Evolución del Universo y Tectónica de Placas: Un Viaje Cósmico y Geológico

1. Los Primeros Astrónomos

Necesidad de ampliar los conocimientos y explicar los fenómenos observables.

Ejemplos:

• Repeticiones en la posición de las estrellas.
• Repeticiones de estaciones (duración del día y la noche).
• Influencia del Sol sobre la siembra, la caza o la navegación.

Logros:

• Describir el movimiento del Sol, la Luna y los planetas.
• Inventar el sistema sexagesimal (360º).
• Establecer un calendario.

Aristóteles

Defensor de un Universo geocéntrico, donde la Tierra se encontraba en el centro y el Sol, la Luna y los planetas giraban a su alrededor.

Aristarco de Samos

Estableció por primera vez el modelo heliocéntrico. Afirmó que el Sol era mucho mayor que la Tierra y que ésta y todos los planetas giraban a su alrededor.

Ptolomeo

Revisó la obra de Aristóteles y defendió el modelo geocéntrico. Esta idea se mantuvo durante la Edad Media. Fue aceptada por los poderes eclesiásticos, pues era coherente que las criaturas creadas por Dios habitaran en el planeta Tierra localizado en el centro del Universo.

Copérnico

Estableció, gracias a sus sólidos cálculos matemáticos, el modelo heliocéntrico. La Tierra no era más que uno de sus planetas que gira alrededor del Sol. No publicó sus descubrimientos hasta el final de su vida.

Kepler

Estableció que las órbitas de los planetas eran elípticas.

Galileo Galilei

Construyó el primer telescopio y contribuyó a la astronomía con numerosos descubrimientos que le costaron su condena por herejía.

Newton

Explicó el movimiento de los astros mediante la teoría de gravitación universal.

2. Cosmología Moderna

Cosmología

Es una parte de la astronomía que estudia la estructura, el origen y el desarrollo de la totalidad del Universo, el cosmos.

Astronomía

Es la ciencia que estudia los astros componentes del universo a partir de la información que nos llega de ellos: luz visible, infrarrojos, rayos X, etc.

Astrofísica

Es una parte de la astronomía que aplica las leyes de la física para estudiar la naturaleza de los astros y su comportamiento.

Pseudociencia - Astrología

Intenta explicar las influencias malignas o benignas de los astros sobre los humanos. Zodíaco.

Modelos del Universo

Estático o Infinito

Hace referencia al Universo eterno e infinito, que siempre ha existido y existirá. Sin comienzo ni fin. (Einstein)

Dinámico y Finito: El Big Bang

Hace referencia a un Universo que se creó en una explosión a partir de un punto inmaterial infinitamente denso y caliente, hace 13700 millones de años. (Hubble)

Dinámico e Infinito: El Estado Estacionario

Concibe un Universo infinito, que no tiene un principio definido, en el que se genera materia de manera continua mediante mecanismos desconocidos. (Hoyle)

3. La Expansión del Universo

El universo se expande. Hay métodos para calcular este hecho.

Ley de Hubble

Establece que la velocidad de alejamiento de una galaxia es directamente proporcional a su distancia.

4. El Big Bang. La Gran Explosión

• Si el movimiento de alejamiento de las galaxias se invirtiese durante un tiempo igual a la edad del universo, se llegaría a la conclusión de que todas las galaxias se encontraban en un mismo punto en un mismo instante, que marcaría el origen del Universo. (Se estima a 13700 millones de años).
• En este punto las cuatro fuerzas que actúan sobre la materia estarían unidas:
  • Gravedad
  • Fuerza electromagnética
  • Fuerza nuclear fuerte
  • Fuerza nuclear débil
• También estarían bajo la forma de una singularidad:
  • Energía
  • Espacio
  • Tiempo
  • Vacío

5. Recreación del Universo Primitivo

Materia Oscura

Se supone que todo lo que es visible del Universo representa únicamente el 4%. Sin embargo, las regiones no visibles tienen un tipo de materia especial, la materia oscura. Su presencia es detectable por medio de sus efectos gravitacionales sobre las galaxias cercanas.

El Futuro del Universo

3 Posibles Destinos:

• Big Chill (Gran enfriamiento)
• Big Crunch (Gran contracción)
• Big Rip (Gran desgarramiento)

6. Estructura del Universo

Supercúmulos

Agrupaciones de cúmulos galácticos formados a su vez de galaxias y nebulosas (nubes de gas y polvo), intercalados por filamentos de materia oscura. Nos encontramos en el Supercúmulo de Virgo.

Cúmulos

Agrupaciones de galaxias. La Vía Láctea se encuentra en el cúmulo llamado Grupo Local, que está a su vez formado por otras galaxias como Andrómeda, Nube de Magallanes grande, Nube de Magallanes Pequeña, Dragón, el Sistema de la Osa Menor y otras.

Galaxias

Enormes acumulaciones de materia en forma de polvo cósmico, nebulosas y estrellas, algunas de las cuales poseen sistemas planetarios. Nuestra galaxia es la Vía Láctea.

Vía Láctea

La Vía Láctea es una galaxia espiral que contiene nebulosas, polvo cósmico y entre 10.000 y 30.000 millones de estrellas, en uno de cuyos brazos se encuentra el Sistema Solar, formado por el Sol, la Tierra y los demás planetas y sus satélites.

Está formada por: bulbo o núcleo, disco, halo.

7. Las Estrellas: Fraguas Donde se Forman los Elementos Químicos

Nebulosas

Son nubes gaseosas de hidrógeno, helio y elementos químicos pesados en forma de polvo cósmico y cierta cantidad de compuestos orgánicos.

Estrellas

Son enormes esferas gaseosas de hidrógeno y helio. Esos gases están tan calientes que su interior actúan como una bomba termonuclear emitiendo gran cantidad de energía radiante.

La Historia de una Estrella Depende de su Masa...

1. Protoestrellas

Aparecen a partir de la nebulosa inicial que se fragmenta. Cada uno de estos fragmentos empieza a girar sobre sí misma, se compacta y aumenta su densidad. Esto favorece las colisiones entre el hidrógeno y empieza a emitir radiación.

2. Gigante Roja

Con el tiempo casi todo el hidrógeno se convierte en helio y las reacciones de fusión se desplazan a la periferia, donde todavía existe hidrógeno. Con la desaparición del hidrógeno se pierde masa y la estrella aumenta de tamaño convirtiéndose en una gigante roja.

3. Nebulosa Planetaria

El helio se compacta en el núcleo de la estrella y se alcanza la temperatura crítica para poder formar carbono. He + He = C + energía. Sus capas externas se desprenden formando un anillo de humo estelar conocido como nebulosa planetaria.

4. Enana Blanca

El núcleo de la antigua gigante roja se transforma en una estrella denominada enana blanca. El carbono se va acumulando en el interior de la enana blanca. Cuando se agote el helio se enfriará hasta apagarse por completo.

5. Enana Negra

Es la estrella oscura y fría formada por el carbono originado en las etapas anteriores.

Otros Tipos de Estrellas Diferentes al Sol son: Las Estrellas Gigantes o Azules

Son estrellas con una masa mucho mayor que la del Sol, por lo que emiten una mayor cantidad de energía y una luz intensa y azulada. Su evolución es la siguiente:

1. Protoestrellas

Se forman de manera parecida a las estrellas similares al Sol, a partir de una nebulosa que se fragmenta. En este caso la protoestrella es más grande y luminosa.

2. Supergigante Roja

Cuando la protoestrella consume todo el hidrógeno se hincha y se convierte en una supergigante roja con numerosas capas concéntricas resultantes de los distintos procesos de fusión termonuclear.

3. Supernova

La supergigante roja se colapsa. El núcleo sufre una implosión y más tarde la estrella sufre una tremenda explosión liberando enormes cantidades de energía. A esta fase se le llama supernova. En este momento es cuando se sintetizan los elementos químicos más pesados como el hierro.

8. Formación del Sistema Solar

1. Explosión de una supernova situada en uno de los extremos de la Vía Láctea.
2. Compactación de la primitiva nebulosa de gas, enriquecida con el polvo cósmico de la nebulosa.
3. Contracción hasta formar una enorme bola de gas. Comienzo de las reacciones nucleares. Aparición del Sol.
4. Aparición de discos formados por partículas de polvo cósmico. Aparición de planetesimales.
5. Acreción de planetesimales. Planetas cada vez mayores. Satélites.

Sistema Solar

Nuestro Sistema Solar está formado por nuestra estrella, el Sol, que se encuentra en el centro y sus ocho planetas (con sus correspondientes satélites), los planetas enanos y los cuerpos pequeños (asteroides, meteoritos, cometas...). Giran a su alrededor atraídos por la fuerza de la gravedad que actúa como un gigantesco imán.

Planetas

Astros que orbitan alrededor del Sol, con masa suficiente para que su gravedad les haga tener forma casi redonda, no emiten radiación como las estrellas, la mayoría posee uno o varios satélites o lunas que orbitan a su alrededor.

Tipos de Planetas:

• Planetas interiores o rocosos: Mercurio, Venus, Tierra y Marte.
• Planetas exteriores o gaseosos: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

Planetas Enanos

Cuerpos celestes que orbitan alrededor del Sol, con masa suficiente para que su gravedad les haga tener forma casi redonda, tienen otros cuerpos en sus órbitas, órbitas muy elípticas e inclinadas. Ej: Plutón, Ceres, Eris.

Cuerpos Pequeños del Sistema Solar

• Satélites: Que orbitan alrededor de los planetas.
• Cometas y Asteroides: Que orbitan alrededor del Sol y se localizan principalmente en 3 lugares:
  • Cinturón principal de asteroides. Entre las órbitas de Marte y Júpiter.
  • Cinturón de Kuiper. Situado más allá de las órbitas de Neptuno y Plutón.
  • Nube de Oort. Situada en la periferia del sistema Solar.

Desarrollo de la Tectónica de Placas

Antecedentes

• Hipótesis de la Deriva Continental (Wegener, 1912)
• Existencia de corrientes de convección en el manto terrestre (Holmes, 1945).
• Expansión de los fondos oceánicos (Hess, 1962).
• Estudio de las bandas de anomalías gravimétricas a ambos lados de las dorsales oceánicas (Vine y Matthews, 1964).

Deriva Continental

Pruebas de la Deriva Continental (Wegener, 1912) - Base de la Tectónica de Placas

• Geográficas: Los bordes de continentes separados encajan.
• Paleontológicas: Fósiles similares aparecen en continentes hoy separados.
• Paleoclimáticas: Climas pasados coinciden en continentes hoy separados.
• Geológicas: Continuidad en la forma de cordilleras y en el tipo de rocas de continentes separados.

Modelo Estático del Interior de la Tierra

Modelo Estático o Geoquímico

Concibe el interior de la Tierra como una gigantesca estructura rocosa distribuida en capas concéntricas (corteza, manto y núcleo) separadas por discontinuidades, que son zonas de separación entre capas que presentan:

• distinta composición química (corteza, manto y núcleo).
• distinta composición mineralógica (manto externo y manto interno).
• distinto estado físico (núcleo externo y núcleo interno).

Corteza

Es la capa más externa, se extiende desde la superficie terrestre hasta la discontinuidad de Mohorovicic (35 km), está formada por silicatos de aluminio, calcio, sodio y potasio.

Tipos de Corteza:

• Corteza oceánica: Menor espesor pero más densa. Formada por rocas magmáticas como basaltos o gabros.
• Corteza continental: Mayor espesor, menos densa. Formada por rocas diversas, abunda el granito y la andesita.

Manto

Zona comprendida entre la discontinuidad de Mohorovicic y la de Gutemberg (2900 km), está formado por peridotitas. Los cambios de presión y temperatura hacen que se distingan 2 zonas:

• Manto superior: (35 km - 670 km)
• Manto inferior: (670 km - 2900 km)

Núcleo

Zona comprendida entre la discontinuidad de Gutemberg (2900 km) hasta el centro de la Tierra, está formado por hierro, níquel, algo de azufre, silicio y oxígeno. La composición química y el estado físico es el responsable del campo magnético terrestre. Se diferencian dos capas separadas por la discontinuidad de Weichert-Lehman:

• Núcleo externo: Líquido (2900 km – 5170 km)
• Núcleo interno: Sólido (5170 km – 6370 km).

Modelo Dinámico o Geodinámico

1. Litosfera: Se corresponde con la corteza más la parte superior del manto superior. Es rígida.
2. Mesosfera: Se corresponde con el resto del manto.
3. Endosfera: Se corresponde con todo el núcleo (externo e interno).

Tectónica de Placas

Considera que:

• La litosfera se encuentra fragmentada en placas litosféricas, que encajan entre sí como un puzzle.
• Las placas pueden estar formadas por corteza oceánica, por corteza continental o ser mixtas.
• Las placas están delimitadas por bordes de placa que pueden ser de tres tipos: dorsales oceánicas, zonas de subducción o fallas transformantes.
• El motor del movimiento de las placas es el calor interno de la Tierra, procedente del núcleo y del manto.

Tipos de Bordes de Placa

Dorsales, zonas de subducción y fallas transformantes.

Fenómenos Geológicos Asociados con los Bordes de las Placas Litosféricas

1. Dorsales Oceánicas (bordes constructivos)

Vulcanismo submarino que emite magma procedente del manto. El magma basáltico se enfría y se genera nueva litosfera oceánica.

2. Zonas de Subducción (bordes destructivos)

Actividad sísmica. La litosfera oceánica, más densa, se hunde volviendo de nuevo al manto. La fricción provoca focos sísmicos localizados en un plano (plano de Benioff). En algunos casos también procesos volcánicos.

3. Fallas Transformantes

Actividad sísmica debido al rozamiento. No hay creación ni destrucción de litosfera.

1. Sismos: Se producen en las dorsales, zonas de subducción y fallas transformantes debido a la fricción de los materiales.
2. Volcanes: En las dorsales oceánicas, en las zonas de subducción y en los puntos calientes. El magma escapa por grietas y forma volcanes.
3. Formación de Montañas: El empuje de la placa que se hunde aplasta los sedimentos acumulados en las zonas de subducción, los pliega y los fractura, y luego los levanta, hasta formar las grandes cordilleras.
4. Expansión de los Océanos: Debido al magma que sale a ambos lados de la dorsal.
5. La Deriva de los Continentes: Produce el desplazamiento de los continentes.
6. Yacimientos Minerales y Petrolíferos: La tectónica permite predecir la localización de determinados yacimientos.

Volcanes

Se forman cuando el magma procedente del manto asciende hasta la superficie a través de fisuras de la corteza oceánica o continental, se enfría y da lugar a erupciones de gases, productos sólidos (piroclastos) y coladas de roca fundida, denominada lava.

Tipos de Volcanes:

• Puntos calientes
• Bordes de placa
• Dorsales
• Zonas de subducción

Sismos

Se deben a sacudidas brutales del suelo causadas por la fracturación de las rocas en profundidad, que libera súbitamente grandes cantidades de energía lentamente acumulada a lo largo de los años. Si el seísmo tiene lugar en tierra se denomina terremoto y si es en el mar, maremoto. Las vibraciones se propagan en forma de ondas sísmicas, que se generan en un foco o hipocentro y se propagan en todas las direcciones. El epicentro es la zona de la superficie terrestre situada directamente sobre el foco.

Tipos de Ondas Sísmicas:

• Ondas P o primarias
• Ondas S o secundarias
• Ondas L o de superficie

Escala de Richter mide la magnitud, medida de la energía. Escala MSK mide la intensidad de 1 a 12.

Movimiento y Colisión entre Placas

3 Posibles Situaciones:

1. Acercamiento borde oceánico - borde oceánico. Subducción del borde más denso. Islas volcánicas.
2. Acercamiento borde oceánico – borde continental. Subducción del borde oceánico. Islas volcánicas. Terremotos. Orógenos.
3. Acercamiento borde continental – borde intercontinental. Obducción. Orógenos y terremotos.

Ciclo de Wilson

El Ciclo de Wilson es un ciclo evolutivo que explica la apertura y el cierre de las cuencas oceánicas y los cambios en la distribución de los continentes y de los océanos a lo largo del tiempo.

1. Fragmentación de un supercontinente.
2. Expansión del fondo oceánico.
3. Subducción.
4. Obducción.