TEMA 1, Apuntes de Ciencias Naturales. Universidad de Sevilla (US)
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Asignatura: fundamentos de las ciencias naturales, Profesor: , Carrera: Educacion Primaria, Universidad: US
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TEMA 1

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TEMA 1. LA TIERRA EN EL ESPACIO.

Origen del Universo y del Sistema Solar La Tierra es uno de los nueve planetas que, junto con aproximadamente una

docena de lunas y numerosos cuerpos más pequeños, giran alrededor del Sol, constituyendo el Sistema Solar. La naturaleza ordenada de nuestro Sistema Solar nos permite suponer para todos los cuerpos del mismo un origen común. Por lo tanto, el origen de la Tierra hay que buscarlo en el origen del Sistema Solar, y por qué no del Universo.

Según la Teoría del Big-Bang, al principio no había ni espacio ni tiempo, y las leyes de la física que conocemos no podían ser aplicadas. Toda la materia estaba condensada en un punto de densidad infinita. La Gran Explosión conocida como “Big-Bang”, puso al Universo en movimiento y en constante expansión.

Algunas evidencias que confirman la existencia del Big-Bang:

• Por una parte las galaxias se alejan unas de otras a velocidades directamente proporcionales a su distancia (Ley de Hubble).

• Otra consecuencia de esta teoría es que en el pasado el Universo sería más denso y con mayor temperatura. Esto permitió predecir la existencia de una radiación de fondo de microondas, que fue descubierta en 1965 por Penzias y Wilson (Novel 1978).

Por tanto, el origen del Universo tuvo lugar como consecuencia del Big-Bang hace 13.700 millones de años (Ma). Poco después (300.000 años) empezaron a formarse los primeros átomos y el Universo se empieza a hacer transparente. Estos átomos fueron únicamente de H, He y un poco de Li (los elementos más ligeros).

Después de unos 1.000 Ma aparecen las primeras protogalaxias, y hasta 5.000 Ma se forman las estrellas y las galaxias, entre ellas la nuestra, la Vía Láctea. Durante las fases finales de evolución de las grandes estrellas, los elementos ligeros (Z<14) se sintetizan dentro de ellas. Cuando las estrellas masivas agotan su combustible nuclear y explotan forman supernovas, y los elementos más pesados (Z>15) se originan de esta forma.

Hace 5.000 Ma, esto es unos 8.700 Ma después del Big-Bang una nebulosa de la Vía Láctea en rotación empezó a contraerse por interacciones gravitacionales entre sus partículas. La composición de esta nebulosa era principalmente H, He, polvo y materia originada en el interior de las estrellas y arrojada al espacio al morir éstas. Cuanto más se contraía más rápido giraba, alcanzándose un equilibrio entre las fuerzas gravitacionales de atracción y la fuerza centrífuga. Gran parte de la materia se concentró en el centro del disco formando un protosol. La energía gravitacional se transforma en calor. La formación del Sol marcó el fin de la contracción y del calentamiento.

Las partes externas del disco también se condensaron para formar planetas. Dado que el disco se fue aplanando con el tiempo, todos los planetas rotan sobre el mismo plano (a excepción de Plutón y Sedna, ¿capturados?). Los planetas interiores se condensaron por unión de partículas. El Fe y Ni, junto a Si, Ca, Na, etc formaron masas metálicas y rocosas, que por colisiones formaron protoplanetas y en unas pocas decenas de millones de años se formaron los cuatro planetas terrestres o interiores (Mercurio, Venus, la Tierra y Marte). Algunas piezas no se incorporaron a los planetas y permanecen en órbita (cinturón de asteroides). La elevada temperatura y el débil campo gravitatorio de estos planetas hizo que no acumularan volátiles (H, He) que fueron arrastrados y amalgamados por los grandes planetas Júpiter y Saturno.

Por tanto, el sistema solar debió originarse de forma más o menos simultánea (en términos geológicos, ~100 Ma). La nebulosa debió ser relativamente homogénea.

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Actualmente se sabe que el 99% de la masa del sistema solar está en el sol y por lo tanto su composición es una buena aproximación a la composición del sistema solar. Los elementos más abundantes son H y He, y en general, la abundancia de otros elementos decrece al incrementar Z (número atómico). Esto es, cuanto más pesado es el elemento, menos abundante es.

En función de la distancia al Sol y de su constitución y composición se pueden establecer dos grupos de planetas:

Planetas terrestres o interiores: son pequeños, densos y rocosos, con pocos gases debido al débil campo gravitatorio, pero suficiente, salvo en el caso de Mercurio, para retener una atmósfera.

Planetas gigantes o exteriores: son grandes, poco densos y gaseosos, con atmósferas muy gruesas formadas por H, He, metano y amoniaco, y con hielo en su interior.

Los cuerpos menores del Sistema Solar son los asteroides, los cometas y los meteoritos. Los asteroides son cuerpos rocosos, posiblemente de un planeta que no llegó a constituirse. La mayoría se encuentra entre las órbitas de Marte y Júpiter. Los cometas están compuestos por gases congelados (agua, amoniaco, metano, dióxido de carbono y monóxido de carbono) con pequeños fragmentos de material rocoso y metálico. Muchos viajan en órbitas muy alargadas que los llevan más allá de Plutón y se conoce muy poco sobre su origen. Los meteoritos son pequeñas partículas sólidas que viajan a través del espacio interplanetario que se convierten en meteoros cuando entran en la atmósfera terrestre y se vaporizan emitiendo un rayo de luz (estrellas fugaces). Las lluvias de meteoros se producen cuando la Tierra encuentra un enjambre de meteoritos, probablemente material perdido por un cometa. Los tres tipos de meteoritos (clasificados según su composición) son: (1) férreos, formados fundamentalmente por hierro y menor contenido en níquel; (2) pétreos, formados por silicatos y otros minerales; y (3) siderolitos, una mezcla de los anteriores.

Origen y evolución temprana de la Tierra A medida que el material de la nebulosa se iba condensando y formando el planeta

Tierra, la energía gravitacional se transformaba en calor y los materiales se fundieron y se separaron según su densidad. Los metales (Fe y Ni) se hundieron hacia el centro y los materiales silicatados se acumularon en la superficie. Esta diferenciación química originó la estructura en capas de la Tierra, estableciéndose las tres divisiones básicas (Corteza, Manto y Núcleo). Hace 4.600 m.a. la Tierra estaba constituida como planeta.

La atmósfera primitiva se desarrolló a partir de los gases del interior de la Tierra. Al principio debió ser rica en dióxido de carbono, nitrógeno, dióxido de azufre y vapor de agua, pero sin rastro apenas de oxígeno. Conforme el planeta fue enfriándose el vapor de agua se condensó y originó los océanos. Esta atmósfera pudo ser más propicia para la formación de las primeras moléculas orgánicas (aminoácidos, proteínas y lípidos) y para la aparición de la vida, que tuvo lugar en los océanos hace 3.800 millones de años. Los primeros microorganismos eran bacterias capaces de realizar la fotosíntesis, y así comenzó la producción de oxígeno hasta configurarse la atmósfera tal y como la conocemos hoy en día, que prácticamente no ha cambiado desde hace 470 Ma.

La Tierra, un planeta especial Dado el origen común de todos los cuerpos del Sistema Solar, muchos de los

procesos geológicos observados en la Tierra se han podido observar en otros cuerpos planetarios. Sin embargo, el tamaño de la Tierra y su distancia al Sol hace que presente unas peculiaridades que lo convierten en un planeta singular dentro del Sistema Solar:

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• Aunque no es el único cuerpo que posee atmósfera, su composición química es absolutamente original, permitiendo el desarrollo de la vida.

• Es también el único planeta que posee una temperatura superficial que permite la existencia de agua en sus tres estados: sólido, líquido y gaseoso. El conjunto del agua del planeta se denomina Hidrosfera.

• Aunque en otros cuerpos del Sistema Solar se ha podido observar la presencia de volcanes, las grandes cadenas montañosas, o arcos de islas que rodean los bordes continentales, son una singularidad de nuestro planeta.

• Otra peculiaridad del relieve terrestre es la ausencia de cráteres meteoritos, debido a la eficaz acción de la erosión atmosférica.

La Tierra como un sistema Vista desde el espacio, la Tierra es espectacularmente bella, mucho más que roca y

suelo, siendo la presencia de la atmósfera y de su enorme océano global sus rasgos más significativos; sin embargo también se puede comprobar que es un planeta pequeño, autónomo, y, de algún modo, incluso frágil.

El medio físico de la Tierra se divide tradicionalmente en tres partes principales: la Tierra sólida o geosfera, la porción de agua de nuestro planeta denominada hidrosfera, y la envuelta gaseosa de la Tierra, la atmósfera. Además, la biosfera, la totalidad de vida sobre la Tierra, interacciona con cada uno de estos componentes físicos y es igualmente una parte integrante de la misma. Así se puede concluir que la Tierra esta formada por estas cuatro esferas principales. Aunque cada una de ellas puede estudiarse por separado, todas están relacionadas de un modo complejo e interactúan continuamente en lo que denominamos Sistema Tierra.

Atmósfera: es la capa gaseosa que rodea la superficie terrestre. En comparación con la Tierra sólida, la atmósfera es delgada y tenue. No sólo nos proporciona el aire que respiramos, sino que también nos protege de las radiaciones solares más peligrosas y del impacto de meteoritos. Los intercambios de energía que se producen de manera continua entre la atmósfera y la superficie de la Tierra y entre la atmósfera y el espacio, producen los efectos que denominamos el tiempo y el clima. Si la Tierra no poseyera atmósfera, como sucede en la Luna, nuestro planeta no sólo carecería de vida, sino que no habría erosión y la faz de nuestro planeta se parecería mucho a la superficie lunar, que prácticamente conserva los rasgos de los primeros momentos de su formación.

Hidrosfera: representa el agua total de la Tierra y es la causa de que se le denomine el planeta azul. La presencia de agua, más que otra cosa, hace que nuestro planeta sea único. La hidrosfera es una masa de agua dinámica que esta en movimiento continuo, a través del ciclo del agua. El océano cubre el 71% de la superficie terrestre y representa el 97% del agua de la Tierra. El agua dulce constituye una diminuta fracción del total, concentrada preferentemente en los glaciares y el agua subterránea.

Biosfera: Incluye toda la vida en la Tierra. Esta centrada cerca de la superficie en una zona que se extiende desde el suelo oceánico hasta varios Km de la atmósfera. Los seres vivos dependen del medio ambiente físico para los procesos básicos de la vida, pero además a través de innumerables interacciones ayudan a mantener su medio y lo alteran.

Geosfera: la Tierra sólida constituida por rocas. Presenta una estructura interna en capas denominadas corteza, manto y núcleo. En la corteza, la parte más superficial, podemos distinguir las cuencas oceánicas y los continentes, los cuales presentan un relieve y unos

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accidentes geográficos que son consecuencia de la dinámica interna y externa del planeta.

Todas las partes del Sistema Tierra están relacionadas, de manera que un cambio en una de ellas puede producir cambios en otra o en todas las demás (Fig.1). El clima, el ciclo del agua, el ciclo de las rocas, los cambios producidos tras una erupción volcánica, cualquiera de las acciones del hombre en su medio, etc., son ejemplos de estas numerosas interacciones.

Actualmente la Tierra es un planeta activo. Las dos fuentes de energía que alimentan el sistema Tierra son la energía solar y el calor interno del planeta. La energía solar actúa en superficie controlando las interacciones entre corteza - hidrosfera – atmósfera. Todos los procesos vitales que se desarrollan sobre la superficie terrestre se hallan sustentados por la energía que irradia el Sol, y por tanto tiene una gran importancia en los procesos geológicos externos. Esta energía 6.000 veces mayor que la energía procedente del interior de la Tierra (calor interno). Sin embargo, este calor interno es muy importante en los procesos geológicos internos y es el causante de procesos como terremotos, volcanes o la formación de las montañas.

Fig. 1.-Esferas que componen el Planeta Tierra y su interrelación como partes de un Sistema.

GEOSFERA

HIDROSFERA ATMÓSFERA

BIOSFERA

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