Origen del universo, del sistema solar y la Tierra

El origen del universo

El big bang

Se produjo entre hace 15.000 y 13.700 m.a.

Modelo que explica la evolución del universo.

Se parte de un estado inicial denso y caliente que evoluciona a un estado de enfriamiento y menos denso. Singularidad espacio –temporal.

Espacio Tiempo Materia Energía

Se origina

Teoría de la fuerza inflacionaria:Planteada por Alan Guth (1981) y Andrei Linde (1982)Esta situación provoca inevitablemente un aumento continuo de la desestabilización de dicha singularidad.Se produce una “fuerza estacionaria” que desencadena el big bang.La expansión del universo es instantánea y hace que el espacio se crezca a una velocidad superior a la de la luz.La fuerza inflacionaria da origen a las cuatro fuerzas fundamentales:•Gravitacional: atracción entre los cuerpos.•Electromagnética: combina electricidad y magnetismo.•Fuerza nuclear fuerte: une protones y neutrones.•Fuerza nuclear débil: permite la ruptura del núcleo atómico liberando radiactividad.

¿Dónde empieza la historia del universo?

En una singularidad espacio-temporal. Ésta corresponde con un punto en el que se se concentraba toda la materia, la energía, el espacio y el tiempo.

Historia del universo.

Momento Temperatura ¿Qué aparece? ¿Qué le ocurre al universo?

t=1 s. Muy altas. GravedadFuerza electromagnéticaFuerzas nucleares

Gran expansión

t= 300.000 años. Bajan Formación de átomos de hidrógeno y helioFotonesSeparación de la materiaLuz en el universo.

Sigue expandiéndose y enfriándose.

t = 300.000 años a 1 billón de años.

Siguen bajando.

Aparición de cuerpos cósmicos: es la era de los átomos, se fusionan átomos, se forman las primeras estrellas.

Sigue expandiéndose y enfriándose.

t = 1 billón de años a la actualidad

Siguen bajando.

Se forman las galaxias y todos los cuerpos celestes que conocemos.

Sigue expandiéndose y enfriándose.

Planetas rocosos

Planetas gaseosos

Giran en sentido antihorario

Órbitas elípticasSol

98% de la masa del sistema solar

En todos los planetas impactas meteoritos

El Sistema Solar

El sistema Solar

El Sistema Solar presenta las siguientes características:1. Está formado por una estrella (Sol) que ese encuentra en el centro del mismo y 8

planetas (Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno)2. El Sol y los planetas giran en el mismo sentido: antihorario tanto en traslación como

en rotación3. Las orbitas de los planetas son elípticas y todos los planetas se disponen en el mismo

plano.4. Los planetas más cercanos al Sol son planetas rocosos, los más pequeños y los más

densos (Mercurio, Venus, Tierra y Marte). El resto de los planetas son gaseosos, más grandes y menos densos (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno)

5. El Sol tiene casi toda la masa del Sistema Solar (aprox. 98%), solo contiene el 2 % del momento angular; Júpiter, con menos del 0,2 % de masa, contiene el 60 % y Saturno, el 25 %.

6. Todos los cuerpos planetarios presentan impactos de meteoritos7. Los materiales más densos aparecen en el interior de los planetas.

Origen del Sistema Solar

Existen 5 teorías sobre el origen del Sistema Solar:1. Teoría nebular2. Teoría de la Mareas3. Teoría de la estrella binaria4. Teoría de las turbulencias

5.Teoría planetesimal: la más actual

Planteada por Kant y Laplace de forma independiente en el siglo XVIII. En ella se parte de una masa de material (gas y polvo) que por gravedad se va acumulando mucha materia en el centro y produce un disco plano de materia que empieza a girar cada vez con mayor velocidad, esta velocidad va aplanando aún más el disco de materia. Por la intervención conjunta de las fuerzas de gravedad y centrífuga se van definiendo anillos y en ellos los planetas.

Propuesta por Chamberlin y Ray Moulton, siglo XIX. Es una teoría catastrofista. El Sol, como en la teoría nebular,se formó a partir de una nebulosa pero los planetas no se originaron a partir de anillos sino que fue el paso cercano de una estrella al Sol el que provocó la formación de un puente de materia que originó los planetas.Once años después (1917), Hopwood Jeans y Harold Jeffreys apuntaron que la ojiva formada como puente de materia entre ambas estrellas, tenía que estar deformada sufriendo un leve retorcimiento, haciendo que sus extremos fueran estrechos y el centro ancho.

Teoría propuesta por Hoyle en la que se supone que el Sol tenía una estrella compañera que explotó y sus restos fueron retenidos y atraídos por la gravedad del Sol de manera que se seleccionaron por densidades formando anillos en los que se originaron los planetas.

Establecida en 1943 por Weizsäcker. En esta teoría, al contrario que en la anteriores, la materia que originó el Sistema Solar se movía en bloques diferentes en vez de en un solo conjunto. De manera que el movimiento independiente de cada bloque producía roces entre ellos, especialmente entre las partes exteriores, estos choque producían movimientos anómalos (remolinos) entre las partículas que chocaban unas con otras y en ocasiones las partículas se unían formando otras mayores.

Es la teoría más aceptada actualmente. Hace unos 6000 a 5000 m.a. existía una masa de plovo y gas. La fuerza de gravedad produce que se vayan acumulando materiales en el centro de la nubeSe provocan choques La masa va girando cada vez más rápido, aplanándose Los choques y el movimiento alcanzan tales magnitudes que la temperatura es muy alta favoreciendo que átomos de hidrógeno se fusionaran originando átomos de helio. Probablemente este tipo de reacciones termonucleares fueran el origen del Sol. El aumento de temperatura en el centro de la nube (Sol) hizo que los materiales de alrededor se expandieran (disminución de su densidad). A medida que los materiales se alejan del punto máximo de calor, se van enfriando y las partículas pueden unirse unas a otras favoreciendo una distribución geoquímica de los mismos. Las agregaciones de materiales más pequeñas eran los planeteismales, éstos se unían unos con otros hasta formar planetoides (astros de unos cientos de kilómetros) y estos se unen para formar planetas.De esta manera se seleccionaron los materiales que originaron los planetas interiores (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) que son planetas rocosos; y los planetas exteriores (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) que son planetas gaseosos.

El origen de la Tierra

Se originó hace unos 4600 m.a.Planeta dinámico y complejo.En él se desarrolla la vida:•Distancia al sol.•Presenta agua.•Atmósfera hospitalaria.•Diferentes climas.

La Tierra es un sistema formado por la combinación e interacción de varios subsistemas:AtmósferaHidrosferaLitosferaBiosferaManto y núcleo.

Algunas relaciones Algunas consecuencias

Manto con la litosfera Movimientos convectivos del manto.Generación de fondos oceánicos.Aporte de material a la litosfera.Destrucción de la litosfera aportando materiales al manto.

Litosfera con litosfera Tectónica de placas.

Litosfera con biosfera Formación de nutrientes. Procesos de meteorización. Formación del suelo.

Atmosfera con la hidrosfera

El ciclo hidrológico.Cesión de calor.Formación de la corriente atmosférica y oceánica.

Atmósfera con atmósfera Movimientos de masas de aire.Formación de frentes.

Hidrosfera con hidrosfera El ciclo hidrológico

Hay muchas más.

El origen de las tres capas está unido pero es secuenciadoLa parte sólida es la primera que se origina y a partir su formación y su evolución se originan las otras.La Tierra se formó junto con el resto del Sistema Solar.En principio la Tierra se formó por acreción de partículas después del Big Bang . Sin embargo esas uniones pudieron ser de dos maneras diferentes:1. Por acreción homogénea.2. Por acreción heterogénea

Teoría de la acreción homogénea: las partículas (férricas, de níquel y silicatos) se van uniendo unas a otras hasta formar una masa como la que tiene la Tierra actualmente. El rozamiento de las partículas (por acción gravitatoria) más las desintegraciones de elementos radiactivos (U, Th K40...) y la caída de meteoritos, van aumentando la temperatura del planeta. Este aumento de temperatura favorece la fusión de materiales excepto la superficie del planeta. La superficie del planeta no se funde y permanece sólida por enfriamiento al estar en contacto con el exterior (la temperatura del espacio es muy baja). La capa externa pudo llegar a tener unos 300 km de espesor. Por debajo de esta capa los materiales están fundidos lo que facilita una reorganización del planeta, distribuyéndose los materiales por densidades. Los materiales más densos se disponen en el centro del planeta y los menos densos en las capas más externas.

Teoría de la acreción heterogénea: durante la acreción de partículas, primero se agregan las más densas (metálicas) formando el núcleo y después, atraídas por éste, las partículas menos densas (silicatos).En cualquiera de las dos teorías, una vez foemada la geosfera, los materiales volátiles escaparían de la materia fundidada y seían retenidos por la gravedad.

La corteza terrestre está formada por enfriamiento al estar en contacto con las temperaturas del espacio. Su espesor puede llegar a 300 km preo es una capa débil e . Por debajo de ella se encuentran capas fundidas en las que hay diferentes temperaturas que irán provocando corrientes de convección de los materiales (materiales ascendiendo y descendiendo). Estas corrientes producen fragmentaciones en la delicada corteza. Las grietas originadas son una vía de escape de gases (materiales volátiles): CO2, vapor de agua, metano, amoníaco, halogenuros y vapores de azufre (destaquemos la situación de que no había oxígeno libre), Los gases liberados , junto con los que se originaron en el sistema solar, son retenidos por la gravedad del planeta formando una capa gaseosa reductora, formando la atmósfera. Estos gases adquieren el ciclo rotativo que llevaba el planeta.A medida que se van enfriando, los gases de halogenuros y azufre forman minerales en la corteza por sublimación que forman parte de la geosfera.

La cantidad de CO2 que existía se fue disolviendo en el agua y favoreció la formación de rocas carbonatadas (calizas), el H y el He escaparos con facilidad de la acción gravitatoria.Hasta que no se formaron la primeras cianobacterias que formaron oxígeno libre, el metano y el amonio no pudieron originar otros materiales. Cuando hubo oxígeno libre reaccionaron con el produciendo más agua:

A medida que se va produciendo oxígeno libre, la atmósfera va pasando de reductora a oxidante. Se permite el desarrollo de la vida con seres que producen fotosíntesis y según van aumentando los niveles de oxígeno se puede formar la capa de ozono que permitió que la vida empezara a desarrollarse fuera del agua.

Origen volcánico: gases emitidos por la TierraAl descender la temperatura por debajo de los 100ºC el vapor de agua de la atmósfera se empieza a condensar formando las nubes y las primeras lluvias.Al caer las lluvias se produce un mayor descenso de la temperatura de la corteza y una erosión de la misma. poco a poco se alcanzaron los niveles de agua que actualmente existen, es decir, se formó la hidrosfera. La hidrosfera tenía el mismo volumen que ahora pero no la misma salinidad que poco a poco se va modificando por la incorporación de minerales procedentes de la porción de continentes emergidos

Origen extraterrestre: hielo en los asteroidesEl agua llegó a la Tierra a bordo de asteroides que se estrellaron contra la Tierra unos 100 millones de años después del nacimiento de los planetas actuales.Los asteroides estallaron contra la superficie de la Tierra y llegaron al manto. Allí, el hielo se derritió y ablandó los materiales que lo componen. Así comenzó la tectónica de placas y la formación de los futuros continentes y océanos.

El origen de la Luna

La teoría del gran impacto es la teoría científica más aceptada para explicar la formación de la Luna.Esta hipótesis fue planteada por William K. Hartmann y Donald R. Davis en 1975.Hace unos 4.533 m.a. un protoplaneta chocó con la superficie de la Tierra cuando esta todavía era joven.Al protoplaneta se le llamó Tea o Theia, en ocasiones se le llamó Orfeo.Theia era una diosa griega, la madre de Selene, diosa de la luna.

La Tierra Theia

1

2

3

1. Theia pudo desarrollarse en la misma órbita que la Tierra. A unos 600 de separación de la Tierra con respecto al Sol. Esos puntos son estables para que la materia se desarrolle por acreción, se sitúan a unos 150. 106 km de la Tierra.

2. Theia adquirió una masa similar a la de Marte con lo que se hizo inestable para permanecer en la misma órbita que la Tierra. La fuerza de gravedad le acercaba a la Tierra, mientras que la de coriolis le alejaba. Esto hizo que su distancia angular a la Tierra fluctúe, hasta que Theia tuvo masa suficiente para escapar de su punto de estabilidad.

3. Theia desarrolla una órbita caótica y se provocó el choque con la Tierra. Debió ocurrir hace 4 533 m.a.; se cree que Tea impactó la Tierra con un ángulo oblicuo a una velocidad de 40 000 km/h, destruyendo Theia y expulsando la mayor parte del manto de Tea y una fracción significativa del manto terrestre hacia el espacio, mientras que el núcleo de Tea se hundió dentro del núcleo terrestre.