EN :

Lithospheric research faces a crisis. Mineral and hydrocarbon exploration (the fiscal rationale for such research) have decreased, and job prospects and undergraduate student enrollments are down. The declines are thought to be asting. Concurrently, growing environmental concerns have been a boon for funding in hydrology and the ocean, atmosphere and climate sciences. Among the environmental concerns most likely (for proper political and economic reasons) to spawn durable action are the remediation of waste dumps and the treatment of their leachates. This will require and also contribute to a greatly enhanced understanding of the physics, organic and inorganic chemistry, and geology of groundwater flow in the upper lithosphère. The knowledge gained will pay dividends in the eventual exploitation of the large portion of hydrocarbons remaining in the ground after conventional extraction. We should, therefore, expect that the emphasis inlithospheric research, which since the mobilist revolution has focussed on deep-seated processes, will shift in the direction of processes that operate from the top down. The scale and duration of groundwater migration, its control by tectonically induced topography and subsurface geological structure, and the estimated flow velocities equal to those of fast-moving lithosphericplates ensure the continuing importance of research directed at processes operating on geological time-scales.

FR :

Les recherches sur la lithosphère sonten état de crise. Le ralentissement desactivités d'exploration pour la dé-couverte de ressources minérales oud'hydrocarbures (étant donné la logiquefiscale pour ce genre d'exploration) aentraîné une baisse des possibilitésd'emploi ainsi qu'une diminution des in-scriptions détudiants en sciences de laTerre. On croit que ces ralentissementperdureront. Parallèlement, des préoc-cupations croissantes en matière d'en-vironnement ont constituées une béné-diction pour les disciplines de l'hydro-logie, de l'océanologie, et des sciencesde l'atmosphère et des climats. Parmices préoccupations environnemen-tales, celles qui sont les plus suscept-ibles (pour des raisons politiques etéconomiques évidentes) de débouchersur des actions durables sont les mes-ures de restauration appliquées auxsites d'enfouissement, ainsi que letraitement de leurs lessivais. Cela néc-essitera, mais contribuera également, àamélioration considérable de notrecompréhension de la physique, de lachimie organique et inorganique, de lagéologie et des mécanismes cir-culatoires des eaux souterraines dansla partie supérieure de la lithosphère.Les connaissances acquises ainsiseront profitables lorsqu'il s'agira d'ex-ploiter les grandes quantités d'hydro-carbures abandonnées dans le sol par les méthodes conventionnelles d'ex-ploitation. Par conséquent, nous dev-rions nous attendre à ce que l'intérêtdes recherches lithosphériques, qui asurtout porté sur les mécanismes pro-fonds depuis la révolution mobiliste, sedéplace maintenant vers les mécan-ismes qui agissent du haut vers le bas.L'échelle et la durée des migrations deseaux souterraines, l'influence des élé-ments topographiques et des structuresgéologiques d'origine tectonique, ainsique leurs vitesses d'écoulement quel'on a estimées être de l'ordre de gran-deur de celle des plaques à déplace-ment rapide assurent l'intérêt soutenuepour la recherche portant sur lesmécanismes à l'échelle géologique.

EN :

Convection in the Earth's mantle provides the driving force for plate-tectonic processes and the heat source for fluid transport in the Earth's crust. Understanding the relationships between mantle composition and convection and its interaction with continental and oceanic crust provide a major challenge to modern petrologists and geochemists. This challenge can only be re-solved by indirect studies, such as tomography and geochemical inversionson mantle-derived products, or by direct studies on rarely sampled upper mantle products in mantle xenolith suites and the barely accessible in situ outcrops on mantle in oceanic fracture zones.

FR :

La convection qui a lieu dans le man-teau de la Terre assure la force motricederrière la tectonique de plaques etconstitue la source de chaleur néces-saire aux déplacements se produisantdans la croûte terrestre. Comprendreles relations qui existent entre la com-position du manteau et la convection,ainsi que son interaction avec la croûtecontinentale ou océanique constitue un défi de taille pour les petrographies et lesgéochimistes. Ce défi ne peut être rele-vé que par des études indirectes tellesla tomographie et des interprétationsgéochimiques à partir d'études sur deséchantillons issus de processus man-téliques, ou par des études directes surde rares échantillons issus du manteausupérieur provenant de suites de xéno-lites du manteau ainsi que d'échan-tillons difficilement accessibles d'af-fleurements in situ du manteau dansdes zones de fractures.

EN :

The current status of knowledge of the Earth's inner and outer cores is reviewed from the stand points of seismology, gravity, Earth rotation, and the geomagnetic field. Because of the remoteness of the deep interior, geophysicist shave used great ingenuity in processing and interpreting surface data that is contaminated by many local (surficialand crustal) sources. Despite the lack of direct data from the deep Earth, there has been a rapid growth in knowledge inthe last decade due to advances in instrumentation and the blossoming of interdisciplinary studies.

Of major interest at the present time is the interaction between the mantle and core, each of which contains a major convective regime, powering, in one case, plate tectonics and, in the other, the geodynamo. These regimes meet at the core-mantle boundary (CMB), which has provided a tempting target for seismology, magnetism, geodesy and high-pressure physics; much has been learned from the interchange between geophysicists in these disciplines. In this review, it is suggested that the pre-dominant themes for the next decade, growing naturally out of existing trends, are 1) improvements in the quality and coverage of global data sets, particularly those in geomagnetism, geodesy and seismology, 2) increased international co-operation through participation in interdisciplinary studies such as SEDI (Study of the Earth's Deep Interior), and 3) exploration of the non-linear aspects of dynamics within theEarth.

Core studies are clearly not undertaken primarily for their social relevance, nor for any quick economic spin-off. The primary goal is to understand the structure, dynamics and evolution of the deep interior, as a prelude, it is to behoped, to the exploration of other planets. Each component of our national science effort is involved in this exciting and challenging goal. We need government institutions to provide the long-term economic stability with which to carry through essential observational campaigns at the surface, particularly as part of interdisciplinary, global initiatives. We need educational institutions to provide the leadership and vision with which to stimulate the science and train students. The university community benefits from the financial support of large companies to assist in the support of students and to sponsor specialized research projects, wherever the goals of industry and basic science connect. Last, and by no means least, we need the moral support of our population to allow the pursuit of these fundamental questions.

FR :

Le présent article passe en revue l'étatactuel des connaissances sur le noyauexterne et le noyau interne de la Terre,sous l'angle de considérations séis-mologiques, gravimétriques, géomag-nétiques, et de la mécanique rotatoirede la planète. Étant donné l'inac-cessibilité de l'intérieur de la planète,les géophysiciens ont dû faire preuve debeaucoup d'ingéniosité dans le traite-ment et l'interprétation des données desurface, lesquelles sont contaminéespar plusieurs sources d'origine crustaleou superficielle. Malgré le manque dedonnés provenant directement descouches profondes de la Terre, il y a euau cours de la dernière décennie unaccroissement rapide des connais-sances découlant de percées dans ledomaine de l'instrumentation et d'unfoisonnement d'études interdisciplin-aires. Un sujet d'intérêt important àl'heure actuelle est les interactions en-tre le manteau et le noyau, ces dernierscomportant chacun un système de con-vection de grande envergure, l'un étantle moteur de la tectonique de plaques etl'autre celui de la géodynamo. Ces sys-tèmes de convection viennent en con-tact à la frontière noyau-manteau (FNM) et cet interface a constitué un pôle d'at-traction de l'intérêt pour les disciplinesde la séismologie, de l'étude du magné-tisme, de la géodésie, et de la physiquedes hautes pressions. On a beaucoupappris des échanges qui ont eu lieuentre les géophysiciens de ces diversesdisciplines. Dans le présent article rét-rospectif, nous soumettons à l'attentionque les thèmes d'intérêt de la prochainedécennie seront dans la suite naturelledes tendances actuelles, soit 1) l'amé-lioration de la qualité et de la couverturedes jeux de données à l'échelle duglobe, particulièrement ceux touchantle géomagnétisme, la géodésie, et laséismologie, 2) l'Iaccroissement de lacoopération international grâce à desparticipations à des études inter-disciplinaires telles la SEDI (Étude del'intérieur profond de la Terre), ainsi qu'àdes recherches préliminaires portantsur les aspects non-linéaires de la dyna-mique de l'intérieur de la Terre. Lesétudes du noyau ne sont pas entre-prises surtout pour des motivationsd'ordre social ou dans l'espoir de re-tombées économiques à court temre.L'objectif premier est la compréhensionde la structure, des mécanismes, et derévolution de l'intérieur profond de laplanète en vue de préparer l'explorationd'autres planètes. Chaque composantede notre effort national est engagé dansune démarche excitante visant à releverce défi. Nous avons besoin d'institu-tions gouvernementales et de leur sta-bilité économique afin de mener à bienles campagnes d'observations de sur-face, particulièrement dans le cas deprojets interdisciplinaires, et/ou à l'é-chelle du globe. Nous avons besoin d'in-stitutions d'enseignement visionnairespour former des étudiants et qui aurontun effet stimulant pour la science. Lacommunauté universitaire jouit du sup-port financier de grandes sociétés lors-qu'il s'agit de soutenir financièrementles étudiants et de patronner des projetsde recherche spécialisés, à chaquefois que les objectifs du secteur privécoïncident avec ceux de la recherchefondamentale. Finalement, mais non lemoindre de nos besoins, nous avonsbesoin du support de notre populationafin que la recherche sur ces questionsfondamentales puisse se poursuivre.

EN :

The origin and development of life on Earth is intimately linked to the physical evolution of the planet's surface and upper lithosphère. The future of research on the ancient biosphere is filled with as much excitement and uncertainty as the future of the Earth itself. The trend will be to build on traditional strengths, such as biochronology, paleoecology and paleobiogeography, and to seek completely new research directions driven by new technology, new concepts, and new requirements for information.

The traditional strength of paleontology in providing the time scale necessary for evaluating the duration and rates of physical processes will remain important. Biostratigraphy will be more closely integrated with new concepts inphysical stratigraphy, such as event and sequence stratigraphy. Paleoecological and paleobiogeographical data, which only fossils can provide, will be morefully interpreted to produce refined models of basin processes. Studies of extinction and radiation of the Earth's biota through time will lead to a fuller understanding of biological evolution and its relationship to the physical evolution of the Earth. The desire to test the Gaia Hypothesis will spur much of this research.

The application of new technologies will greatly enhance our ability to study fossil organisms without damaging specimens. Computer technology will permit better data management, and manipulation and display of both data and images, thus enhancing our interpretive skills.

The integration of paleontology with geochemisty will result in a profound improvement in our understanding of paleo-oceanography and paleobiogeography. The chemistry of fossils, reflecting the chemistry of the oceans in which they lived, will allow interpretation of large-scale trends, and greater understanding of events such as extinctions and radiations. In terms of organic geochemistry, paleontology will be taken to the molecular level, moving beyond the economically driven study of bio-markers to elaboration of the temporal distribution of biomolecules and their implications for evolution.

Understanding the evolution of the biosphere is of crucial importance to interpreting global change, an issue that will grow in public importance during the coming decade. In order to appreciate the impact and rate of global changes in the ancient and present biosphere, there is a requirement for a clearer understanding of biodiversity. Recent trends indicating a decline of systematic paleontology and biology will have to be reversed if we are to gain a comprehensive view of global change. Research on the ancient biosphere is of increasing importance to the future of the planet — particularly to its human population — as it becomes more evident that the continuing survival of the species is in doubt.

A prime component of future scientific work must be the explanation and interpretation of results to the general public. Development of scientific literacy is perhaps the most pressing challenge facing the scientific community.

FR :

L'origine et le développement de la viesur la Terre sont intimement liés à l'évo-lution de la surface de la planète ainsique de la partie supérieure de sa litho-sphère. Tout comme l'avenir de la plan-ète, les recherches dans le domainedes biosphères du passé comportentbeaucoup d'exaltation et d'incertitudes.Les nouvelles avenues de recherchedevront s'établir à partir de domaines derecherches déjà bien établis tels ceuxde la biochronologie, de la paléo-écologie et de la paléobiogéographie.Elles devront également s'élaborer se-lon des avenues de recherche vierges, en profitant des nouvelles technologies,de concepts nouveaux, et des nou-veaux besoins d information.

La paléontologie demeurera une ave-nue importante étant donné sa capacitéà fournir des échelles de temps qui per-mettent d'estimer la durée et les ré-gimes des processus physiques. La bio-stratigraphie sera davantage intégrée àla stratigraphie physique grâce à desconcepts nouveaux tels la stratigraphiede séquences ou d'événements. Lesdonnées paléoécologiques et paléo-biogéographiques, que seuls les fos-siles fournissent, seront étudiées plus àfond afin de raffiner la modélisation desprocessus se déroulant dans lesbassins. L'étude des phénomènes d'ex-tinction et de radiation du biote de laTerre en fonction du temps, nous per-mettra de mieux comprendre l'évolutionbiologique et ses relations avec l'évolu-tion physique de la Terre. La volonté detester l'hypothèse Gaia sera à l'origined'une grande partie de ces recherches.

L'utilisation de nouvelles tech-nologies améliorera grandement lesmoyens non-destructifs à notre disposi-tion pour l'étude des organismes fos-siles. Les techniques de l'informatiquepermettront de mieux gérer, manipuler,et visualiser, à la fois les données et lesimages, rehaussant ainsi nos capacitésd'interprétation.

L'intégration de la paléontologie et dela géochimie aboutira à une profondamélioration de notre compréhensionde la paléo-océanographie et de la paléo-biogéographie. La chimie des océansse reflétant dans la chimie des organ-ismes fossiles qui y ont vécus, nouspourrons en déduire les grandes tend-ances évolutives, et mieux comprendredes événements comme les extinctionset les radiations. En adoptant le point devue de la chimie organique, la paléon-tologie s'intéressera aux phénomènesmoléculaires. Ces recherches iront audelà des recherches de biomarqueurspour des motifs économiques, pour seporter vers l'établissement de la dis-tribution dans le temps des moléculeset de leur signification dans l'évolution.

La compréhension de l'évolution de labiosphère est d'une importance pri-moridale pour l'interprétation deschangements à l'échelle du globe, sujetpour lequel l'intérêt public ira croissantau cours des prochaines décennies.Pour mieux apprécier les répercussionset la rapidité des changements à l'é-chelle du globe dans les biosphères passées et ainsi que la biosphère ac-tuelle, il est nécessaire de mieux com-prendre le concept de biodiversité. Lestendances récentes indiquant un déclindes activités en paléontologie sys-tématique et en biologie devront êtreinversées si nous voulons acquérir unevue d'ensemble des changements àl'échelle du globe. La recherche sur lesbiosphères du passé sont de plus enplus importante pour l'avenir de notreplanète — spécialement pour sa popu-lation — au moment où il devient de plusen plus évident que la survie même desespèces n'est plus assurée.

L'explication et l'interprétation des ré-sultats au profit du grand public doit êtrel'une des composantes essentielles destravaux scientifiques à venir Le dé-veloppaient d'un alphabétisme scien-tifique (capacité de comprendre lascience) est peut-être le plus grand desdéfis qui se présentent à la commu-nauté scientifique.

EN :

The oceans play a pivotal role in theearth system matrix and will thus be acritical component of future earth system research. This research will be driven by both technological advances and the need for an interdisciplinary approach. The scale (both spatial and temporal) of ocean-related problem soften requires expensive, large-scale, international programs. These programs are evolving into interdisciplinary looks at manageable sub-components of the system including: 1) investigations of global patterns of ocean and atmosphere circulation through networks of moorings, satellites and drifting sensors (e.g., World Ocean Circulation Experiment), 2) investigations of the role of the oceans in the global C02 system through deployment of sophisticated chemical and biological sensors, satellite observations, and flux measurements (e.g., Joint Global Ocean Flux Study), 3) establishment of a global database of high-resolution paleoclimatic time-series for investigations of the response of the earth/atmosphere system to known forcing functions and tochanges in boundary conditions (e.g.,Ocean Drilling Program (ODP) and Nansen Arctic Drilling paleo-oceanography), 4) investigations of mid-ocean ridge dynamics and the complex and linked processes of magmatism, hydrothermalcirculation, vent community development and lithosphère evolution (e.g.,RIDGE and ODP crustal drilling).

Additionally, new developments in acoustic sensors and signal processing will greatly enhance our ability to imagethe oceans and the sea floor, and advances in data collection and data dissemination (networking) will significantly change the way we do globalscience. Arrays of autonomous sensors, satellite links, and global data networks may eventually reduce the cost of large-scale ocean-related research programs. Canada must be well-positioned both to contribute to, and to benefit from, these programs. Our challenge will be to ensure that the mechanisms (and funding levels) are available to support Canadian participation without compromising the efforts of the talented researcher who prefers to work independently, and to find the means to train excellent "earth system scientists" without compromising the high levels of specialized expertise needed to explore even small components of the system.

EN :

Les océans jouent un rôle central danslécheveau des réactions du système-Terre (la Terre comme un ensembleorganisé), et à ce titre seront un sujet depremière importance dans les pro-chaines recherches sur le système-Terre. Ces recherches seront réaliséesgrâce à des percées technologiques, etnaîtront de la nécessité d'approches in-terdisciplinaires. L'échelle même desproblèmes reliés aux océans, aussi bien temporelle que spatiale, requière l'élab-oration de programmes internationauxde grande envergure et coûteux. En cemoment, ces programmes évoluentvers des approches qui portent sur dessous-composantes du système — leurdimension les rend plus facile à gère — et qui comprennent: 1) l'étude despatrons de circulation dans l'atmo-sphère et dans les océans au moyen deréseaux de capteurs qui sont am-marrés, dérivants, ou embarqués sursatellites. Par ex. l'Expérience sur lacirculation océanique mondiale; l'étude du rôle des océans dans lecycle planétaire du C02, grâce au dé-ploiement de capteurs chimiques et bio-logiques perfectionnés, de satellitesd'observation, et à des mesures de flux.Par ex. Joint Global Ocean Flux Study(étude conjointe des flux océaniques duglobe); la création d'une base de données àl'échelle du globe de suites paléo-climatiques très précises et définies enfonctions du temps, afin d'étudier la ré-ponse du système terre-océans (conti-nents et océans comme système) à desfonctions de forçage connues, demême qu'à des changements des con-ditions ambiantes à l'interface. Par ex.le Programme de sondage des fondsmarin (PSDFM) et le Nansen Arctic Drill-ing (projet de sondage du plateau pol-aire à Nansen); l'étude de la géodynamique des rides mid-océaniques ainsi que des géo-mécanismes complexes du magma-tisme, de la circulation des fluides hy-drothermaux, de la mise en place deréseaux d events volcaniques, et de l'év-olution de la lithosphère. Par ex. lesprojets de RIDGE et du PSDFM).

De plus, les développements récentsdans les domaines des capteurs acous-tiques et du traitement des signauxamélioreront grandement nos capaci-tés à mettre les océans et les fondsocéaniques en image. Également, lesprogrès dans les techniques de cueill-ette et de dissémination des données(leur mise en réseau) changeront con-sidérablement nos façons de traiter desproblèmes scientifiques globaux. Lesensembles de capteurs autonomes, lesliaisons par satellites, et les réseauxplanétaires de données pourraient en-traîner une réduction de coût desgrands programmes de recherches surles océans. Le Canada doit s'assurer departiciper à ces grands programmes etde profiter de leurs retombées. Notredéfi consistera à nous assurer que lesmécanismes ainsi que les moyen definancement seront disponibles pourassurer la participation canadiennesans pour cela entraver les efforts dechercheurs talentueux qui préféreraienttravailler de façon indépendante. Nousdevrons également trouver les moyensde former des «scientifiques du sys-tème-Terre» sans que cela ne compro-mette l'existence des spécialités néces-saires à l'étude de quelques compo-santes particulière du système.

EN :

Current research in the atmospheric sciences has come to be heavily influenced by the growing need to understand increasingly evident changes taking place in the earth system. The research agenda includes issues involving processes that span the full range of space and time scales relevant to atmospheric behaviour. A common the me that links the separate strands of this activity concerns the interrelationships among distinct atmospheric sub-systems and, indeed, the mechanisms through which the atmosphere as a whole interacts with other elements of the total environment. I expect this trend to become increasingly evident in thefuture. It is imperative, however, that as these interdisciplinary activities develop, the core research areas continue to receive strong support, for it is upon them that the integrity of the field will continue to rely.

FR :

Les recherches actuelles dans le do-maine des sciences de l'atmosphère ontété très influencées par la nécessitécroissante de comprendre de mieux enmieux les changements qui ont lieudans le système-Terre (la Terre commeensemble organisé). Le programme desrecherches portent entre autres surdes problèmes qui comportent desmécanismes qui existent à tous lesniveaux du spectre des échelles spa-tiales et temporelles du comportementde l'atmosphère. Les interrelations entre des sous-systèmes atmosphéri-ques distincts constituent un thème derecherche commun et qui lie les dif-férents faisceaux de cette activité derecherche, de même que les mécan-ismes d'interaction entre l'atmosphèreelle-même et les autres éléments del'ensemble de l'environnement. Je m'at-tends à ce que cette tendance s'affirmede plus en plus. Cela dit, il est absolu-ment nécessaire que le soutien dans lesdomaines de la recherche fondamen-tale demeure fort car c'est d'elles quedépend la cohésion de ce champ derecherche.

EN :

Scientific advances in recent decades in space exploration, satellite observations, and super computing have resulted in an ability to undertake global studies that were formerly impossible. The change in applied earth sciences from supporting the resource exploration sector to including the environmental conservation and protection sectorhas added new requirements for regional and global baseline environmental studies. Many new initiatives have been launched as international collaborative programs in which Canada — given its large land area and its front age on three oceans — has commonly had a special responsibility to play an important scientific role.

The means by which such science is under taken has likewise adjusted tothese changes in the discipline. In particular, the need for sophisticated scientific research platforms has become essential. These range from space platforms (space stations, satellites), to atmospheric research platforms (balloons, aerosondes, mobile field stations), to ocean research platforms (ships, ice islands, tethered and autonomous underwater vehicles, drill ships),to continental research platforms (fieldstations, drilling platforms, seismic platforms).

The management and funding of such research platforms is usually difficult and not well accommodated by institutions or granting agencies. The cost istypically more than can be recovered by user fees from individual researchers, yet below the special funding levels secured by some "big science" projects. It is argued that a new grant category {i.e., for NSERC grants) of Major Logistic Grants is required to balance the existing areas of support, such asEquipment Grants and Research (Oper-ating) Grants. This would provide notonly greater equity in proposed lines ofinquiry, but would allow for more cost-effective long-term planning of complex interdisciplinary international programs.

FR :

Les découvertes scientifiques desdernières décennies dans les domainesde l'exploration spatiale, de l'observa-tion par satellites, et de l'informatiquedes super-ordinateurs nous ont permisde lancer des recherches à l'échelle duglobe, recherches jadis impossibles.Les sciences de la Terre ne trouventplus seulement leur application commesupport à l'exploration des ressources,mais elles sont aussi utilisées dans ledomaine de la protection et de la con-servation de l'environnement, et celaexige que des levés environnementauxde base à l'échelle régionale et à l'é-chelle du globe soit produits. Un grandnombre d'iniatatives ont été lancéessous forme de programmes conjointsinternationaux, et en général, le Cana-da y a joué un rôle scientifique impor-tant étant donné ses trois fenêtresocéaniques et sa grande superficie.

Les outils nécessaires pour entre-prendre de telles recherches scientifi-ques ont également changés selon lesdisciplines. Et en particulier, les besoinsde plateformes de recherche scienti-fique de pointe sont devenus essen-tiels. Il s'agit tantôt de plateformes spa-tiales (ballons-sondes, sondes atmo-sphériques, stations mobiles au sol),tantôt de plateformes de recherchesocéaniques (navires, îles de glaces, vé-hicules sous-marins captifs ou auto-nomes, bateaux de forage), ou encorede plateformes de recherche terrestres(stations de terrain, plateformes de for-age, plateformes séismographiques).

L'administration et le financement detelles plateformes de recherche sontchoses difficiles généralement et leursupport est mal assuré par les organismes ou institutions subvent ion naires.Les coûts excèdent généralement lesmontants qui pourraient être récupéréssur las base d'un tarif utilisateur quiserait appliqué aux chercheurs indi-viduels, mais ils sont inférieurs auxniveaux des subventions octroyéespour les «grands projets scientifiques».Nous soutenons que la création d'unenouvelle catégorie de subventions im-portantes (c.-à-d. subventions duCRSNG) visant la logistique viendraitéquilibrer l'aide existante dans les do-maines de l'équipmement, et du fonc-tionnement des projets de recherche.Non seulement cela entraînerait-il unerépartition des demandes plus équit-ables selon les catégories de soutien,mais cela permettrait également d'amé-liorer la rentabilité à long terme pourl'organisation de programmes inter-disciplinaires internationaux com-plexes.