Universo y la tierra

Tema 1: el universo y la tierra
El universo
El universo o cosmos es el conjunto de toda la materia y energía existente, y el espacio en el que se
encuentra. La cosmología es la ciencia que estudia el universo
 Antigüedad del universo
13.700millones de años (la edad de la tierra es de 4.600 m.a)
 Dimensiones del universo
Se utiliza como magnitud para medir el universo el año luz (la distancia que recorre la luz en
un año) 𝑉𝑙𝑢𝑧 = 3 ∙ 108 𝐾𝑚⁄𝑠
1 año luz =9,4608 ∙ 1012 𝐾𝑚
Para ir de la tierra hasta el extremo del universo se deberían recorrer 46.500 millones de años
luz
 Composición del universo
Está constituido por:
a) 75% de energía oscura: similar a la energía gravitatoria pero en sentido contrario, ya
que provoca la repulsión
b) 21% de materia oscura: no puede observarse ya que no emite ni refleja suficiente
radiación electromagnética. Se desconoce su composición
c) 4% de materia barionica o normal: está formada por átomos de elementos químicos.
Formado por H 75% y He 25% (el resto en porcentajes mínimos de átomos de hierro,
carbono, nitrógeno, etc.…)
 Estructura del universo
El universo está formado por miles de millones de galaxias. Las galaxias son formadas por miles
de millones de estrellas y sus cuerpos celestes asociados (planetas, cometas, asteroides) y
nebulosas (nubes cósmicos de gas y polvo). Nuestra galaxia es la vía láctea. Constituida por
unos 200.000 millones de estrellas. Su diámetro es de 100.000 años luz
Nº de galaxias del universo es entre 10.000 y 100.000 millones
Evolución histórica de la idea del universo
1.
Primeras hipótesis
 Geocentrismo. La tierra como centro del universo
a) Quien defendió esta tesis fue Aristóteles (s.V). desde Aristóteles
hasta el s.XVI se mantuvo esta tesis. La tierra es redonda y es el
centro del universo. A su alrededor giran el sol, los planetas y las
estrellas en círculos perfectos
b) Ptolomeo (s. II d.c): desarrollo estas ideas y construyo un modelo
completo del universo
 Heliocentrismo
a) Copérnico (s XV-XVI): el sol se encuentra inmóvil en el centro del
universo y la tierra, los planetas y las estrellas giran a su alrededor
b) Kepler (s.XVI-XVII): propuso que los movimientos de los planetas
alrededor del sol no era circulares, si no elípticas
c) Galileo-Galilei (s.XVII): descubrió con un telescopio que Júpiter tiene
cuatro satélites que giran a su alrededor. No es necesario que todos
los cuerpos giren alrededor de la tierra
 Un universo infinito y estático
1
a)
2.
Newton (s.XVII-XVIII): enuncio la ley de la gravitación universal. El
universo está formado por un número infinito de estrellas
distribuidas en un universo también infinito. De este modo no se
dirigirían todas las estrellas aun punto central y las fuerzas
gravitatorias las mantendrían en un estado estático de equilibrio
Hipótesis actual: un universo en expansión
 Albert Einstein (s.XIX-XX): propuso la teoría de la relatividad y explico
algunos errores basados en las predicciones de las leyes de newton. Siguió
considerando que el universo permanecía estático.
 Hubble en 1929 descubrió que las galaxias se estaban alejando unas con
respecto a las otras. Si retrocediéramos en el tiempo irían todas convergiendo
en un mismo punto, a partir del cual surgió el universo actual mediante un
proceso de expansión que continua hoy día.
 La radiación de fondo. En 1964 Arno pencias y Robert Wilson (1936)
trabajaron con un nuevo tipo de antena comercial, descubrieron que llegaba
hasta ella una radiación muy débil desde todas las partes del universo, se le
denomina “radiación cósmica de fondo”
 Teoría del big bang. En 1927, la maitre propuso la teoría del big bang como
posible origen del universo. Esta teoría fue completada por gamow en 1948.
El universo se formo tras una gran explosión hace 13.700 millones de años.
Etapas:
 Tiempo cero: hubo un momento inicial, denominado tiempo cero
en el que toda la materia y la energía del universo estaba
concentrada en un punto de densidad casi infinita
 Inflación: se produjo la gran explosión, de forma solita el universo,
multiplico extraordinariamente su tamaño y su temperatura era
muy elevada. En estos instantes no existía materias, solo partículas
subatómicas libres (protones, neutrones, electrones) y radiación
conocida como radiación primordial.
 Síntesis primordial de hidrogeno y helio: a medida que el universo
se expandía se fue enfriando y se formaron los primeros átomos de
hidrogeno y helio. La radiación primordial continuo su camino y aun
impregna todo el universo (radiación cósmica de fondo)
 Formación de galaxias: 200 millones de años después de la gran
explosión ya se habían formado las primeras galaxias con sus
nebulosas y estrellas, en ellas solo habían hidrogeno y helio pero en
los núcleos de aquellas estrellas a enormes temperaturas estaban
empezando a formarse otros átomos mas pesados como el carbono.
 Formación de elementos pesados: algunos de estos elementos más
pesados como el calcio o el hierro requerían las condiciones que se
denominan las supernovas, cuyas explosiones los esparcieran por el
universo. Los elementos que componen nuestro cuerpo como el
carbono, hidrogeno, nitrógeno, calcio, etc. Se formarían de esta
manera. Por eso se dice que somos polvos de estrellas (Carl Marx)
las dos hipótesis más aceptadas:
 si la masa del universo es suficientemente elevada ejercerá
una gran fuerza gravitatoria sobre sus constituyentes y en
un momento futuro la expansión se detendrá. Es posible
que se inicia la contracción del universo (Big Crunch) y se
2


origine un nuevo superatomo. El universo en este caso
sería cerrado
si la masa del universo no es suficientemente elevada no
generara una fuerza gravitatoria capaz de detener la
expansión, y el universo seguirá expandiéndose
indefinidamente (Big Rip) -gran desgarro- en este supuesto,
el universo seria abierto
el modelo del universo cerrado nos plantea dos
posibilidades respecto al futuro:
a. el superatomo originado por el big crunch da lugar
a otro big bang, que iniciara otra expansión del
universo, y así sucesivamente. En este caso se
trataría de un universo cíclico.
b. No se produce un nuevo big bang y se pasara a
una situación en la que el universo dejara de
existir
Las galaxias
Están constituidas por materia visible (estrellas, nubes de gas y polvo), materia oscura y energía oscura,
unidas gravitacionalmente. Existen más de cien mil millones de galaxias en el universo observable. Cada
una de ellas contiene miles de millones de estrellas. La vía láctea, la galaxia a la que pertenecemos, mide
unos 100.000 años luz. Las galaxias se mueven en el espacio y aunque a veces choquen violentamente,
por lo general se alejan unas de otras. Las galaxias se agrupan formando los llamados cúmulos galácticos
que, a su vez, pueden formar agregados más grandes, los supercumulos, que pueden contener miles de
galaxias. Por ejemplo, la vía láctea forma parte del grupo local, un cumulo galáctico constituido por unas
30 galaxias. El grupo local orbita, a su vez, alrededor del gran cumulo de galaxias de virgo, situado a unos
50 millones de años luz. El cumulo de virgo, junto con el grupo local y otros cúmulos, forman el
supercumulo local. En la actualidad, muchos astrónomos consideran que los quásares, objetos que
parecen estrellas o casi estelares, están situados a grandes distancias y son galaxias en cuyos núcleos
hay un enorme agujero negro.


Estructura de las galaxias
a. Cúmulos estelares: agrupaciones de estrellas que se mantienen unidas por efecto de
la gravitación.
b. Nebulosas: están constituidas de gas (principalmente de H y He) y polvo interestelar
c. Sistemas estelares múltiples: muchas de las estrellas que vemos en el cielo son, en
realidad, sistemas formados por grupos de dos, tres, cuatro o incluso más, estrellas
unidas por la fuerza de la gravitación que giran en torno a su centro común. Los más
frecuentes son los sistemas formados por dos estrellas, sistemas dobles o binarios.
tipos de galaxias
a. galaxia elíptica
b. galaxia espiral
c. galaxia irregular
Las estrellas
Son cuerpos esféricos que generan energía ya que en su interior se producen reacciones
termonucleares. Esta energía la emiten espacio en forma de radiación electromagnética, neutrinos y
viento estelar
3

formación de los elementos químicos más densos: al comienzo de la vida de una estrella, su
principal componente es el hidrogeno. Mediante reacciones de fusión nuclear se van
transformando núcleos de hidrogeno en helio. Dichos núcleos, más pesados que el hidrogeno,
se sitúan en el centro de la estrella. A parte del helio formado, y siempre mediante reacciones
nucleares, se forma carbono, que se coloca nuevamente en el centro de la estrella. Cuando se
ha formado suficiente carbono, se originan sucesivamente y por el mismo proceso, nitrógeno,
oxigeno, flúor, neón, sodio, etc. Cuando la estrella muere, el material producido en ella pasara
a formar parte del gas interestelar y, más tarde, de nuevas estrellas (y de planetas si llegan a
formarse), aumentando así la cantidad de elementos pesados del universo.
Exploración del sistema solar
Los científicos se valen de los datos aportados por los vehículos espaciales, sondas, telescopios
espaciales y telescopios y radiotelescopios situados en diferentes observatorios astronómicos. Las
sondas y vehículos espaciales que se envían para estudiar diferentes cuerpos planetarios del sistema
solar, llevan incorporadas cámaras fotográficas y equipos de comunicaciones. También van equipados
con paneles solares que proporcionan la energía necesaria para el funcionamiento de estos equipos y de
baterías recargables para almacenar energía
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el sistema solar: está constituido por el sol y gran cantidad de cuerpos planetarios, unidos a el
por gravedad: planetas, asteroides, cometas y meteoritos. Hace unos 4.600 millones de años a
partir del gas y el polvo cósmico de una nebulosa situada en uno de los brazos espirales de la
vía láctea.
La información que llega a la tierra
a) los cometas: cuerpos celestes que se ven muy raramente en nuestro firmamento, ya
que tienen una órbita muy excéntrica y solo son visibles cuando se acercan al sol.
Cuando están lejos del sol, son esféricos y de pequeño tamaño y están formados,
principalmente, por hielo, polvo y metano y amoniaco en estado sólido, debido a que
están a muy baja temperatura. Cuando se acercan a la estrella, se eleva la
temperatura y los componentes de este núcleo comienzan a fundirse y se evaporan,
arrastrando también partículas de polvo, que forman la cabellera y la cola del cometa.
b) Los asteroides: la mayoría de los meteoritos que caen en la tierra son fragmentos de
asteroides, cuerpos rocosos más pequeños que los satélites. Son especialmente
abundantes en el cinturón de asteroides situado entre Marte y Júpiter, constituido por
miles de asteroides entre los que destacan por su tamaño pallas, Vesta e Hygiea.
c) Los meteoritos: son fragmentos de asteroides o restos de cometas que viajan por el
espacio a enormes velocidades. Son atraídos gravitacionalmente por el sol y chocan
con los cuerpos que encuentran a su paso, satélites o planetas, produciendo grandes
cráteres de impacto. Cuando llegan a la tierra, si son pequeños, se queman al entrar
en la atmosfera y se ven como una luz que cruza el cielo a gran velocidad, por lo que
se denominan estrellas fugaces. Los meteoritos que tienen composición rocosa,
meteoritos pétreos, o lititos, proceden de las capas superficiales del asteroide; los
metálicos, o sideritos, formados por una aleación de hierro-níquel, proceden de su
núcleo.
Planetas y satélites
1) Mercurio: es el planeta más pequeño del sistema solar, la superficie del está
cubierta de numerosos cráteres producidos por impactos de meteoritos
2) Venus: es un planeta de tamaño similar al de la tierra y gira en sentido
contrario al de los demás planetas. Su atmosfera, de dióxido de carbono,
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produce un efecto invernadero tan acusado que la temperatura en su
superficie llega a los 480ºC
3) La tierra: tiene un satélite: la luna.
4) La luna: es 49 veces más pequeña que la tierra y también son menores su
densidad y su atracción gravitatoria. Carece de atmosfera y la temperatura en
su superficie varía desde una máxima diurna de 107ºC, a una mínima
nocturna de -173ºC
5) Marte: la sonda Marx Express ha detectado metano en la atmosfera marciana
y su presencia es especialmente interesante ya que, este gas puede ser
producido por organismos. Se aprecian, además de gran cantidad de cráteres
de impacto, diferentes relieves que indican tanto actividad interna como
procesos externos. Destacan dos casquetes polares, y se cree que puede
haber agua helada bajo el casquete sur.
6) Júpiter: tiene un campo magnético de gran intensidad. Júpiter tiene 63
satélites. Los cuatro principales, Io, Europa, Ganimedes (el mayor satélite del
sistema solar, su diámetro es mayor que mercurio) y Calisto, fueron
descubiertos por galileo en 1610. Europa muestra una superficie helada bajo
la cual se cree que existen océanos de agua líquida en los que puede haber
vida. En el polo norte del planeta: la gran mancha oscura, que tiene el tamaño
de dos tierras.
7) Saturno: una de las características más relevantes de Saturno es su elevado
nº de satélites, por lo menos 60, y su sistema de anillos, compuestos de
partículas de pequeño tamaño con abundante agua helada, situado en el
plano ecuatorial del planeta. Uno de los fenómenos más característicos de
Saturno es la nube hexagonal situada en su polo norte. De los satélites son
especialmente interesantes: titán y encelado, ya que el primero presenta una
atmosfera rica en metano, similar a la de la tierra primitiva y en el segundo,
existe agua líquida a poca profundidad.
8) Urano: es un planeta que se caracteriza porque su eje de rotación está muy
inclinado, casi 90º. Tiene 27 satélites conocidos y un sistema de anillos, más
oscuros que los de Júpiter. Urano tiene un color azul-verdoso que es debido a
que el metano de su atmosfera absorbe la luz roja y refleja los tonos azules y
verdes.
9) Neptuno: al igual que Urano, Neptuno tiene un núcleo rocoso (constituido
por rocas, agua, amoniaco y metano) y una atmosfera de hidrogeno, helio,
vapor de agua y metano, al que se debe su color azul. En la atmosfera de
Neptuno, la temperatura es inferior a los -200ºC y en ella se producen
huracanes gigantes
10) Plutón: a partir de junio de 2008, Plutón se clasifica dentro de la categoría de
plutoide.
Las capas de la tierra
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La corteza: es la capa más superficial, la capa más delgada de la tierra. Su espesor medio varía
entre cinco y diez km en los océanos y alrededor de 33 km, en los continentes, aunque
aumenta considerablemente en las cadenas montañosas, donde se han medido espesores de
más de 80 km. La corteza continental es gruesa y ligera, muy antigua. La corteza oceánica es
más delgada y densa que la continental y es muy joven
El manto: es la capa intermedia de la tierra, llega hasta los 2.900 km de profundidad y su
temperatura está comprendida entre los 1000ºC y los 3700ºC. la corteza y la región superior
5

del manto constituyen una unidad estructural, de unos 100 km de espesor, denominada
litosfera. En el manto se diferencian varias regiones: el manto superior y el manto inferior. El
manto está separado de la corteza por la discontinuidad de Mohorovičić.
El núcleo: se extiende desde los 2900 km de profundidad hasta el centro de la tierra. Es una
capa muy densa y se encuentra a una presión y temperatura muy elevadas. Esta, constituido
principalmente por hierro, aunque también contiene níquel y otros elementos, como oxigeno,
azufre y silicio. En él se diferencian dos zonas: el núcleo externo que es fluido y donde se
genera el magnetismo terrestre, y el núcleo interno que es solido
La tectónica terrestre
Las placas tienen unos 100 km de espesor y se desplazan sobre el manto terrestre a una velocidad
media de varios cm al año. Según el tipo de corteza que las constituyan, pueden ser: oceánicas,
continentales o mixtas.

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La dinámica de placas es una consecuencia de la pérdida de calor terrestre: la tierra emite
constantemente calor hacia el exterior ya que grandes masas de magma caliente ascienden
desde el manto profundo.
Los limites de placas: las placas se mueven entre sí de varias formas: separándose,
acercándose o deslizándose lateralmente.
a) Las placas se separan: en las zonas donde existen dos placas contiguas y se produce un
ascenso continuo de magma procedente del manto, las placas se separan y se crea
corteza oceánica. Estas zonas se denominan limites divergentes y están situadas en las
dorsales oceánicas
b) Las placas se aproximan: las regiones donde las placas se aproximan se denominan
límites convergentes. Generalmente, una de las placas es oceánica y se introduce
(subduce) por debajo de la otra y se funde en el manto, por lo que se destruye
litosfera oceánica.
1) La subducción produce fusión de litosfera oceánica con lo que se origina
magmas que suben a la superficie y se originan volcanes
2) Si la placa oceánica subduce bajo otra oceánica, se forman arcos islas
3) Las tensiones generadas en la subducción provocan terremotos
4) Si la placa oceánica subduce bajo una continental se forman una cadena
montañosa de tipo andino
5) Cuando las dos placas que se aproximan son continentales, ninguna subduce
y se produce colisión, dando lugar a una cordillera como el Himalaya
6) Asociadas a las zonas de subducción encontramos fosas oceánicas que son
depresiones alargadas y muy profundas
a) las placas se deslizan: cuando dos placas se deslizan lateralmente, lo hacen a lo largo
de una falla, llamada falla de transformación. Estos límites se denominan neutros y en
ellos ni se crean ni se destruyen las placas. Ej.: falla de san Andrés (california)
las zonas más activas del planeta: los terremotos de mayor intensidad y, por lo tanto, los más
catastróficos que se registran en la tierra, se produce en las fallas de transformación. También
se producen terremotos en las zonas de subducción, debido a las tensiones generadas cuando
una placa oceánica se introduce en el manto, y en las dorsales oceánicas, al ascender el magma
y separarse las placas. La mayoría de los volcanes se sitúan en los límites de placas donde se
crea o se destruye litosfera; en las dorsales, donde asciende continuamente magma del manto;
y en las zonas de subducción donde se funde parcialmente la placa que se hunde, tanto en los
arcos islas como en las cadenas montañosas. También se forman volcanes en el interior de las
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placas, en los puntos calientes, donde asciende magma desde el manto profundo, como el
volcán de Hawái
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