La Tierra en el Universo: Geología de los Planetas y Origen del Sistema Solar

TEMA: 1

Origen del Universo, el Sistema Solar y La Tierra

Introducción

Importancia, conexión curricular y resumen (ver plantilla común).

La Tierra en el Universo

La Tierra es un pequeño planeta rocoso, el tercer planeta del Sistema Solar, junto con otros 7 planetas que orbitan alrededor de la estrella Sol. Este sistema se encuentra en la periferia de la galaxia Vía Láctea, concretamente en el brazo de Orión, uno de los 4 brazos principales de la misma.

La Vía Láctea es una galaxia espiral barrada, en la que pueden diferenciarse 4 partes. El halo es la región esférica de rotación lenta que rodea toda la galaxia, compuesta de estrellas y nebulosas viejas. El disco, de 100 000 años luz de diámetro y 25 000 años luz de espesor, es la región central de alta velocidad de rotación, con estrellas jóvenes y de mediana edad. En él se encuentran los 4 brazos espirales de estrellas principales, el de Orión, el de Sagitario, el de Carina y el de Perseo. En el centro del disco se encuentra el bulbo central, una acumulación de estrellas viejas y nubes de gas y polvo que encierran el núcleo de la galaxia, del que actualmente se piensa que alberga un agujero negro supermasivo.

La Vía Láctea se encuentra acompañada por dos galaxias pequeñas e irregulares llamadas nubes de Magallanes. Estas se agrupan a su vez con otras 30 galaxias formando un cúmulo llamado "Grupo local". Nuestra galaxia más próxima dentro del cúmulo es Andrómeda. Este cúmulo forma parte del supercúmulo de Virgo, una agrupación de al menos 100 galaxias. En 2014 se describió el supercúmulo de Laniakea, que albergaría varios supercúmulos más pequeños, entre ellos el de Virgo, pasando estos a ser considerados supercúmulos locales. Laniakea abarca unas 100 000 galaxias, agrupadas en 4 supercúmulos locales. Estas siguen patrones de movimiento dependientes de una anomalía gravitacional central llamada "gran atractor". Sin embargo, a diferencia de sus grupos constituyentes, Laniakea es, hasta el momento, una estructura gravitacionalmente independiente de otra mayor.

Origen del Universo, el Sistema Solar y La Tierra

El origen del Universo. La Teoría del Big Bang

La teoría actual de mayor aceptación sobre el origen del Universo se basa en un cataclismo cósmico sin igual en la historia: el Big Bang.

1 de 8El sacerdote belga, George Lemaître, sugirió por primera vez esta idea a principios del siglo XX, cuando propuso que el Universo comenzó a partir de un único átomo primigenio. Esta teoría ganó empuje más tarde gracias a las observaciones de Hubble sobre el alejamiento a gran velocidad de las galaxias entre sí en todas direcciones, como si fuesen repelidas por una antigua fuerza explosiva; y a partir del descubrimiento de la radiación cósmica de microondas de Penzias y Wilson.

La teoría fue recuperada a mediados del siglo XX cuando, tres astrofísicos británicos, Hawking, Ellis y Penrose, prestaron atención a la teoría de la relatividad y sus implicaciones respecto a nuestras nociones del tiempo. Estos publicaron varios artículos en los que extendieron la Teoría de la Relatividad General de Einstein para incluir las mediciones del tiempo y el espacio. De acuerdo con sus cálculos, el tiempo y el espacio tuvieron un inicio finito que corresponde al origen de la materia y la energía.

Antes del Big Bang, según los científicos, la inmensidad del Universo observable, incluida toda su materia y radiación, estaba comprimida en un punto adimensional de densidad infinita. Este estado casi incomprensible, llamado singularidad, se especula que existió tan sólo una fracción del primer segundo de tiempo. Se estima que hace 14 mil millones de años este punto experimentó una onda de choque masiva que lo expandió a gran velocidad, creándose de esta forma el tiempo y el espacio.

Después de la expansión inicial, el Universo se enfrió lo suficiente para permitir la formación de las partículas subatómicas y más tarde átomos simples. Nubes gigantes de estos elementos primordiales se unieron más tarde por la gravedad para formar estrellas y galaxias.

El origen del Sistema Solar. Principales teorías

Existen diversas teorías consideradas razonables para explicar el origen del Sistema Solar con las características que observamos en la actualidad. Algunas de las más conocidas son:

• La teoría de Acreción.
• La teoría de los Proto-planetas.
• La teoría de Captura.
• La teoría de la Nebulosa Moderna.
• La teoría de Laplace y la teoría Laplaciana Moderna.

2 de 8La teoría de mayor aceptación actual en la comunidad científica es la teoría de Laplace. Según esta, la formación del Sistema Solar comenzó hace unos 4.650 millones de años. Una inmensa nube de gas y polvo estelar se contrajo a causa de la fuerza de la gravedad y comenzó a girar a gran velocidad, probablemente, debido a la explosión de una supernova cercana.

La mayor parte de la materia se acumulo en el centro. La altísima presión y temperatura propició la fusión nuclear, liberando energía y formándose una estrella central con menor velocidad de giro que el resto del sistema. Al mismo tiempo se fueron definiendo algunas concentraciones de materia en el plano de giro (futuro plano de la eclíptica) que, al crecer, aumentaban su gravedad y recogían aun más materiales de su alrededor. Los encuentros constructivos predominaron y, en sólo 100 millones de años, el sistema adquirió un aspecto semejante al actual. Después, cada cuerpo continuó su propia evolución (Ej .: planetas interiores rocosos y exteriores gaseosos).

La formación de La Tierra

La Tierra, como los demás planetas rocosos, se formó por la colisión y agregación de trozos de rocas o planetesimales. Según los cálculos de Wetherill este proceso pudo durar unos 100 millones de años hasta obtenerse la masa actual del planeta.

Se piensa que entonces, al final de este proceso, el choque con un cuerpo de gran tamaño (similar a Marte) provocó la proyección al espacio de una enorme cantidad de material que posteriormente gravitaría alrededor de la Tierra y formaría, por agregación, la Luna.

El estado de fusión de la tierra primigenia permitió la distribución de los materiales que la componían, concentrándose los más densos en el centro y los menos densos en las capas más superficiales. De esta manera se constituyó un núcleo denso fundamentalmente de hierro y níquel, un amplio manto de silicatos densos y una fina corteza superficial de silicatos más ligeros.

El enfriamiento progresivo de la superficie procuró la formación de la corteza y en ella, los protocratones o placas sólidas primigenias que darían lugar a las actuales placas continentales.

La atmósfera primigenia se formó por la actividad gaseosa de las rocas fundidas de la corteza y el manto. Estaba formada principalmente por vapor de agua, amoniaco, CO2, CO, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y argón. El CO y CO2 reaccionaron con el agua y los silicatos 3 de 8originando rocas carbonatadas. El nitrógeno y el argón quedaron en su mayoría en la atmosfera debido a su naturaleza inerte. El oxigeno primigenio formó óxidos minerales y sílice (la mayor parte del oxígeno atmosférico actual procede de la actividad biológica posterior). El hidrógeno migró a capas altas y parte escapó al espacio.

El vapor de agua formó la hidrosfera. Cuando la temperatura del planeta disminuyó lo suficiente, la condensación de este vapor dio lugar a los océanos.

Geología del Sistema Solar

El Sistema Solar es el sistema planetario en el que se encuentran la Tierra y otros objetos astronómicos que giran directa o indirectamente en una órbita alrededor de una única estrella llamada Sol. La Unión Astronómica Internacional (UAI) resolvió en 2006 tres categorías diferentes para clasificar los objetos del Sistema Solar: planetas, planetas enanos, y cuerpos menores del Sistema Solar.

El Sol

Es la única y central estrella del Sistema Solar. Está catalogada como una estrella estándar de secuencia principal (en el diagrama de Hertzsprung-Russell), de tipo espectral G2. Su masa, unas 330 000 veces la de la tierra, crea el campo gravitatorio que mantiene unidos a todos los elementos del Sistema Solar. Su radio es de casi 700 000 km, y su superficie presenta una temperatura media de 5800 K. Esta irradia energía electromagnética, y es la principal fuente de energía en la Tierra, situada a 150 millones de km (la luz tarda 8,32 minutos en llegar). Su composición es 81% H, 18% He y 1% otros elementos.

En el Sol pueden diferenciarse varias capas concéntricas. Las únicas accesibles a la observación directa son las 3 exteriores, llamadas en conjunto atmosfera solar. Debajo de esta se encuentra la superficie solar, bajo la cual se estipulan 3 capas: la convectiva, la radiativa y el núcleo.

• Corona: Es la capa más externa, de temperaturas altas y bajísima densidad. Formada por gases en forma de plasma y gigantescos campos magnéticos. De ella parten los vientos solares.
• Cromósfera: Capa tenue y rojiza, situada entre la corona y la fotosfera. Presenta potentes chorros de gas caliente llamados espículas.

4 de 8- Fotósfera: Es la superficie aparente del sol, desde ella se irradia luz y calor al espacio. Presenta manchas oscuras más frías (unos 4000 K) relacionadas con los campos magnéticos.

• Zona convectiva: En esta zona la energía procedente del interior se transmite y circula por el fenómeno de la convección.
• Zona radiativa: En ella la energía procedente del núcleo se transmite por radiación entre las partículas.

Núcleo: Es la zona donde se produce la fusión nuclear debido a la alta presión y temperatura. Es 49% H, 49% He, y 2% de otros elementos que actuarían como catalizadores. Las reacciones termonucleares solares pueden darse por dos vías, el ciclo de Bethe y la cadena protón-protón. La ecuación estequiométrica equilibrada o balance global de dichas reacciones es:

4 H+ -> He + 2e+ (positrones) + 2 Vī (neutrinos) = 26,7 MeV

La energía resultante procede de la pérdida de masa en la conversión de cuatro protones en un núcleo de helio, según la ecuación de Einstein E=mc2.

Los planetas

Un planeta es, según la definición adoptada por la UAI en 2006, un cuerpo celeste que:

• Orbita alrededor de una estrella (o remanente de ella).
• Tiene suficiente masa para que su gravedad supere las fuerzas del cuerpo rígido, de manera que alcanza el equilibrio hidrostático (forma prácticamente esférica).
• Tiene dominancia orbital, es decir, ha limpiado la vecindad de su órbita de planetesimales.

Según la definición mencionada, el Sistema Solar consta de 8 planetas, que se agrupan conforme a dos criterios principales que coinciden en su clasificación: su estructura y su distancia al sol:

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