El documento describe la evolución del entendimiento sobre el universo y el origen del sistema solar. Explica que las civilizaciones antiguas observaban los cielos y desarrollaron modelos geocéntricos, hasta que Copérnico propuso un modelo heliocéntrico. Luego, Galileo y Kepler avanzaron este modelo con observaciones y leyes sobre el movimiento planetario. También describe teorías sobre la formación del sistema solar a partir de una nebulosa primordial y la agrupación de planetesimales.

1. Tema 1 LA TIERRA EN EL UNIVERSO

2. 1.1 EL UNIVERSO La civilización sumeria fue la primera hacia el 4000 a.C. en observar sistemáticamente los cielos llegando a elaborar un calendario agrícola basado en la regularidad de los movimientos celestes En la Grecia clásica surgió una teoría clásica acerca del ordenamiento y funcionamiento de los astros. Aristóteles planteó un modelo del universo basado en un sistema de 55 esferas , en cuyo centro se situaba la Tierra

3. El universo geocéntrico fue el modelo más ampliamente aceptado y sirvió para que Ptolomeo ( siglo II) realizara un modelo mecánico celeste muy coherente matemáticamente y que se mantuvo durante 14 siglos A principios del siglo XVI Nicolás Copérnico demostró que los movimientos planetarios se explican mejor atribuyendo una posición central al Sol y no a la tierra

4. Tras la invención del telescopio en 1609, Galileo construyó un pequeño telescopio y comenzó a realizar experimentos , demostrando que la Tierra gira alrededor del Sol La obra de Galileo influye en un joven científico alemán, Johannes Kepler , el cual aprovechando las observaciones de Tycho Brahe, elaboró las tres leyes sobre el movimiento planetario aun hoy vigentes

5. Isaac Newton utilizando el método iniciado por Galileo formuló las tres leyes que constituyen el fundamento de la mecánica y posteriormente dedujo la ley de la Gravitación universal En el siglo XX se enuncia la teoría del big-bang o gran explosión acerca del origen y evolución del universo Según esta teoría toda la energía del Universo se hallaba en el origen concentrada en un punto de tamaño infinitesimal que explotó alejándose en todas las direcciones ya a medida que se enfriaba , la energía fur transformándose en materia dando origen a las partículas elementales (Electrones, Positrones, Mesones, Bariones, Neutrinos, Fotones y un largo etcétera hasta más de 89 partículas conocidas hoy en día)

6. La interacción de dichas partículas produjo los primeros núcleos atómicos( 3 minutos después) y cientos de miles de años más tarde cuando la temperatura era de 3000 K , los núcleos interaccionaron con los electrones para formar átomos. Los átomos más sencillos son el hidrógeno y el helio ( más abundantes del universo)

7. Mientras la expansión proseguía su desarrollo , los átomos atraídos por la fuerza gravitatoria , fueron poco a poco concentrándose , originando nubes de materia más densa de las cuales surgirían las estrellas, las galaxias, los planetas y todos los cuerpos celestes

8. Efecto dopler El efecto Doppler es el cambio de frecuencia de las ondas, ya sean sonoras, luminosas o de cualquier otro tipo, cuando el emisor de las ondas se acerca o se aleja del observador Las ondas de luz emitidas por las galaxias presentan una desviación hacia el rojo, lo que indica que se alejan de nosotros. Las pruebas del “BIG BANG”

9. Enfriamiento del Universo En 1948, Alpert, Herman y Gamow calcularon la temperatura del universo en 3ºK En 1965 Penzias y Wilson descubrieron con una antena, la radiación cósmica de fondo, una radiación electromagnética correspondiente a un cuerpo que se encuentra , precisamente, a 3ºK Esta radiación cósmica de fondo es responsable de la mala recepción en la señal de televisión ocasionalmente.

10. La edad estimada del Universo es de 15000 millones de años.La expansión todavía continúa….. Pero … ¿Hasta cuándo? Densidad del universo mayor que la densidad crítica Durante muchos años, teoría y observación favorecieron el escenario del “Big Crunch” Se trataría de un Big Bang a la inversa Al terminar la época de expansión, el Universo volvería a contraerse y calentarse El Universo se expandirá sin límite, hasta dejar a la Vía Láctea aislada en el centro del Universo observable. Nos quedaremos solos Densidad del universo igual que la densidad crítica

11. El descubrimiento de la aceleración cósmica elimina la posibilidad del Big Crunch El Universo se expandirá sin límite, a mayor velocidad cada vez. Llegaremos al Big Rip Densidad del universo menor que la densidad crítica

12. Se ha demostrado que si sumamos toda la materia existente en el universo no podríamos explicar la teoría del big-bang. De este modo se llegó a la conclusión de que más del 90% de la materia que hay en el universo es materia oscura cuyas características aún no han sido desveladas Además el ritmo de expansión del universo no es constante por tanto debe existir una fuente de esa aceleración a la que se ha denominado energía oscura cuyo origen y naturaleza tampoco ha sido descubierta Se establece entonces que la composición del universo es: - 65% de energía oscura - 30% de materia oscura - 5 % de materia visible ( estrellas planetas…)

13. Cada cuerpo emite una radiación cuya energía depende de su temperatura , por ello los científicos se sirven de diferentes instrumentos para detectar y catalogar los cuerpos estelares: - Radioastronomía : detecta las radiaciones menos energéticas ( mayor longitud de onda). Permite la observación de radiogalaxias( galaxias activas) , púlsares ( estrellas de neutrones) y radiación cósmica de fondo debido a la energía del big-bang)

14. Astronomía infrarroja gracias a las cuales se estudian las regiones de formación de las estrellas, discos protoplanetarios y los núcleos de galaxias activas Astronomía ultravioleta. Se observan, galaxias activas, novas, supernovas y por supuesto el sol. Requiere de satélites Astronomía de rayos X y rayos gamma : son las radiaciones más energéticas y se producen como resultado de procesos muy violentos tales como la formación de agujeros negros o el choque de galaxias

15. Estructura del universo

17. 2.-estrellas Son masas de gases, principalmente hidrógeno y helio, que emiten luz. Se encuentran a temperaturas muy elevadas. En su interior hay reacciones nucleares Clasificación Según las dimensiones : Supergigantes, gigantes, medianas, pequeñas y estrellas enanas. Según la temperatura : (De caliente a frío) Azules, blancas, amarillas y rojas. Se nombran combinando las dos: gigantes rojas, enanas blancas, ...

18. Nacimiento Las estrellas nacen de las frías nubes de gas y polvo que se localiza en las galaxias. Dichas nubes están formadas mayoritariamente por hidrógeno Cuando las fuerzas de atracción gravitatoria son mayores que las fuerzas de dispersión la nube sufre un colapso gravitatorio. Desde ese momento se irá acumulando cada vez más materia en el centro de la nube hasta formar un núcleo suficientemente denso y estable como para ser denominado protoestrella . Ésta seguirá acumulando materia y se eleva la presión y la temperatura

19. Debido a la gravedad, los átomos se van acercando cada vez más en el interior de la estrella aumentando el número de choques entre ellos. Llega un momento en el que los núcleos de dos átomos de hidrógeno se unen para formar helio generando luz y calor Cuando el núcleo de la estrella consume el hidrógeno, la gravedad la comprime aumentando su temperatura y haciendo que los núcleos de helio se fusiones para dar carbono (gigante roja) . Este proceso puede durar 10000millones de años b) Muerte de una estrella 1.-Si la masa de la estrella es pequeña una vez que la estrella quema todo el helio , no se producirán más reacciones, entonces se enfría y palidece se convierte en una enana negra

20. 2.-Si la estrella tiene mucha masa, la inmensa fuerza de atracción gravitatoria será suficiente para que las reacciones de fusión continúen produciendo elemento cada vez más pesados. Cada vez que agota un combustible se produce una nueva contracción que eleva la temperatura lo suficiente para quemar el producto de la fusión anterior y generar otro. El hierro es el producto final ya que la fusión de éste no produce energía sino que absorbe. Como consecuencia el núcleo de la estrella se contrae bruscamente produciéndose el colapso (implosión) que dará lugar a la explosión como una supernova , dejando como resto objetos muy densos, como estrellas de neutrones o agujeros negros

21. Un esquema de la evolución estelar Contracción Secuencia principal Gigante roja Nebulosa planetaria Enana blanca Supergigante Supernova Estrella de neutrones o agujero negro 0.75 M Sol < M * < 5 M Sol M * > 5 M Sol M * < 1.4 M Sol

22. 3.- origen del sistema solar El sistema Solar presenta una serie de características bien definidas: Todos los planetas, giran alrededor del Sol aproximadamente en el plano del ecuador solar (eclíptica), en sentido contrario a las agujas del reloj - Todos los planetas y también el Sol realizan un movimiento de rotación en el mismo sentido menos Venus y Urano Los planetas describen órbitas elípticas con poca excentricidad, casi circulares y a distancias uniformemente crecientes Los satélites se comportan de forma similar a los planetas

23. Se distinguen dos tipos de teorías que tratan de explicar el origen del sistema solar: las catastrofistas (proceso violento) y las evolutivas (proceso continuo) - Buffon en 1745 afirma que el Sistema solar era la consecuencia de un choque entre el sol y otro cuerpo parecido al Sol al que llamó cometa A finales de 1796 Laplace propuso la teoría conocida como hipótesis nebular según la cual en el origen existía una nube de gas y polvo en lenta rotación, debido a la fuerza de atracción gravitatoria fue contrayéndose a la vez que aumentaba la velocidad

24. El núcleo central se condenó en un protosol mientras que en las partes exteriores de la nube la velocidad era tan grande que provocó la expulsión de un anillo de gas que continúo girando independientemente. Al proseguir la contracción , el proceso se repitió varias veces emitiendo varios anillos de gas que con el tiempo se condensaron dando lugar a los planetas A finales del siglo XIX un análisis matemático realizado por James Maxwell demuestra que esta teoría no puede ser cierta

25. En 1905 dos científicos estadounidenses, Thomas Chrowder Chamberlin (1843-1928) y Forest Ray Moulton (1872-1952 proponen la hipótesis planetesimal según la cual el paso de una estrella cerca del Sol arrancó parte de la materia que quedo girando alrededor suyo originando con el tiempo masas sólidas (planetesimales) . Nuevamente un análisis matemático de la teoría hizo que ésta fuera rechazada Posteriormente se vuelve a la hipótesis nebular pero asumiendo que las partículas giran según órbitas elípticas con diferente velocidad ( más rápido cuanto más cerca del núcleo) , lo que originaba remolinos y contrarremolinos que sí permitían la condensación de las partículas para formar los planetas Actualmente la teoría ha sido mejorada por Hoyle con la introducción de fuerzas magnéticas y es la más aceptada hoy en día

26. En la nube de gas y polvo en rotación los materiales más densos se acumularon hacia el interior de la nube quedando los más ligeros en el exterior. Por eso los denominados planetas exteriores (Júpiter, Saturno, Urano, y Neptuno ) son gaseosos y ricos en elementos ligeros mientras que los planetas interiores( Mercurio, Venus , Tierra y Marte) son sólidos Este principio también se aplica a la Tierra en formación; los elementos más pesados ( hierro y niquel ) quedan en el núcleo , en la corteza elemento más ligeros como el silicio y los más ligeros ( gaseosos) en la atmósfera

27. 4.- dinámica terrestre Corteza terrestre La corteza presenta dos tipos muy diferenciados: la corteza continental y la oceánica La corteza continental presenta un espesor medio de 35-40 Km si bien las grandes cordilleras superan los 70 Km . Composición: capa exterior de naturaleza granítica y otra más profunda de carácter basáltico Los continentes no terminan en el mar sino que se extienden hasta ciento de kilómetros bajo los océanos en la denominada plataforma continental que termina en una pendiente más o menos brusca (talud continental)

28. La corteza oceánica resulta muy diferente de la continental presenta un grosor muy inferior (unos 7 Km) de composición basáltica y y resultan significativamente más jóvenes que las continentales Los primeros datos directos de las capas internas de los Tierra fueron aportados por el estudio de las ondas sísmicas y su mecanismo de transmisión

29. - Primeras teorías Otra teoría atribuía la formación de los continentes a la acción de corrientes convectivas en el manto terrestre: Las corrientes del manto arrastran a los materiales situados por encima La mayoría de los científicos apostaron por la teoría del enfriamiento-contracción. Según esta teoría expuesta a finales del siglo XIX, la Tierra, al enfriarse se contrae y esta contracción provoca que su superficie se agriete (fallas) y se pliegue ( montañas)

30. Enigmas biológicos-paleontológicos ¿Por qué especies muy similares viven a miles de Km de distancia? Marsupiales: América y Australia Ratites: ñandú (sudamerica) avestruz (africa)

31. ¿Por qué aparecen fósiles de la misma especie en lugares aislados entre sí? Los científicos hablaban de puentes intercontinentales ya desaparecidos

32. - enigmas geográficos: Los continentes encajan como las piezas de un puzzle, siendo el encaje más perfecto si se añade la plataforma continental Enigmas geológicos Continuidad de cadenas montañosas. Estructuras geológicas análogas a ambos lados del Atlántico. Restos glaciares en zonas de clima tropical. Yacimientos de carbón en zonas frías

33. b) Hipótesis de la deriva continental Teoría propuesta por Alfred Wegener : Todos los continentes estaban unidos en uno sólo : El Pangea Hace 200 m.a. se rompió el Pangea. Los continentes empezaron a moverse: Deriva continental Su teoría respondía bien a la mayoría de los enigmas anteriormente comentados La teoría no fue bien acogida, pues Wegener no pudo explicar el “motor” del movimiento de los continentes

34. La existencia del pangea se ha confirmado por medio de dos tipos de pruebas: Pruebas paleomagnéticas Los compuestos con elementos férricos en su composición, cuando se enfrían, los orientan hacia el polo Norte Magnético. El estudio de los minerales indica la posición del polo Norte en distintas épocas. Estos estudios muestran orientaciones que sólo son posibles si los continentes se han movido

35. B) Pruebas oceanográficas Tras la II Guerra Mundial comienzan a estudiarse los fondos oceánicos. El desarrollo tecnológico (sónar, submarinos…) permite grandes avances Las observaciones más relevantes fueron: Presencia de grandes dorsales montañosas en el centro de los océanos Actividad volcánica en el centro de las dorsales Capa de sedimentos muy inferior a lo esperado Edad de la corteza oceánica (rocas de la corteza) inferior a los 200 m.a Estudios sísmicos submarinos (localización de epicentros en determinadas zonas)

36. c) Hipótesis de la expansión del fondo oceánico :Harry Hess (1960) Las coorrientes convectivas ascendentes del manto chocaban con la corteza oceánica empujándola verticalmente y creando las dorsales Se crea suelo oceánico nuevo. Pero el magma en fusión sigue derramándose continuamente, empujando los fragmentos de la antigua placa. El frente de la placa, a su vez, baja nuevamente hacia el manto, en las fosas oceánicas, siendo destruida por el magma en fusión y realimentando las corrientes de convección LA CORTEZA OCEÁNICA SE CREA EN LAS DORSALES Y SE DESTRUYE EN LAS FOSAS

37. La gran prueba de la expansión del fondo oceánica viene dada por el paleomagnetismo La tierra sufre inversiones periódicas del campo magnético. Los elementos férricos de las lavas solidificadas en cada uno de estos periodos señalan hacia el polo N (situación en ese momento). A ambos lados de las dorsales se observan bandas alternas de lavas con polaridad normal alternándose con otras de polaridad invertida. Esto indica: La corteza se crea hacia ambos lados de la dorsal y a medida que se enfría se registra la polaridad que tenía la Tierra en ese momento

38. 5.- TECTÓNICA DE PLACAS Surge en 1968, con la aportación de muchos científicos como unión de la deriva continental y la expansión del fondo oceánico. Se trata de una teoría global que explica numerosos hechos geológicos y geográficos: Yacimientos minerales Localización de volcanes Formación de cordilleras Expansión del fondo oceánico Fenómenos de isostasia

39. La corteza terrestre está dividida en placas. Los límites de las placas son: Las dorsales oceánicas. Las fosas tectónicas. Las fallas transformantes. En las dorsales se crea nueva corteza En las fosas se destruye la corteza En los bordes laterales de las placas ni se crea ni se destruye la corteza

40. Las causas del movimiento de las placas se explican según 3 modelos diferentes a) Corrientes de convección: El material asciende, arrastra las placas y cuando se enfría (aumento de densidad) se hunde de nuevo. b) Arrastre de las placas El material recién formado está caliente y es menos denso que el material que se aleja de la dorsal. Este último material, más frío y denso tiende a hundirse arrastrando al resto de la placa Material recién salido Material viejo más frío y denso

41. c) Empuje de placas: Las dorsales son zonas elevadas; la gravedad y el empuje de la nueva corteza en formación originan el desplazamiento hacia las zonas más profundas del fondo marino Material elevado La gravedad hunde la placa

42. Las placas se suelen dividir en función de su tamaño; Placas grandes ( 7) africana y la euroasiátiva Tamaño Medio( Nazca , caribe Placas pequeñas como la ibérica Según la composición: oceánicas, continentales y mixtas

43. Las regiones situadas sobre zonas de contacto entre dos placas son las que sufren una mayor frecuencia de fenómenos sísmicos como reflejo de la intensa actividad geológica que se produce en los límites de placa El contacto entre placas se divide en tres tipos.: Bordes divergentes Se sitúan en las dorsales oceánicas y en los rift continentales, como por ejemplo en el Rift Valley en África y en la dorsal atlántica. La actividad volcánica que se produce en estas zonas, como consecuencia de su divergencia, determina la formación de nueva corteza oceánica y provoca el ensanchamiento de los fondos oceánicos y la separación progresiva de las placas adyacentes.

44. b) Bordes convergentes: las dos placas chocan . En ellos se destruye corteza al subducir una placa bajo la otra fundiéndose en la astenosfera Pueden ser de tres tipos 1.-Choque de placa oceánica contra oceánica. La placa más densa ( las más alejada de las dorsales ) subduce por debajo de la más ligera. Se forman profundas fosas submarinas como la de las Marianas Da lugar a la aparición de arcos de islas como consecuencia de la actividad volcánica originada por la fusión de la corteza que subduce

45. 2.-Choque de placa oceánica contra continental. La placa oceánica (más densa) subduce por debajo de la continental. La fusión de los materiales origina la llamada orogenia andina en la que se forman cordilleras ceca de las costas

46. 3. Choque de placa continental contra continental. La colisión de dos masas continentales recibe el nombre de obducción Los sedimentos situados entre las dos placas se pliegan y elevan ( orogenia alpina) como en el Himalaya . No hay actividad volcánica

47. c) Bordes transformantes En ellas se produce un desplazamiento lateral de las placas. No se crea ni se destruye litosfera por lo que se les llama bordes pasivos o conservativos Dos tipos: a) Las que cortan transversalmente una dorsal b) Las que conectan dos límites de placas ( falla de San Andrés) No tienen vulcanismo asociado sin embargo los terremotos son frecuentes