Tema 5: Nuestro lugar en el Universo

1. Tema 5: Nuestro lugar en el Universo

2. Índice • Estructura del Universo • Apariencia • Composición • Estructura • Origen del Universo • Antigüedad • Renacimiento • SXX: Big Bang • La Vía Láctea • Estructura de la Tierra (Modelos Estático y Dinámico) • Dinámica terrestre: Tectónica de placas

4. Universo o Cosmos: Conjunto de toda la materia y energía existente y el espacio en que se encuentra. • Cosmología: Ciencia que estudia el Universo, la Cosmología Moderna nació en 1700 con la propuesta de que la Vía Láctea es un sistema de estrellas, una de las cuales es el Sol, y de que existen otros sistemas similares. • La antigüedad del Universo es de unos 13700 millones de años

5. 1. Estructura del Universo: A. Apariencia • Universo observable: parte del Universo que podemos percibir desde la Tierra. El radio de observación es de 1010 años luz. • Forma del Universo: se desconoce. • Universo es heterogéneo: la materia no está uniformemente distribuida, sino más concentrada en unas zonas que en otras. • Es isotrópo: tiene las mismas propiedades en todas las direcciones. • Todo el Universo se mueve como resultado de la fuerza expansiva (separa la materia) y la fuerza gravitatoria (atrae masas entre sí). Muchas veces por interacción de estas fuerzas se producen movimientos de giro (de galaxias, planetas…) 1 año luz= 9,46 1012 km

6. B. Composición del Universo: El Universo está compuesto de materia y energía • Materia: el 90% es materia oscura, no emite radiación (no la vemos) pero deducimos su existencia porque la parte visible del Universo parece estar sometida a fuerzas gravitatorias mayores que las que produce la materia conocida. Materia conocida: 10%, formada 75%H, 20%He y 5% resto. • Energía: Energía oscura es el componente mayoritario del Universo, acelera la expansión porque actúa en contra de la fuerza gravitatoria. Energía conocida: se manifiesta en tres fuerzas fundamentales: gravitatoria, electromagnética y nuclear.

7. C. Estructura del Universo: Está formado por agrupaciones de materia de diferente tamaño: • Supercúmulos de galaxias: las agrupaciones más grandes, formados por miles de galaxias. (Vía Láctea en cúmulo Grupo Local) • Galaxia: miles de millones de estrellas junto con otros objetos como agujeros negros (concentraciones de materia muy densa que no deja escapar energía), nebulosas (nubes de gas y polvo estelar, origen de estrellas)… (Vía Láctea 2 1011 estrellas) • Estrellas: cuerpos que emiten radiación por fusión nuclear en su interior. El brillo indica la radiación emitida y el color la temperatura, junto con el tamaño dependen de su edad. ProtoestrellaEstrella joven (fusión H) Gigante roja Enana blanca (nebulosa) gigante azul (fusión He) Supernova amarilla o naranja (síntesis elementos) • Sistemas planetarios: planetas, planetas enanos, asteroides y cometas.

8. 2. El origen del Universo: Teorías sobre su origen y evolución. • Uno de los principales interrogantes del Ser Humano ha sido siempre el origen del Universo • A lo largo de la historia han dominado las ideas antropocéntricas, ser humano como centro del Universo y la Tierra creada para él.

9. Para hacernos una idea de los 13700 millones de años de antigüedad del Universo Carl Sagan propuso una comparación en la que, si los 13700 ma transcurrieran en un solo año la relación de éstos con los acontecimientos más relevantes de la historia sería la siguiente: • Descubrimiento de América (12 Octubre de 1492, hace unos 500 años) habría ocurrido hace sólo un segundo. • Nacimiento de Jesucristo (hace unos 2000 años) se habría producido hace solo 4 segundos. • El principio del imperio egipcio de los faraones (hace unos 5000 años) habría sucedido hace 10 segundos. • Aparición de la especie Homo sapiens (hace unos 300000 años) se habría producido hace solo 10 minutos.

10. “Llegará una época en la que una investigación diligente y prolongada sacará a la luz cosas que hoy están ocultas… Muchos son los descubrimientos reservados para las épocas futuras, cuando se haya borrado el recuerdo de nosotros… Nuestro Universo sería una cosa muy limitada si no ofreciera a cada época algo que investigar… La naturaleza no revela sus misterios de una vez para siempre” Séneca

11. A. Origen del Universo en la Antigüedad: • Han existido multitud de mitos, leyendas y explicaciones. Se ha encontrado expresión de los dioses que adoraban, ha servido de orientación. Los griegos ya dibujaron en el siglo V a.C. en el cielo nocturno las constelaciones del zodíaco. Los griegos denominaron planeta: errante • Grecia clásica: primera teoría sobre el ordenamiento y funcionamiento de los astros. Según Aristóteles la Tierra era el centro del Universo y todos los astros giraban alrededor. El modelo geocéntrico no podía explicar por qué ciertos planetas en ocasiones aparecían más cercanos a la Tierra.

12. Ptolomeo: (SII D.C.) publicó el Almagesto, en el que afirma que Sol, Luna y los cinco planetas visibles desde la Tierra (Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno) se mueven en sus propias esferas, con movimientos circulares. Perduró hasta SXVI. También geocéntrico. • Modelo heliocéntrico: antigua Grecia, sol ocupa el centro del Universo y la Tierra gira a su alrededor. Aristarco (SIII a.C.) adelantó el modelo de Copérnico pero no se le creyó (Aristóteles tenía el apoyo de la Iglesia)

13. B. Origen del Universo en el Renacimiento: • Copérnico (SXVI): demostróque los movimientosplanetarios se explicanmejoratribuyendo la posición central al Sol. Teoríahelocéntrica(Aristarco). Prohibidopor la Iglesia. • Cambio de mentalidad gracias a Galileo Galilei, tras la invención del telescopio (SXVII) demostróque la Tierra giraalrededor del Sol.

14. Kepler (S XVII): elaboró las leyes sobre el movimiento planetario vigentes aún hoy en día: planetas realizan órbitas elípticas y Sol en uno de los focos de la elipse. Acabó definitivamente con el paradigma geocéntrico. • Isaac Newton: ley de la Gravitación Universal (fuerza con que se atraen dos cuerpos con masa) que explica las órbitas de Luna y Planetas. Revolución del mundo moderno.

15. C. Origen del Universo en el SXX: • En 1929 telescopio Hubble logró medir la distancia a algunas galaxias cercanas, demostrando que se alejaban a mayor velocidad cuanto más lejos estaban. El Universo se expande. • Si ahora el Universo es más grande y frío y retrocedemos en el tiempo, sería más caliente y pequeño: Teoría del Big Bang, basado en: • Universo en expansión • Radiación cósmica de fondo: restos de la explosión que se detectan aún como radiación de microondas. • 25% materia del Universo es helio, cantidad mucho mayor de la que podrían generar las estrellas. Habría surgido en el origen cuando la temperatura era igual a la de las estrellas.

16. Teoría más aceptada en la actualidad: Big Bang • Albert Einstein (1915-17): Teoría de la relatividad que sentó las bases de un nuevo marco teórico sobre la estructura del Universo. • Toda la energía del Universo se hallaba en su origen concentrada en un punto de tamaño infinitesimal de inimaginable densidad y temperatura que explotó en todas direcciones y según se enfriaba la energía fue transformándose en materia (E= mc2) dando origen a las partículas elementales que conforman el Universo.

17. La interacción de esas partículas produjo los primeros núcleos atómicos (minutos después) y miles de años después, cuando temperatura y velocidad menores, los núcleos captaron electrones para formar átomos (hidrógeno y helio). • Mientras seguía la expansión, los átomos, atraídos por fuerza gravitatoria, fueron concentrándose, originando nubes de materia más densa que se compactarían formando los cuerpos celestes. • Síntesis elementos químicos en interior de estrellas.

18. BIG BANG

19. CURIOSIDADES: • Aproximadamente el 10% de nuestro peso corresponde a hidrógeno formado en el Big Bang. El resto son elementos sintetizados en reacciones nucleares en el interior de estrellas: oxígeno (65%), carbono (18%) y nitrógeno (3%). ¿Somos realmente polvo de estrellas? Existen otras teorías sobre el origen del Universo: El vacío absoluto, Mundos cíclicos, Un océano infinito o La dualidad son algunas de ellas. ¿Futuro del Universo? Según la densidad, gravedad y materia del mismo: Big Crunch (gran aplastamiento), expansión continuará eternamente o Big Rip (gran desgarramiento). Se desconoce.

20. 3. La Vía Láctea • En el Universo hay unos 100 000 millones de galaxias y cada una contiene unos 100 000 millones de estrellas. • Algunas galaxias tienen formas bien definidas • Elípticas: grandes bolas de estrellas flotando • Lenticulares: bulbo más pequeño, rodeado por un disco homogéneo de astros. • Espirales (Vía Láctea): similar a lenticular pero las estrellas del disco se agrupan en brazos que se enroscan en espiral alrededor del bulbo. • Otras formas irregulares. En ocasiones incluso pueden entrelazarse.

21. 2.2 El Sistema Solar: • En uno de los brazos espirales de la Vía Láctea (Brazo de Orión) está el Sol con sus planetas. • El Sistema Solar se mueve alrededor del centro de la galaxia a la vez que se desplaza con ella por el Universo. • Sol y planetas se formaron hace unos 4500 millones de años a partir de la condensación gravitatoria de una nebulosa de polvo y gas por acumulación de planetésimales. • Aquí se fraguaron las diferencias en la composición de los planetas, ya que en el centro había altas temperaturas y en el exterior bajas. Cerca del Sol planetas pequeños y rocosos ( Interiores: Mercurio, Venus, Tierra y Marte) y lejos los gigantes gaseosos (Exteriores: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno)

22. Vía Láctea, el Sistema Solar está localizado en el Brazo de Orión

23. La Tierra conservó una atmósfera relativamente densa, gracias a su núcleo de hierro cuyo campo magnético desviaba el viento solar y no se arrastraban gases ligeros. • Sufrió un intenso bombardeo de objetos que aportaron agua, nitrógeno y compuestos de carbono, muy importantes para el desarrollo de la vida.

24. ¿Qué es un planeta? • La idea ha ido cambiando: los griegos consideraron siete planetas, con el descubrimiento del telescopio pasó a nueve y finalmente se excluyó a Plutón. • La Unión Astronómica Internacional (UAI) en 2006 define: • Planeta: tiene suficiente masa como para que su gravedad les proporcione forma aproximadamente esférica y han barrido de sus órbitas cualquier otro cuerpo de tamaño relevante. Son ocho: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. • Planetas enanos: también poseen suficiente masa para adoptar forma esférica pero comparten su órbita con otros similares. Ejemplo: Ceres, Plutón, Haumea, Makemake y ErisCuerpos menores: son tan ligeros que su gravedad no ha logrado conferirles forma esférica, presentan formas irregulares típicas de cometas (hielo, polvo y roca) y asteroides (metal y roca) más pequeños.

25. Cometa Planetas enanos Asteroide

26. 4. Estructura de la Tierra • Hace 4500 millones de años, cuando se formó, era un planeta de material fundido por las altas temperaturas y los impactos. • Uno de esos impactos fue tan grande que arrancó el material que formaría la Luna, e inclinó el eje de rotación terrestre, apareciendo las estaciones. • Los materiales más densos (hierro y níquel) se acumularon en el centro y los más ligeros (oxígeno y silicio) permanecieron en la superficie. Así se fueron creando dos capas. • La Tierra perdió energía y se enfrió, la capa externa solidificó y atrapó parte de la energía interna. • La energía interna, que se disipa poco a poco, hace que sea un planeta dinámico y cambiante.

27. ¿Cómo se supo la edad de la Tierra? • Se buscaron restos de la corteza primitiva • La tripulación del Apolo XVII recogió rocas de la superficie Lunar de aproximadamente 4600 millones de años • Se descubrieron en nuestro planeta restos geológicos de hace más de 4200 millones de años. 4,54 millones de años. • Métodos de cálculo de edad: • Relativos: Estratigrafía: materiales más antiguos están en capas sedimentarias más profundas y los más modernos en las superficiales. • Bioestratigrafía: saber la edad de un estrato por sus especies (fósiles) • Absolutos: Carbono 14: medida de este isótopo que comienza a decrecer cuando el organismo muere. ( 5570 años queda la mitad). • Paleomagnetismo: la orientación del campo magnético de la Tierra ha cambiado y los materiales magnéticos de las rocas orientados según el mismo.

28. A. Estructura de la Tierra: Modelo Estático • Según composición química tres capas: Corteza, Manto y Núcleo. • Corteza: capa más exterior y más extensa. Sólida y rígida: Litosfera. Su espesor varía mucho según la zona (3km dorsales oceánicas - 70km Himalaya). Corteza continental (heterogénea, más gruesa) y oceánica (más homogénea, de menor espesor). • Manto: gruesa capa de material rocoso que llega hasta los 2900km de profundidad. 82% del volumen total del planeta. Es sólido pero las rocas fluyen lentamente. Manto superior hasta 670km (Litosfera) y después manto inferior. • Núcleo: enormes presión y temperatura. Principalmente compuesto por hierro y en menor cantidad níquel. Densidad 14 veces superior a la del agua, más denso que el mercurio. Núcleo externo fluido e interno sólido, composición química similar.

30. B. Estructura de la Tierra: Modelo Dinámico Según el comportamiento mecánico de los materiales cuatro capas: • Litosfera: capa más externa, comprende la corteza y manto superior. Rígida. (hasta 75-100km) • Astenosfera: parte del manto superior. Plástica, temperatura y presión que hacen que rocas se fundan. (hasta 350km) • Mesosfera: manto inferior. En contacto con el núcleo nivel D con materiales fundidos. (hasta 2900km) • Endosfera: capa más interna, comprende núcleo externo e interno.

32. 5. Dinámica terrestre 5.1 La Teoría de Wegener: en la primera década del SXX, el científico alemán Alfred Wegener expuso, en un libro titulado “El origen de los continentes y de los océanos”, su teoría de la Deriva Continental. Afirmaba que hace 200ma todos los continentes estaban unidos formando un supercontinente Pangea (toda la Tierra) rodeado por un único océanoPanthalasa(todo el mar), también afirmó que Pangea se fué fragmentando y esos fragmentos se fueron desplazando hasta ocupar la posición actual de los continentes. Pese al enorme rechazo inicial, la Teoría de Wegener sentó las bases de la Teoría de la Tectónica de Placas que hoy es aceptada para explicar la dinámica terrestre de forma global.

34. 5.2Pruebas del movimiento de los continentes: Wegener aportónumerosaspruebas, de distintotipo, parademostrarsuteoría: • Pruebasgeográficas: Encaje entre lascostas de los continentes. Las costasafricana y sudamericanatienen forma complementaria, como dos piezas de un puzle. • Pruebasgeológicas: continuidad de determinadostipos de tocas a un lado y otro de la línea de unión. Cadenasmontañosas del continenteamericano se continúan en cadenasafricanas y europeas, separadaspor el Atlántico.

36. c) PruebasPaleontológicas: presencia, en continentesactualmenteseparados, de fósiles de organismosterrestrescomoreptiles o plantasque en ningúncasopodríanatravesar los océanosque hoy les separan. Fósiles de un mismohelecho en Sudamérica, Sudáfrica, Antártida, India y Australia. Y del mismoreptil en Sudáfrica, India y Antártida. Estoindicaquepertenecerían a la mismazonaque se ha idoseparando con el tiempo.

37. d) Pruebaspaleoclimáticas: rocascomo el carbón y sedimentoscomo los depositadosporglaciaresnosinformansobre el clima del pasado. Lugares de diversoscontinentessufrieron un mismofenómenoclimatológico (glaciación…) en la mismaépoca. Restosglaciares en Sudáfrica, Sudamérica, India y Australia. e) PruebasPaleomagnéticas: se sabecuál era la posición de los continentes con respecto a los polosobservandolasseñalesmagnéticas de susrocas. La coincidencia en la orientaciónmagnética de los minerales en lasrocasindicaque con anterioridad los continentesestabanmuypróximos.

38. 5.3 Lo que Wegener no pudoexplicar: No pudoexplicarcúal era lafuerzacapaz de producir los movimientos de los continentes, nicuálpodíasersuorigen. Debido a que no se conocíaaún la estructurainterna de la Tierra tampocopudoindicarqué parte de lasgeosferaera exactamente la que se desplazaba (Litosfera), suponiendoerróneamentequeeran los contienentes los que se movíandeslizándoseporencima de los fondosoceánicos.

39. 5.4 Teoría de la Tectónica de Placas o Tectónica Global • Estudios que condujeron a la teoría de la tectónica de placas • Postulados de la tectónica de placas • Las placas litosféricas o placas tectónicas • Movimientos de placas: Fenómenos asociados • Fuerzas que mueven las placas

40. 5.4 Teoría de la Tectónica de Placas o Tectónica Global a) Estudiosquecondujeron a la Teoría de la Tectónica de Placas: Además del Paleomagnetismo, el estudio de los fondosoceánicosaportódatosmuydistintos a los esperadoscomoquecortezaoceánica era mucho másjovenque la continental y hay bandas de edad, queaumentasegún se aleja del centro. Teoría de la Expansión del FondoOceánico(Hess): litosfera se genera continuamente en lasdorsalesoceánicas y se destruye en lasfosas (subducción) Distribución de terremotos y volcanes y ondassísmicas.

41. b) Postulados de la Tectónica de Placas: Con todos los datos de estudiosanteriores Wilson y suscolaboradoresenunciaronestateoría. • La litosferaestádividida en grandesbloques, llamadosplacas, quecubren la superficieterrestre y encajan entre sícomolaspiezas de unpuzle. • La mayor parte de la actividadgeológicainternase concentra en los límites o bordes de placa. En el interior de lasplacas la actividadgeológica de origeninternoesmuyescasa. • La litosferaoceánica se genera continuamente en lasdorsales y se detruye, porsubducción, en lasfosasoceánicas. • Las placas se mueven e interaccionan entre sí: puedenacercarse, separarse o deslizarselateralmente, lo que da lugar a diferentesbordes de placa.

42. c) Las placas litosféricas o placas tectónicas: La litosfera es una capa sólida y rígida formada por la corteza y parte del manto superior que contacta con ella. Llega aproximadamente hasta los 75-100km de profundidad y se sitúa por encima del manto (astenosfera y mesosfera) que se comporta de forma plástixa. Litosfera es una capa fría y rígida que resulta quebradiza ante las deformaciones. Actualmente litosfera fracturada en grandes fragmentos llamados placas litosféricas, hay algo más de una docena de diferentes tamaños. Estas grandes placas son bastante estables, en ellas no suelen ocurrir muchos cambios, pero los bordes de placas son zonas inestables de gran actividad sísmica y volcánica y en ellos se producen muchos fenómenos geológicos.

44. Tipos de placas litosféricas: Según su tamaño: 8 grandes placas y una serie de pequeños fragmentos litosféricos o microplacas. Según el tipo de litosfera: oceánicas, continentales y mixtas.

45. Principales placas litosféricas: Placa africana: limitada por las dorsales oceánicas atlántica e índica. Es mixta: una parte oceánica y otra continental. Placa euroasiática: también mixta, mayoría continental (Europa y Asia, menos la India) y engloba también parte del Atlántico Norte hasta la dorsal. Placa norteamericana y placa sudamericana: ambas mixtas, puesto que llegan hasta la dorsal atlántica. Placa indoaustraliana: engloba el nordeste del océano Índico, el continente australiano y la India. Es mixta. Placa antártica: mixta, comprende la Antártida y el océano Glacial Antártico. Placa Pacífica: oceánica, abarca casi todo el océano Pacífico. Placa de Nazca o del Pacífico Sur: oceánica, zona sur Pacífico. Microplacas: de Cocos, del Caribe, Arábiga, Iraní, Filipina…

47. d) Movimientos de placas: Fenómenosasociados: Las placaspuedenmoverse entre sí de tresmodosdiferentes, dandolugar a los siguientestipos de límites o bordes de placa: • BordesConstructivos o Divergentes (de Separación) • BordesDestructivos o Convergentes (de Choque): • Subducción: • Bajolitosferacontinental • Bajolitosferaoceánica. • Colisión Continental (Obducción) • BordesPasivos o de deslizamiento lateral

48. BORDES CONSTRUCTIVOS O DIVERGENTES (DE SEPARACIÓN) • Se genera nueva litosfera oceánica, se produce en las dorsales centro-oceánicas: cordilleras en parte media del fondo de los océanos. Existe una hendidura que coincide con el borde de las placas, por la que sale lava continuamente procedente del manto. Al solidificarse, se convierte en nuevo fondo oceánico que desplaza al anterior, se separan las dos placas y se produce crecimiento: expansión del océano. Mar Rojo. • Procesos asociados a este borde: volcanes en los rift, erupciones submarinas y terremotos en las dorsales. Expansión de océanos, formación de litosfera oceánica, fragmentación continentes. • Formas de relieve que origina este borde: riftcontientales y dorsales oceánicas (elevaciones en los océanos)