1 Parcial 29/9 Projecte Científic 1r Trimestre // 4t d’ESO Setembre 2023 Jan Agulló Projecte Científic Bloc 1: Llum en la foscor Parcial 29/9 4t d’ESO Continguts Espai de Fonamentació I. Mètode Científic o Definició i procés o La hipòtesis o L’experimentació II. Teories del origen de la vida o Teoria del creacionisme o Teoria de la generació espontània o Teoria de la panspèrmia o o Teoria de la evolució química o síntesi abiòtica Resum de teories III. Eons i eres o Definicions o Supereó Precambrià § Hadeà § Arqueà § Proterozoic o Eres del eó Fanerozoic § Paleozoica § Mesozoica § Cenozoica Activitats A1. Un laboratori inaccessible o Dades importants A2. Big Bang o Dades importants A3. I la terra, què? o Dades importants 2 Projecte Científic Bloc 1: Llum en la foscor Parcial 29/9 4t d’ESO Tema I – Mètode Científic El mètode científic és el procés que ens permet validar les nostres teories de forma científica, un procés que ens serveix per investigar allò desconegut utilitzant l’evidència i l’experimentació. Aquest consisteix en una sèrie de passos: 1. Fer observacions. 2. Fer-nos una pregunta a respondre, la qual ha de valorar totes les possibles variables que afectin la observació. 3. Fer recerca sobre el tema, i aprendre el que ja es coneix de les observacions realitzades. 4. Elaborar una hipòtesis, una teoria, una possible resposta a la nostra pregunta. 5. Experimentar, és a dir, posar la nostra hipòtesis a prova. 6. Analitzar els resultats obtinguts. 7. Comunicar les conclusions resultants. La hipòtesis La hipòtesis ha de: - Ser capaç de posar-se a prova, experimentable. Ser mesurable. Ser falsable, és a dir, s’ha de poder provar que és errònia. Oferir respostes binàries a la pregunta (sí o no). Ser un enunciat, una afirmació, no una pregunta. L’experimentació Per posar a prova la hipòtesi s’ha de realitzar un experiment. Aquest haurà de ser de la següent manera: - Ha de tenir rèpliques, és a dir, s’ha de repetir l’experiment múltiples vegades per tal d’evitar possibles efectes de l’atzar. Hi ha de haver un grup control, en el que no hi farem cap modificació i ens servirà per comparar els canvis ocorreguts en la resta de grups. Cal establir les següents variables: o Variable independent: la que modifiquem en l’experiment per comprovar si influeix sobre els resultats. o Variable dependent: la que observem si s’ha modificat durant l’experiment. 3 Projecte Científic Bloc 1: Llum en la foscor Parcial 29/9 4t d’ESO Posterior a conduir l’experiment, haurem de comparar els resultats obtinguts al grup control amb aquells dels grups experimentals. Per fer això, els podem organitzar en forma de taula i analitzar si les diferències són suficients com per falsar o validar la hipòtesi. En resum, el mètode científic consisteix en el següent: Tema II – Teories del origen de la vida La raça humana porta preguntant-se sobre l’origen de la vida i l’avantpassat comú de tots els éssers vius ja des de fa milers d’anys, i durant aquest temps s’han formulat vàries hipòtesis que podrien respondre a la pregunta, aquí les quatre més importants: - Teoria del creacionisme - Teoria de la generació espontània. - Teoria de la panspèrmia. - Teoria de la evolució química o síntesi abiòtica. Teoria del creacionisme La teoria del creacionisme afirma que la vida al planeta va sorgir gràcies a la intervenció divina d’un ésser suprem (Déu). Aquesta teoria recolza el relat bíblic segons el qual tota la creació es va originar en set dies (Gènesi). Teoria de la generació espontània La teoria de la generació espontània afirma que es pot produir vida a partir de matèria inert. És a dir, que la vida pot aparèixer de cop i volta a partir de altra matèria que no té vida. Per exemple, que les mosques sorgeixen de les escombraries i les femtes. Aquesta teoria és molt antiga, i té orígens a l’antic Egipte i Mesopotàmia. Aristòtil, un filòsof grec, recolzava aquesta teoria. Tot i això, molta gent encara creia en aquesta teoria fins al s. XVIII. 4 Projecte Científic Bloc 1: Llum en la foscor Parcial 29/9 4t d’ESO No va ser fins al 1668 que Francisco Redi estudia la generació de mosques sobre carn putrefacta. Per tal de fer això, fa dues possibles hipòtesis: 1. Les mosques apareixen sobre carn per generació espontània. 2. Les mosques neixen dels ous que altres mosques han deixat sobre la carn. El seu experiment, l’experiment de Redi, consisteix en tres grups. En el primer (el grup control), deixa els pots oberts. El segon, tanca els pots hermèticament, impedint el pas de mosques a dins. Finalment, el tercer tanca els bots amb una gasa. Per tal de que la primera hipòtesi sigui certa, haurien d’aparèixer mosques en tots tres pots, fins i tot els pots tancats hermèticament. Com era d’esperar, això no passa, falsant la hipòtesi de la generació espontània. La segona hipòtesi, però, sí era certa, ja que gràcies al segon grup podem verificar que les mosques es senten atretes a la carn i posen ous a sobre, d’on naixeran les mosques. Encara que aquest experiment falsava molt clarament la teoria de la generació espontània, la població de l’època seguia creient en ella. Això tot va canviar quan Pasteur al 1860 (quasi 200 anys després) va fer un altre experiment, aquest cop una mica més complexe. Va postular que els microbis i les espores de fong que contenia l’aire i que es dipositaven contínuament sobre els objectes eren els causants de la descomposició dels cadàvers dels organismes. I ho va comprovar mitjançant uns matrassos modificats amb calor per evitar l’entrada d’aire. A aquests els hi va afegir caldo, però a un li va permetre l’entrada d’aire i a un no. El que tenia entrada d’aire va acabar contaminat, validant la seva hipòtesi. 5 Projecte Científic Bloc 1: Llum en la foscor Parcial 29/9 4t d’ESO Teoria de la panspèrmia La teoria de la panspèrmia afirma que la vida no va sortir del planeta Terra, sinó que prové del espai exterior en forma de bacteris i altres microorganismes. Aquests van arribar a la Terra transportats per pols còsmic i pels meteorits, que són atrets per la nostra gravetat. Aquesta teoria, del s. XIX, es va postular per Hermann Richter al 1865, però no es presenten suficients evidències de la seva veracitat, així que es descarta. Teoria de la evolució química o síntesi abiòtica També anomenada la teoria d’Oparin-Haldane, la teoria de l’evolució química o síntesi abiòtica del 1923 afirma que la vida es va permetre gràcies a les condicions de la terra primitiva, fa més de tres mil milions d’anys. Aquesta teoria es va confirmar posteriorment per Miler i Urey, els quals intenten recrear les condicions de la terra primitiva, sobretot les següents: - La formació de molècules orgàniques senzilles (C, N, H, O) a partir de gasos de l’atmosfera reductora primitiva. - Les radiacions solars i descàrregues elèctriques que van proporcionar l’energia suficient perquè els components de l’atmosfera reaccionessin i es formessin les primeres biomolècules. - Que aquestes biomolècules senzilles reaccionin amb altres per formar-ne de complexes. 6 Projecte Científic Bloc 1: Llum en la foscor Parcial 29/9 4t d’ESO Tema III – Eons i eres Eó à Període temporal molt gran. Es passa d’un eó a un altre quan hi ha un canvi fonamental en els organismes vius, és a dir, un canvi biològic. Era à Període temporal més petit que l’eó. Es passa d’una era a un altre quan hi ha un fenomen significatiu, ja sigui biològic o geològic. Per exemple, l’extinció dels dinosaures va provocar un canvi d’era. Supereó Precambrià Un supereó és el conjunt d’eons relacionats. El supereó Precambrià va durar des de fa 4600 milions d’anys a fa 544 milions d’anys. està format per tres eons: Adeà, Arqueà i Proterozoic. 1. Adeà (fa 4600 M a 3800 M d’anys) La temperatura superficial és molt alta (1200 Cº), i la terra primitiva té una atmosfera reductora, és a dir, que no té oxigen. En aquest eó és quan té lloc la col·lisió amb Teia, després de la qual la temperatura de la terra baixa fins als 70 Cº, i la superfície es torna sòlida, doncs ja no és un oceà de lava. Fa 3900 milions d’anys, hi ha un bombardeig de meteorits que durarà 20 milions d’anys. Aquests meteorits tenen cristalls d’H2O (aigua). 2. Arqueà (fa 3800 M a 2500 M d’anys) Gràcies al bombardeig dels meteorits, la terra ara és una bola d’aigua, amb un oceà poc profund on sempre arriba la llum. Aquí es comença a formar vida bacteriana unicel·lular, provocant el canvi d’eó. Sobretot es formen estomatolits, organismes capaços de transformar la llum del sol en aliment (fotosíntesi). La fotosíntesi també té un efecte secundari important: la transformació de CO2 en O2, omplint d’oxigen els oceans i, secundàriament, l’atmosfera. Tot aquest fenomen va succeir fa 3500 milions d’anys. Addicionalment, aquest eó és un període d’alta activitat volcànica, creant les primeres petites illes. 3. Proterozoic (fa 2500 M a 544 M d’anys) Com a conseqüència de la unió de totes les illes volcàniques es forma el primer supercontinent, Rodínia. Aquest procedirà a descomposar-se i tornar-se a ajuntar, formant nous supercontinents. L’últim supercontinent va ser Pangea. A causa de la fragmentació de Rodínia incrementa la quantitat d’activitat volcànica, emetent grans quantitats de CO2 a l’atmosfera. Aquest combinat amb el vapor d’aigua reacciona formant una pluja àcida. Això provocarà que les roques absorbeixin diòxid de carboni, perdent l’atmosfera i, per tant, l’efecte hivernacle. Això provocarà que la temperatura superficial de la terra baixi en picat, fenomen que anomenarem la primera glaciació, és a dir, que la terra es tornarà en una bola de gel. 7 Projecte Científic Bloc 1: Llum en la foscor Parcial 29/9 4t d’ESO Les radiacions del sol (UV) produeixen reaccions químiques en el gel, emplenant-lo de peròxid d’hidrogen (H2O2). A l’hora, torna a incrementar la quantitat d’activitat volcànica, però aquest cop no hi ha roques per capturar el CO2 a causa de la glaciació. Per tant, la terra recupera la seva atmosfera i l’efecte hivernacle. Això marcarà el final de la primera glaciació i l’inici d’un augment de temperatures. En desfer-se el gel s’allibera a l’atmosfera el peròxid d’hidrogen atrapat al gel, i es transforma en oxigen i aigua, omplint l’oceà i causant que els bacteris que sobreviuen la glaciació evolucionin per adaptar-se a les noves condicions. Ara que l’atmosfera té oxigen l’anomenem atmosfera oxidant. Fa 544 M. d’anys veiem una alta proliferació d’organismes i l’aparició de cèl·lules eucariotes. Aquest fenomen l’anomenem l’Explosió Cambriana, la qual canviarà d’eó al que estem ara. Eres de l’eó Fanerozoic 1. Paleozoica (fa 544 M - 245 M. d’anys) L’oxigen i les radiacions solars (UV) reaccionen per formar O3 (ozó), formant així la capa d’ozó, permetin als peixos sortir de l’aigua i causant l’aparició d’amfibis. Durant aquest període també s’originen les algues i els primers invertebrats. Després, fa 300 milions d’anys, es forma Pangea l’últim supercontinent, que al descomposar-se va formar els continents que tenim ara. Finalment, fa 250 milions d’anys hi tornem amb activitat volcànica intensa, que provocarà l’evaporació de l’aigua i l’Extinció Permiana, que va causar l’extinció del 95% d’éssers vius. Aquest 5% són els rèptils, principalment, que es diversifiquen i acaben formant els dinosaures. 2. Mesozoica (fa 245 M – 65 M. d’anys) Durant aquesta era dominen els dinosaures i els precursors als mamífers. També veiem la fragmentació de Pangea en els continents que coneixem avui dia, inclosa la península ibèrica. Tot això fins l’impacte d’un meteorit del tamany del Everest contra la terra, extingint els dinosaures. 3. Cenozoica (fa 65 M d’anys fins l’actualitat) Es diversifiquen els mamífers i apareixen els primers homo (humans). També es formen els Pirineus, els volcans de Garrotxa i l’Istme de Panamà. 8 Projecte Científic Bloc 1: Llum en la foscor Parcial 29/9 4t d’ESO Activitats Activitat I: Un laboratori inaccessible Un laboratori és tot lloc on es pot i el seu propòsit és fer experiments, ja siguin de física, química, medicina... En aquest sentit, l’univers també és un laboratori, i un de molt gran. Dades importants - La màxima distància a la que l’ésser humà ha arribat és a la cara fosca de la lluna, és a dir, a uns 400.000 km de la terra. - La màxima distància recorreguda per un aparell no tripulat és de uns 2.400.000.000 km, el Voyager I, del qual vam perdre el control i encara segueix viatjant per l’espai. En context, un any llum són 9.460.000.000.000 km, així que hem recorregut una part ínfima del univers. - Quan mirem cap al espai exterior realment estem veient l’estat dels astres del univers observable en el passat, ja que la llum viatja a una velocitat finita (299.792.458 m/s, uns 300.000 km/s). Per exemple, la llum del sol tarda 8 minuts en arribar fins la terra. - La llum és la “matèria primera” de l’astronomia, ja que ens permet veure l’estat del univers en diferents punts del temps. - Hi ha dos tipus d’experimentació principals: o Experimentació directa: Aquella on les mesures són realitzades amb un instrument, i els resultats es comparen amb un patró conegut. o Experimentació indirecta: Aquella basada exclusivament en càlculs matemàtics i experiments amb conclusions extrapolables, és a dir, d’on podem inferir altres resultats. Es fa servir quan és molt difícil i car portar a terme els experiments necessaris de forma directa. Activitat II: Big Bang - L’univers es va originar fa uns 13.800 milions d’anys. - És més correcte parlar del Big Bang com una expansió, i no una explosió. L’univers està en constant expansió i hauríem de veure’ns cada cop com una part més ínfima d’aquest. 9 Projecte Científic Bloc 1: Llum en la foscor Parcial 29/9 4t d’ESO Activitat III: I la terra, què? Com es va originar el sistema solar? Després del Big Bang, apareixen nebuloses formades per pols i gas (principalment hidrogen). Aquests àtoms passen per un procés de fusió nuclear, creant Heli i afegintlo a la mescla de les nebuloses. Quan una supernova explota, escampa tots els àtoms formats dins l’estrella i provoca un augment de temperatura significant a les partícules de la part central de la nebulosa. Aquestes formaran el sol fa 4600 milions d’anys. Els planetes es formarien després amb els residus de la perifèria de la nebulosa, amb els metalls pesats. Com podem estudiar l’origen del sistema solar? Observant el comportament d’altres nebuloses, les quals encara estan formant sistemes planetaris com el nostre. Així fem la deducció de que nosaltres també ens vam formar d’aquesta manera. Generacions d’estrelles Les estrelles es poden classificar en tres generacions: - 1a generació: Formades per només hidrogen. - 2a generació: Formades per hidrogen i heli. - 3a generació: Formades per hidrogen, heli i algun altre element. També significa que s’han format a partir de residus d’altres estrelles. Un exemple de estrella de tercera generació seria el nostre sol. Com es va formar la terra i la lluna, segons les teories més acceptades? Mitjançant un procés d’agregació de partícules gràcies a l’atracció gravitatòria, és a dir, mitjançant àtoms combinats per formar roques. Aquestes roques també es sentiran atretes entre elles gràcies a la força de la gravetat, formant així roques més grans, entre elles, la terra primitiva. Aquesta, fa 4600 milions d’anys, va colisionar amb Teia, un altre planeta de la mida de Mart, formant la Terra que coneixem i formant residus que es convertirien en la Lluna. La terra en aquest moment era un oceà de lava i es trobava a 1200 Cº. 10
