoluent et les écosystèmes terrestres et marins changement. La plupart de ces variations se produisent et continueront de se produire en raison de forces naturelles persistantes.

Parce que la variabilité naturelle de la Terre a des effets profonds sur la société à la fois économiquement et en termes de qualité de vie, les géoscientifiques ont cherché à comprendre les processus de base qui expliquent ces changements. C'est le défi des géosciences -- les sciences atmosphériques, océaniques et de la Terre solide. Les géosciences ont fait d'énormes progrès au 20e siècle en perçant certains des mystères les plus difficiles du système Terre et, ce faisant, ont engendré et amélioré notre appréciation du caractère unique de la planète Terre.

Aujourd'hui, nous sommes profondément conscients que la société a la capacité de modifier et/ou d'exploiter les environnements physiques, chimiques, biologiques et géologiques de la planète à toutes les échelles - locale, régionale et même mondiale. Les impacts humains sur la composition atmosphérique, l'océan mondial, le système climatique, le cycle de l'eau, le paysage, la Terre solide et la diversité de la vie elle-même augmenteront presque certainement au cours du prochain siècle à mesure que la population mondiale augmente, les économies se développent et les technologies émergent. Dans le même temps, en raison de notre infrastructure sociale et technologique de plus en plus complexe, nous sommes plus vulnérables que jamais aux risques naturels, aux variations biologiques et aux influences anthropiques. Vu de manière plus positive, en raison de notre compréhension plus complète de l'environnement de la planète, nous avons de nouvelles opportunités imprévues d'améliorer les normes et la qualité de vie.

Dans son contexte moderne, les géosciences englobent non seulement les études des composants de la Terre et de leurs interactions, mais incluent spécifiquement les études des influences humaines et considèrent les impacts sur la société. Ces études s'appuient sur un large éventail d'expertises scientifiques et technologiques par le biais d'enquêtes disciplinaires traditionnelles et interdisciplinaires en expansion. La compréhension croissante des liens au sein du système terrestre permet le développement de modèles complets capables de prédire les événements environnementaux et planétaires avec plus de précision que jamais.

Des percées dans l'observation, la modélisation et la compréhension des systèmes terrestres complexes arrivent juste au moment où la société a un besoin critique de conseils scientifiques solides sur la façon d'atténuer ou de s'adapter aux changements dans l'habitabilité de la planète. Les géosciences sont prêtes à apporter d'énormes contributions pour améliorer la qualité de vie en fournissant des informations utiles aux décideurs sur les processus planétaires clés, leurs interactions complexes et, si possible, leurs implications futures. Les avantages d'un aperçu géophysique complet sont partout évidents - le besoin de recherches avancées en géosciences n'a jamais été aussi urgent - la promesse n'a jamais été aussi grande.

II. UNE VISION POUR LA DÉCENNIE À VENIR

Reconnaissant la vision de la National Science Foundation (NSF) pour permettre l'avenir de la nation par la découverte, l'apprentissage et l'innovation, la Direction des géosciences (GEO), en coopération avec la communauté géoscientifique, a développé un programme ciblé pour faire avancer la frontière scientifique à travers ses le soutien continu d'idées stimulantes, de personnes créatives et d'outils efficaces.

S'appuyant sur les récents progrès des géosciences, l'objectif de la Direction des géosciences de la NSF pour la première décennie du 21e siècle est :

Profiter à la nation en faisant progresser la compréhension scientifique des systèmes terrestres intégrés en soutenant une recherche de haute qualité, en améliorant l'enseignement des géosciences et en renforçant les capacités scientifiques.

Par sa responsabilité de recherche, d'éducation et de service à la nation, la Direction des géosciences s'engage à atteindre les objectifs suivants :

  • Favoriser la découverte et la compréhension des facteurs qui définissent et influencent les processus environnementaux et planétaires de la Terre.
  • Élargir la compréhension et la prévisibilité des processus complexes et interactifs qui : (i) déterminent la variabilité des états passés, présents et futurs de la planète Terre (ii) contrôlent l'origine et l'état actuel des formes de vie sur la planète et (iii) affectent les interdépendances de la société et des processus planétaires.
  • Fournir les informations scientifiques qui en résultent sous des formes utiles à la société.

La Direction accepte ce défi et abordera le but et ces objectifs grâce à des investissements évalués au mérite dans le travail de scientifiques individuels, de petits groupes et centres et de grandes équipes situées principalement dans les institutions universitaires et les organismes de recherche privés du pays. GEO s'appuiera sur sa relation unique avec ces personnes et institutions.

Le plan stratégique à long terme de la Direction est présenté avec la conviction que le moment est venu de relever le défi d'atteindre ces objectifs en soutenant une entreprise nationale globale de recherche et d'éducation. Grâce à son soutien à la communauté scientifique américaine, GEO est prêt à engager les scientifiques, les gouvernements, l'industrie et les citoyens du monde entier dans leurs efforts pour accroître notre compréhension de la nature de la planète Terre et de son état actuel. La recherche et la science soutenues par GEO fourniront des informations aux décideurs pour assurer un avenir durable à notre planète et à l'humanité.

III. IDÉES -- LE PROGRAMME DE RECHERCHE

1. L'agenda scientifique

L'agenda scientifique des géosciences repose sur un solide cadre intellectuel qui comprend :

  • Une compréhension considérablement améliorée des divers composants du système Terre largement obtenue grâce à la recherche fondamentale disciplinaire
  • Reconnaissance que la compréhension de l'interaction complexe entre les composants du système Terre est à la frontière des questions géoscientifiques clés
  • De grands progrès dans la capacité des systèmes d'observation, des ordinateurs et du traitement de l'information
  • Compréhension de la variation historique des composants du système Terre et de leurs interactions pour tester nos modèles et fournir des exemples d'états du système qui pourraient se reproduire à l'avenir
  • Reconnaissance que la connaissance fondamentale de notre système Terre a pris une importance critique puisque les humains sont désormais capables d'influencer les processus à l'échelle planétaire ainsi que d'être significativement impactés par les variations planétaires.

S'appuyant sur ce cadre, le programme géoscientifique de la NSF se concentre sur l'amélioration de notre base de connaissances dans ces domaines fondamentaux :

» structure planétaire
» énergétique planétaire
» écologie planétaire
» métabolisme planétaire.

La structure de la planète Terre est traditionnellement examinée en utilisant un point de vue disciplinaire qui inclut l'atmosphère, l'océan et le corps de la Terre. L'énergétique et la dynamique planétaire traversent les divisions disciplinaires conventionnelles mais quelque peu artificielles pour souligner leurs liens essentiels. L'ajout des éléments de l'écologie planétaire permet d'intégrer le domaine des sciences du vivant. Le dernier élément aborde le concept de métabolisme planétaire dans lequel la planète Terre est vue de manière holistique. Chacun de ces éléments présente un certain nombre de défis critiques qui établissent le programme scientifique à poursuivre pendant la période de ce plan stratégique à long terme.

Décrire les variations spatiales et temporelles de la structure et de la composition de tous les composants du système Terre, du noyau interne à la haute atmosphère, grâce à des améliorations des capacités d'observation, théoriques et de modélisation.

Traditionnellement, la structure de notre système planétaire a été étudiée du point de vue des disciplines établies des sciences de l'atmosphère, des sciences de l'océan et des sciences de la Terre solide. Grâce à des décennies d'efforts d'observation, de théorie et de modélisation, nous avons développé une compréhension assez détaillée de la structure planétaire de base qui nous conduit désormais à de nouvelles frontières dans l'intégration de ces sciences. La connaissance de la structure physique et chimique des composants de la Terre nous a donné des indices importants, menant à une compréhension toujours plus grande du passé de la planète et de son évolution vers le présent et vers l'avenir. Des recherches supplémentaires restent à faire pour décrire la structure et la composition des composants solides, liquides et gazeux de la Terre, en particulier dans le passé géologique. Des exemples de ces défis incluent la compréhension et la surveillance de la variation de composition de l'atmosphère, de l'océan et de la Terre solide, déterminant le rôle des nuages, des aérosols et des rétroactions biogéochimiques dans l'équilibre radiatif de l'atmosphère et du climat, améliorant la résolution des variations latérales et verticales des particules fines. structure à travers la Terre solide et comprendre les relations structurelles entre le manteau, la croûte et la lithosphère sus-jacentes, et le noyau sous-jacent.

Comprendre les liens entre les processus physiques et chimiques en se concentrant sur l'échange d'énergie au sein et entre les composants des systèmes Soleil-Terre.

Les géosciences ont fait des progrès rapides dans la compréhension de la dynamique des flux de masse et d'énergie entraînés par l'énergie de deux immenses réservoirs : le Soleil et la chaleur produite et stockée à l'intérieur de la Terre. Le premier dirige l'atmosphère et l'hydrosphère, et le second, la dynamique de la Terre solide du noyau à la croûte. Au cours des 30 dernières années, notre compréhension de l'énergétique et de la dynamique planétaire a été transformée par des études observationnelles et théoriques. De même, la compréhension des cycles biogéochimiques a été grandement améliorée. Nous sommes maintenant prêts à faire des prédictions significatives sur les implications du changement climatique à l'échelle nationale et régionale. Le défi est d'étendre et de s'appuyer sur ces efforts passés pour parvenir à une compréhension plus profonde et holistique de l'énergétique et de la dynamique de l'ensemble du système Terre. Des exemples de défis clés sont de comprendre l'évolution de la Terre profonde et les interactions entre l'intérieur et l'extérieur de la planète la dynamique du climat et du paléoclimat, y compris les effets des constituants atmosphériques et des processus océaniques les changements naturels et influencés par l'homme dans les cycles biogéochimiques et hydrologiques la magnétosphère et la haute atmosphère, y compris les conséquences énergétiques et dynamiques des interactions Soleil-Terre.

Comprendre les écosystèmes marins et terrestres de la Terre et leur évolution, ainsi que les interactions de la biosphère avec les processus du système Terre.

L'écologie planétaire et la biocomplexité considèrent les biosphères terrestres et marines qui consistent en divers écosystèmes dont la complexité et la productivité varient considérablement, dans la mesure où elles sont gérées et dans leur valeur pour la société. Les écosystèmes fournissent directement de la nourriture, du bois, du fourrage et des fibres, ainsi que le cycle de l'eau, la régulation du climat, des possibilités de loisirs et un habitat faunique. Le bon fonctionnement de la durabilité des écosystèmes peut être menacé par les stress résultant d'un certain nombre de changements environnementaux mondiaux. Le système de biome climat-terrestre lié en est un exemple critique. Le climat affecte le biome terrestre sur presque toutes les échelles de temps puisque le système climatique intègre les processus à plus court terme et applique des rétroactions au biome terrestre. Les efforts futurs doivent suivre les différents stress sur les écosystèmes, découvrir les relations clés entre l'environnement et les individus, les populations, les communautés et les écosystèmes et améliorer la compréhension des contrôles physiques et biologiques sur le cycle du carbone et l'absorption du CO2. Des exemples de problèmes auxquels l'écologie planétaire est confrontée comprennent les interactions entre les processus biogéophysiques et les écosystèmes terrestres et océaniques, les échanges atmosphère-écosystème à grande échelle, et la façon dont ils pourraient être modifiés dans un monde plus riche en dioxyde de carbone et en température, les rôles des apports de nutriments et de substances toxiques sur les écosystèmes et leur capacité à soutenir les activités humaines et à maintenir la biodiversité et comment les changements potentiels de la biodiversité et du climat mondiaux pourraient affecter la production primaire nette mondiale, les échanges de gaz traces et d'autres fonctions écosystémiques critiques.

Comprendre les liens et les rétroactions entre les systèmes physiques, chimiques, géologiques, biologiques et sociaux de la Terre, comment ils ont évolué et comment ils affectent la biocomplexité de l'environnement de la planète.

Les trois axes de recherche précédents, portant sur la structure de la Terre, les cycles de masse et d'énergie et les processus biogéochimiques, nous amènent naturellement à aborder les questions intégrées du métabolisme planétaire et de la biocomplexité dans l'environnement. La nouvelle orientation du 21e siècle sera la reconnaissance du fait que l'histoire passée et l'évolution future de la Terre ne peuvent être comprises sans une intégration explicite des effets de son activité biologique, y compris celle des humains. Notre compréhension de l'évolution de la vie sur la planète est encore en développement, mais il est de plus en plus clair que la vie est apparue relativement tôt dans l'histoire de la Terre et que ses effets sur la composition atmosphérique et sur les formations géologiques ont été énormes. Notre atmosphère oxygénée est intrinsèquement instable sur des millions d'années et ne peut être maintenue que par des processus biologiques. Sur la Terre primitive, la vie photosynthétique primitive a ouvert la voie à des formes de vie cellulaires supérieures et à des voies métaboliques toujours plus efficaces qui ont finalement conduit à l'Homo sapiens. Les défis de cet élément de recherche comprennent la détermination de la manière dont les cycles biogéochimiques du carbone, de l'azote, de l'oxygène, du phosphore et du soufre sont couplés, l'identification des transformations énergétiques qui contrôlent la biosphère et les systèmes climatiques et le développement de modèles suffisamment sophistiqués pour expliquer les preuves historiques et prédire les changements futurs. dans le métabolisme planétaire.

2. Service à la société

La meilleure compréhension acquise dans les quatre domaines décrits dans le programme de recherche servira à son tour la société et améliorera la qualité de vie. Trois domaines principaux ont été identifiés : 1) la prévision des événements dangereux, 2) l'évaluation de la qualité de l'environnement et 3) la prévision des changements et de la variabilité à long terme.

Permettre des prédictions fiables des changements significatifs de l'état actuel de la Terre. Les tremblements de terre, les tempêtes violentes, les tempêtes solaires et les invasions biologiques représentent des menaces, mais nous avons la possibilité d'atténuer ces menaces pour la société. Les prédictions d'événements planétaires extrêmes peuvent aider à sauver des vies et/ou à réduire les dommages matériels.

Fournir la base des évaluations des changements naturels et anthropiques potentiels de l'environnement tels que la qualité de l'air et de l'eau, la pollution et l'érosion côtières et la dégradation des sols.

»Prédire le changement et la variabilité à long terme :

Fournir des informations qui peuvent être utilisées pour atténuer les pertes, atténuer les impacts indésirables et tirer parti des opportunités découlant de la variation et du changement climatiques.

La fourniture d'informations fiables sur les phénomènes géophysiques, à la fois naturels et anthropiques, bien ciblées pour répondre aux besoins de la société est un produit important résultant de la recherche géoscientifique. Les pertes aux États-Unis dues aux catastrophes géophysiques ont augmenté rapidement. Des événements extrêmes uniques, tels que des ouragans, des tornades, des tremblements de terre, des éruptions volcaniques, des tempêtes solaires et des inondations, peuvent causer des pertes de plusieurs milliards de dollars et perturber gravement le commerce et l'activité humaine quotidienne. Les effets cumulatifs de conditions moins dramatiques dans l'environnement, telles que la sécheresse, l'érosion, les changements climatiques à long terme et la pollution, peuvent être tout aussi dévastateurs.

Il faut reconnaître que la fourniture d'informations fiables offre également de nombreuses opportunités positives. Les prévisions météorologiques à court terme sont d'une valeur inestimable dans de nombreuses entreprises. Les projections d'El Niño offrent des opportunités aux organisations et aux secteurs économiques bien informés. sévérité potentielle des tremblements de terre qui conduisent à des techniques de construction améliorées.

En liant la science fondamentale, l'ingénierie, les politiques publiques et l'économie, il est possible de développer des infrastructures qui atténuent l'impact des risques naturels et anthropiques. L'élaboration de politiques et la planification rationnelles sont essentielles pour réduire les risques dans une société mondiale de plus en plus complexe. Les informations géoscientifiques fondamentales sont un fondement essentiel pour l'élaboration de politiques et de plans rationnels visant à protéger les infrastructures dans les zones à risque.

IV. PERSONNES -- L'AGENDA DE L'ÉDUCATION

Au cours des dix prochaines années, les contraintes environnementales dans la société, telles que celles associées à la croissance démographique, à la pollution, à la diminution des ressources, aux conditions météorologiques extrêmes, au changement climatique, aux changements d'affectation des terres et à la météorologie spatiale, devraient devenir encore plus aiguës et coûteuses. Une stratégie équilibrée pour répondre à ces stress devrait inclure des efforts pour utiliser les meilleures données scientifiques disponibles et réduire l'incertitude scientifique ainsi qu'une atténuation et une adaptation responsables. La stratégie doit inclure une composante éducative efficace pour assurer une main-d'œuvre compétitive pour le 21e siècle. Ainsi, la communauté géoscientifique doit être préparée avec des connaissances scientifiques et des systèmes d'information adéquats sur le système Terre, des capacités de prévision et d'évaluation, et un programme pour former des leaders informés et éduqués pour aider à prendre des décisions. L'enseignement des géosciences à un large éventail de niveaux sera essentiel pour garantir que les outils et le leadership sont en place d'ici 2010. Un nouveau programme innovant de formation et d'enseignement des sciences du système terrestre à tous les niveaux devrait être lancé et développé dès maintenant pour assurer une citoyenneté 2010.

Une telle préparation exige un large éventail d'activités éducatives avec des investissements à plusieurs niveaux, notamment : 1) l'enseignement supérieur en tant que formation pour les futurs chercheurs et éducateurs par le biais de bourses de recherche et d'opportunités de formation pour élargir les expériences 2) l'enseignement de premier cycle par le biais de technologies pédagogiques nouvelles et émergentes et actives, étude pratique basée sur l'enquête 3) de la maternelle à la 12e année pour nourrir la curiosité insatiable de la Terre chez les jeunes élèves 4) l'alphabétisation du public en géosciences en profitant de la fenêtre naturelle sur la Terre offerte par les géosciences et 5) un à travers le - large engagement envers la diversité pour accroître la participation des groupes sous-représentés dans le domaine des géosciences. Ces activités seront toutes catalysées par le développement d'un programme dynamique de sciences de la Terre qui sera développé de concert avec d'autres partenaires à la fois de la NSF et d'autres agences, universités, sociétés professionnelles et secteur privé.

  • Faciliter un programme d'enseignement supérieur plus intégré qui se traduira par une plus grande flexibilité dans la formation
  • Intérêt accru pour la formation de premier cycle en géosciences
  • Systématiser et centraliser les efforts K-12
  • Renforcer l'accent mis sur la culture scientifique publique et la diversité et
  • Élargir les partenariats avec la Direction de l'éducation et des ressources humaines de la NSF.

V. OUTILS -- LE PROGRAMME DE MISE EN UVRE

1. Investissements GEO dans la capacité de recherche

Relever avec succès les nouveaux défis et opportunités dans la recherche et l'éducation nécessitera de nouveaux investissements ainsi que de nouvelles modalités. Des systèmes intensifs d'observation, de calcul et d'information seront nécessaires pour soutenir les efforts de recherche et d'éducation proposés dans le plan.

La recherche géoscientifique nécessite souvent d'importants investissements dans les installations et l'instrumentation. Les projets de terrain nécessitent d'importants investissements en capital afin d'étudier des processus complexes et interdépendants s'étendant sur de vastes zones et de longues périodes de temps. Ainsi, les progrès de la science nécessitent un engagement à améliorer et à étendre les installations pour collecter et analyser des données à des échelles spatiales locales, régionales et mondiales et à des échelles temporelles appropriées. Des investissements sont nécessaires pour doter les laboratoires des outils nécessaires pour mener des études approfondies dans le large éventail des géosciences.

L'information en temps réel est la marque de fabrique d'une grande partie des géosciences. Par exemple, les programmes de terrain utilisent maintenant ce qu'on appelle des « observations ciblées » pour maximiser la prévisibilité des systèmes géophysiques, cette activité ne peut pas être effectuée après coup. La valeur des données en temps réel dans la recherche et l'enseignement géoscientifiques est bien établie, et ce mode de collecte de données doit continuer à être soutenu si la Terre solide, l'atmosphère et l'hydrosphère doivent vraiment être étudiées en tant que système couplé.

Comme dans toutes les sciences, les installations informatiques modernes sont une ressource essentielle pour la recherche, cependant, la nature très gourmande en données d'une grande partie des sciences de la Terre crée des problèmes uniques. Des systèmes massifs d'archivage et de distribution de données, à la fois matériels et logiciels, sont nécessaires pour donner accès aux géodonnées. Les systèmes de communication mondiaux, y compris Internet, sont de plus en plus importants pour collecter des données provenant de régions éloignées de la planète et les distribuer aux chercheurs. L'échelle et la complexité des modèles pour décrire la dynamique des systèmes terrestres individuels, sans parler des interactions entre eux, nécessitent l'accès au plus puissant des supercalculateurs. Les géosciences jouent un rôle central dans le développement et l'utilisation des technologies de l'information.

Les défis pour l'avenir en matière d'infrastructure et de technologie comprennent :

  • Maintenir et moderniser les installations existantes pour l'instrumentation et les plates-formes aéroportées, à bord, spatiales et au sol
  • Établir des programmes de collecte de données avec un engagement envers les observations à long terme
  • Fournir l'infrastructure informatique nécessaire pour répondre aux demandes croissantes de modélisation, d'analyse et d'archivage de données, et de recherche
  • Stimuler les technologies émergentes pour créer de meilleurs outils d'observation, de communication et de calcul.

La Direction des géosciences reste déterminée à investir, principalement par l'intermédiaire des établissements universitaires du pays, dans les programmes de recherche et d'enseignement proposés et dans l'infrastructure essentielle. Bien que les subventions évaluées par les pairs basées sur le chercheur principal continueront d'être le principal mode d'investissement dans la recherche, il sera nécessaire d'ajouter aux subventions traditionnelles de nouvelles approches pour aborder les projets multidisciplinaires et axés sur les équipes qui feront partie de la future stratégie.

Parmi les approches qui seront explorées figurent :

  • Soutien à plus long terme aux instituts multidisciplinaires axés sur des problèmes de recherche importants
  • Propositions de groupe pour soutenir les équipes de chercheurs à entreprendre des recherches sur des problèmes géoscientifiques spécifiques qui nécessitent l'application de plusieurs méthodologies et
  • Mécanismes de soutien coopératif entre plusieurs agences scientifiques sur des problèmes de recherche géoscientifique d'intérêt commun.

2. Partenariats GEO

Des partenariats innovants au sein de la NSF, à travers les agences scientifiques et missionnaires fédérales, avec d'autres institutions américaines et des organisations internationales sont essentiels pour parvenir à une compréhension plus complète de la Terre en tant que système complexe. GEO travaillera avec et à travers les mécanismes de coordination de la NSF et recherchera les nouveaux partenariats essentiels à la réalisation des défis posés par l'agenda scientifique. GEO s'engage à travailler avec les organismes de coordination interinstitutions existants et les agences individuelles pour développer les partenariats et les collaborations programmatiques nécessaires pour atteindre les objectifs énoncés dans ce plan.

Il est clair que de nombreux pays et organisations internationales à travers le monde partagent de plus en plus à la fois les défis scientifiques et l'objectif d'acquérir une compréhension prédictive des systèmes terrestres décrits ici. Il est évident que la mise en œuvre des programmes scientifiques découlant de ce programme scientifique nécessitera des partenariats élargis et/ou nouveaux avec d'autres gouvernements et entités à l'étranger. GEO continuera à travailler avec une variété d'agences nationales et d'institutions internationales à travers le monde pour développer et mettre en œuvre des accords de partenariat afin de permettre la réalisation du but et des objectifs de ce plan. GEO s'engage à jouer un rôle clé dans les efforts de leadership des États-Unis pour soutenir et mettre en œuvre les principaux programmes internationaux de recherche coopérative. Enfin, un effort particulier sera fait pour élargir les collaborations qui lient les scientifiques américains et étrangers, en particulier les scientifiques des pays en développement.

Ces derniers temps, la civilisation est clairement devenue à la fois un agent et une victime potentielle du changement environnemental. Les impacts des changements induits par l'homme sur le système climatique, sur la qualité de l'air et de l'eau, sur l'utilisation des terres et sur la diversité de la vie augmenteront certainement au 21e siècle. Avec une population mondiale croissante, une économie mondiale en expansion et le développement de nouvelles technologies, les humains sont devenus de puissants agents de changement environnemental à l'échelle mondiale, régionale et locale. Au cours de la période écoulée depuis la révolution industrielle, les preuves scientifiques ont documenté les changements environnementaux qui sont le résultat d'une interaction complexe entre un certain nombre de systèmes naturels et humains.

Nos succès passés en géosciences nous ont aidés à comprendre les causes et les impacts des variations naturelles de la Terre dans l'atmosphère, les océans, l'intérieur et la surface de la planète. Cette connaissance, à son tour, a conduit à une meilleure compréhension de la façon dont ces variations peuvent affecter nos vies et a commencé à éclairer comment nos actions actuelles peuvent provoquer des changements futurs.

Ce plan pour la Direction des géosciences fait partie intégrante du plan stratégique global de la National Science Foundation pour atteindre les objectifs nationaux et internationaux. Il est construit sur la base de connaissances qui a émergé de nos réalisations passées en recherche et répond aux défis posés par les interactions entre l'environnement et les activités humaines. Le plan décrit les orientations scientifiques nécessaires pour poursuivre l'expansion de notre base de connaissances sur les systèmes terrestres grâce à des investissements réfléchis dans les idées, les personnes et les outils nécessaires pour atteindre nos objectifs.

Notre compréhension accrue, combinée aux puissantes capacités d'observation et de surveillance décrites dans ce plan, peut créer des prédictions habiles des variations futures de nos systèmes planétaires. Cette capacité s'accompagne de la responsabilité de fournir des informations pertinentes à la société de manière opportune et compréhensible, et d'aider à éduquer nos citoyens et nos dirigeants afin qu'ils puissent prendre des décisions éclairées en réponse aux changements environnementaux.

Ce plan est un élément clé pour définir l'orientation future de la nation. Nous pouvons aspirer aux temps plus simples où la nature fonctionnait magnifiquement et mystérieusement, et nous ne la menaçions pas. However, we have knowledge that we do pose potentially serious threats to the environment and consequently we are challenge to act responsibly. With that challenge comes the exciting vision -- that we can shape and determine a course that will allow both our society and our unique planet to have a healthy and prosperous future.

This summary version and the associated full plan, Geosciences Beyond 2000, were prepared with the active participation of many individuals. The overall project was conducted under the auspices of the Advisory Committee for Geosciences, chaired by Dr. Susan Avery. A select Working Group was invited to develop materials and review draft versions. Representatives of many of the NSF divisions and programs provided valuable input. The plan was vetted widely in the geoscience community through numerous discussions and town meetings. The assistance of all parties is gratefully acknowledged. Particular recognition should go to Dr. Robert Corell for his vision and enthusiasm for the project, to Dr. Richard Greenfield who led the effort during the critical drafting stages, and to Dr. Thomas Spence who saw the project through to conclusion.

Members of the Advisory Committee for Geosciences during the project

Dr. Susan Avery, Former Chair University of Colorado
Dr. David Simpson, Chair Incorporated Research Institiutions for Seismology
Dr. Eric Barron Pennsylvania State University
Dr. Otis Brown Université de Miami
Dr. Inez Fung University of California, Berkeley
Dr. Robert Gagosian Woods Hole Oceanographic Institution
Dr. George Hornberger Université de Virginie
Dr. Emi Ito Université du Minnesota
Dr. James Knox University of Wisconsin, Madison
Dr. Charles Kolb Aerodyne Research, Inc.
Dr. Margaret Leinen University of Rhode Island (now at NSF)
Dr. Marcia McNutt Monterey Bay Acquarium Research Institution
Dr. Alexandra Navrotsky University of California, Davis
Dr. John Orcutt Institut d'océanographie Scripps
Dr. Joseph Pandolfo
Dr. Judith Parrish Université de l'Arizona
Dr. David Schimel Centre national de recherche atmosphérique
Dr. Sharon Smith Université de Miami
Dr. Denise Stephenson-Hawk Collège Spelman
Dr. Lynne Talley Institut d'océanographie Scripps
Dr. Robert White Académie nationale d'ingénierie

Members of the Working Group


Dr. William Bishop Desert Research Institute
Dr. Kelvin Droegemeier Université de l'Oklahoma
Dr. Peter Eisenberger Université Columbia
Dr. Jack Fellows University Corporation for Atmospheric Research
Dr. Rana Fine
Université de Miami
Dr. Vijay Gupta University of Colorado
Dr. Bradley Hager Massachusetts Institute of Technology
Dr. Frank Harris Université du Tennessee
Dr. Thomas Jordan Massachusetts Institute of Technology
Dr. Timothy Killeen Université du Michigan
Dr. William Merrell Heinz Center
Dr. Berrien Moore Université du New Hampshire
Dr. Nicklas Pisias Université d'État de l'Oregon

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3.S: Ionic Bonding and Simple Ionic Compounds (Summary)

Atoms combine into compounds by forming liaisons chimiques. A survey of stable atoms and molecules leads to the octet rule, which says that stable atoms tend to have eight electrons in their outermost, or valence, shell. One way atoms obtain eight electrons in the valence shell is for some atoms to lose electrons while other atoms gain them. When this happens, the atoms take on an electrical charge. Charged atoms are called ions. Ions having opposite charges attract each other. This attraction is called ionic bonding, and the compounds formed are called composés ioniques.

Positively charged ions are called cations, while negatively charged ions are called anions. The formation of both cations and anions can be illustrated using electron configurations. Because elements in a column of the periodic table have the same valence shell electron configuration, atoms in the same column of the periodic table tend to form ions having the same charge. Electron dot diagrams, ou alors Lewis diagrams, can also be used to illustrate the formation of cations and anions.

Ionic compounds are represented in writing by a chemical formula, which gives the lowest ratio of cations and anions present in the compound. In a formula, the symbol of the cation is written first, followed by the symbol of the anion. Formula unit is considered the basic unit of an ionic compound because ionic compounds do not exist as discrete units. Instead, they exist as cristaux, three-dimensional arrays of ions, with cations surrounded by anions and anions surrounded by cations. Chemical formulas for ionic compounds are determined by balancing the positive charge from the cation(s) with the negative charge from the anion(s). A subscript to the right of the ion indicates that more than one of that ion is present in the chemical formula.

Some ions are groups of atoms bonded together and having an overall electrical charge. Ceux-ci sont appelés polyatomic ions. Writing formulas with polyatomic ions follows the same rules as with monatomic ions, except that when more than one polyatomic ion is present in a chemical formula, the polyatomic ion is enclosed in parentheses and the subscript is outside the right parenthesis. Ionic compounds typically form between metals and nonmetals or between polyatomic ions.

Names of ionic compounds are derived from the names of the ions, with the name of the cation coming first, followed by the name of the anion. If an element can form cations of different charges, there are two alternate systems for indicating the compound&rsquos name. Dans le Stock system, a roman numeral in parentheses indicates the charge on the cation. An example is the name for FeCl2, which is iron(II) chloride. In the common system, the suffixes -ous and -ic are used to stand for the lower and higher possible charge of the cation, respectively. These suffixes are attached to a stem representing the element (which frequently comes from the Latin form of the element name). An example is the common name for FeCl2, which is ferrous chloride.

Le formula mass of an ionic compound is the sum of the masses of each individual atom in the formula. Care must be taken when calculating formula masses for formulas containing multiple polyatomic ions because the subscript outside the parentheses refers to all the atoms in the polyatomic ion.