El Universo Conocido
Unidades Básicas del Universo
Las unidades básicas del Universo son las galaxias.
Las galaxias están formadas por:
- Sistemas solares con estrellas y planetas.
- Nebulosas con polvo cósmico y gases.
- Vacío interestelar: un átomo de hidrógeno por metro cúbico (densidad media del Universo).
Dimensiones: 104 años-luz (1 año-luz = 9.460.800.000.000 km).
Nuestra Galaxia
Nuestra galaxia es la Vía Láctea, también conocida como Camino de Santiago. Existe un estimado de 1.000 millones de galaxias en la fracción visible del Universo.
Energía Básica del Universo
La energía básica del Universo es la energía gravitacional. Otras energías derivan del choque de partículas al concentrarse por efecto gravitacional:
- Calor
- Energía nuclear
- Energía radiante (radio, microondas, infrarrojo, luz, ultravioleta, rayos X, rayos gamma).
Composición de las Nebulosas
El componente mayoritario de las nebulosas es el hidrógeno. Otros componentes son el polvo cósmico (carbono en forma de grafito), hierro, silicio, amoníaco, metano y agua. Estos componentes se conocen gracias a estudios espectroquímicos.
Cuerpos Más Estables de las Galaxias
Los cuerpos más estables y abundantes de las galaxias son las estrellas y los planetas.
- Las estrellas son emisores de energía, principalmente luz y calor, en la parte visible del espectro. También existen estrellas de rayos X e infrarrojos.
- Los planetas no emiten energía. La distinción entre planetas y estrellas es cuestión de masa: por encima de los 1031 g se forma una estrella. Si Júpiter hubiese tenido algo más de masa, nuestro sistema solar sería un sistema doble (con dos estrellas).
Radiación Cósmica de Fondo
Por el espacio interestelar viajan los rayos cósmicos que provienen de fuentes emisoras de energía. En el espacio vacío se detecta, también, una débil radiación de fondo. Esta radiación:
- Invade el espacio de forma homogénea.
- Es de carácter térmico (2,7 ºK).
- Es el residuo energético de la aparición de nuestro Universo (Big Bang).
La Gran Explosión (Big Bang)
El Big Bang trata de explicar el origen del Universo basándose en:
- La radiación cósmica de fondo, interpretada como energía remanente de una gran explosión.
- El desplazamiento hacia el rojo (efecto Doppler) de la luz emitida por las estrellas, que se interpreta como una expansión.
Hace unos 15.000 millones de años, toda la materia y la energía estaban concentradas en un punto. Esta fase inestable fue seguida de una descompresión explosiva. Al expandirse, el Universo se enfrió y aparecieron las partículas fundamentales. Se formaron núcleos de H y He. Los núcleos de H y He y los electrones se combinaron para formar átomos. La materia se separó de la energía. Aparecieron la luz y la gravitación. La materia se organizó formando protogalaxias, que dieron origen a las galaxias.
El Sistema Solar y la Tierra
Origen del Sistema Solar
La Hipótesis Nebular explica:
- La posición central del Sol.
- El carácter coplanario de las órbitas de los planetas.
- Órbitas casi circulares.
- Las rotaciones directas de los astros que lo componen (excepto Venus y Urano).
La condensación del polvo cósmico de una nebulosa por efecto de la gravedad sería el origen de nuestro sistema solar.
Origen de la Tierra
Los procesos de formación de planetas son:
- Vaporización de la nebulosa solar.
- Condensación en un disco.
- Formación del Sol en posición central.
- Formación de núcleos de condensación en el disco.
- Acreción de los planetas.
Todos los planetas se han formado por acreción: choque gravitacional de granos y bloques de distintos tamaños. La Tierra se habría formado a una temperatura de 600 ºK, lo suficientemente baja para que se generen minerales hidratados, a los que debemos el origen del agua en el planeta. La edad de formación se estima en 4.600 millones de años. Las elevadas temperaturas fundieron el planeta, que se diferenció en capas de diferentes densidades. El enfriamiento de la zona superficial dio origen a la corteza, la hidrosfera y la atmósfera.
Energía Interna del Planeta
La energía interna del planeta tiene su origen en:
- La energía térmica residual del proceso de acreción.
- La descomposición de isótopos radiactivos.
El manto está formado por materiales muy opacos (silicatos) a las pérdidas de energía térmica hacia el exterior. Esta energía interna es el motor de los procesos geológicos de convección y movimiento de las placas. Es la responsable de:
- Formación de relieve
- Sismicidad
- Vulcanismo
Origen de los Gases de la Atmósfera
La atmósfera primitiva se originó por las emanaciones de gases de la Tierra en formación. El enfriamiento posterior a la acreción provocó la separación de la fase gaseosa de los materiales fundidos. Parte de los gases debieron escapar al espacio. La atmósfera primitiva no tenía la composición actual. El oxígeno de la atmósfera proviene de la actividad fotosintética de las cianobacterias y posteriormente de los vegetales. Después de la revolución industrial ha habido un cambio de la atmósfera hacia una atmósfera contaminada.
Origen del Agua de los Océanos
El enfriamiento de la zona superficial produjo la atmósfera primitiva y, posteriormente, la condensación del vapor de agua dio origen a los océanos. Parece importante el aporte de agua realizado por cometas (hielo y polvo cósmico). La salinización se debe al aporte mineral de los volcanes. Una vez formados los océanos comenzó a funcionar el ciclo hidrológico.
El Sistema Tierra
¿Qué es y Cómo Funciona?
Un sistema es un conjunto de partes que forman un todo más complejo, con propiedades emergentes. Todos los sistemas naturales funcionan consumiendo energía.
El Sistema Tierra está formado por la hidrosfera, la atmósfera, la biosfera, el ser humano y la Tierra sólida. Funciona impulsado por:
- El Sol: impulsa los procesos externos en la atmósfera, hidrosfera y superficie (tiempo, clima, circulación oceánica, erosión).
- El interior de la Tierra: el calor residual y el generado por desintegración radiactiva impulsan los procesos internos (volcanes, terremotos, montañas).
Todas las partes del sistema Tierra están relacionadas. Existen subsistemas donde la materia se recicla: ciclo hidrológico, sistema tectónico (formación y destrucción de montañas) y ciclo de las rocas.
El Ciclo Hidrológico
La hidrosfera contiene 1.360 millones de km³ de agua:
- 97,2%: océanos (agua salada)
- 2,15%: casquetes polares y glaciares (hielo)
- 0,65%: agua dulce de lagos, ríos, aguas subterráneas y atmósfera
El ciclo hidrológico es la circulación continua del agua, impulsada por el Sol:
- Evaporación del agua del océano (sin sales).
- Transporte del vapor de agua por el viento.
- Condensación en nubes y precipitación.
La precipitación en el océano completa el ciclo. La precipitación en el continente debe volver al océano:
- Infiltración: penetra en el suelo.
- Escorrentía: fluye sobre la superficie cuando la lluvia supera la capacidad de absorción del suelo.
- Evaporación: desde el suelo y los cuerpos de agua.
- Transpiración: liberación de agua por las plantas.
El ciclo hidrológico está en equilibrio: la precipitación anual global iguala la evaporación. El agua continental es el agente erosivo más importante.
Rocas
Rocas Endógenas
Rocas Plutónicas
Formadas por enfriamiento lento del magma en el subsuelo. Ejemplos: granito (cuarzo, feldespato, mica), gabro, sienita. Texturas granudas.
Rocas Volcánicas
Formadas por enfriamiento rápido del magma en la superficie. Ejemplos: pumita, basalto, andesita. Texturas vítreas.
Rocas Filonianas
Enfriamiento rápido en grietas del interior de la superficie. Ejemplos: diques de cuarzo, pórfidos. Texturas porfídicas (pasta vítrea con grandes cristales).
Rocas Metamórficas
Rocas transformadas por presión, temperatura y/o transformaciones químicas, sin llegar a fundirse. Ejemplos: cuarcitas (de areniscas), mármol (de caliza), pizarras (de arcilla), esquistos, micacitas, gneis, granitos de anatexia.
Rocas Exógenas (Sedimentarias)
Formadas por la compactación y cementación de sedimentos en cuencas de sedimentación. Se depositan horizontalmente formando estratos y pueden contener fósiles. Se clasifican en detríticas, de origen químico y de origen biológico. Ejemplos: calizas, arcillas, areniscas, conglomerados, yeso, sal gema, carbones, petróleo.