Apunte de geología

¿Cuáles son las principales teorías sobre el origen del universo?

¿Cómo se generaron los elementos?

¿Cómo se formó el Sistema Solar?

¿Cuáles son los planetas rocosos?

¿Cómo se formó la Tierra? Y la Luna?

¿Cuál es la edad de la Tierra?

¿Cuáles son las Épocas Geológicas?

¿Cuál fue el último mega continente?

¿Cuántas grandes extinciones han ocurrido?

Origen del universo

En 1959 se realizó una encuesta de los científicos a lo largo de EE.UU en cuanto a su comprensión de las ciencias físicas.

La pregunta era ¿Cuál es su concepto de la edad del Universo?Más de dos tercios de los científicos respondieron que no hay origen del Universo…

….el Universo era eterno

Teorías de la Formación del Universo

1. Creacionismo2. Teoría del Universo Estacionario3. Teoría Inflacionaria4. Teoría del Big Bang Evidencias5. Teoría del Universo Oscilatorio

1. Creacionismo

Basado en doctrinas religiosas: Dios habría creado el universo y el mundo en 7 días

i. Día Un - Noche y Día

ii. Día Dos – Cielo y Mar

iii. Día Tres — Tierra y Vegetación

iv. Día Cuatro — Estrellas, Sol y Luna

v. Día Cinco — Mar criaturas incluyendo los peces y las aves

vi. Día Seis — Animales y la humanidad

vii. Día Siete — Descanso.

2. Teoría del Universo Estacionario

Postulada por los astrónomos británicos Hermann Bondi, Thomas Gold y Fred Hoyle. (1948). Tuvo una gran popularidad durante la década de los 50’s y 60’s

1. El universo no tiene principio ni final, ya que la materia interestelar siempre ha existido

2. El aspecto del Universo no sólo es idéntico en el espacio, si no en el tiempo. El universo parece el mismo siempre desde cualquier punto del espacio (Principio cosmológico)

La disminución de la densidad del Universo provocada por su expansión se compensa con la creación continua de materia. (Consideraban insatisfactoria la idea de que el universo tuviera principio)

Evidencia contraria

El descubrimiento de quásares .

Los quásares son sistemas extra galácticos muy pequeños pero muy luminosos que solamente se encuentran a grandes distancias.

Por lo tanto, son objetos del pasado remoto, lo que indica que hace unos miles de millones de años la constitución del Universo era muy distinta de lo que es hoy en día.

El descubrimiento de CMB (Radiación de fondo de Microondas Cósmicas)

Esta teoría no la explica de manera natural

Inviabilidad de creación de la masa

En proporción necesaria no es totalmente sustentada en ninguna teoría física o hecho observado

CMB o Cosmic Microwave Background (Radiación de fondo de Microondas Cósmicas)Arno Penzias y Robert Wilson (1964) descubrieron una señal de microondas oculta en sus datos.

Inesperadamente descubrieron el Trasfondo de Radiación Cósmica de Microondas, que había sido predicha por una teoría que unos pocos creían. Era la Teoría del Big Bang.

El universo temprano, debido a su alta temperatura, se habría llenado de luz emitida por sus otros componentes. Antes que se formaran los átomos, el universo era opaco a la luz.

Por debajo de los 3000 K se forman los átomos, y esto desacopló una radiación que continuó por el espacio prácticamente sin obstáculos Se piensa que es un remanente tangible de los restos de luz del Big Bang.

3. Teoría Inflacionaria

Postulada por Alan Guth en 1981 Se basa en estudios sobre campos gravitatorios fortísimos, como los que hay cerca de un agujero negro.

La inflación sugiere que hubo un periodo de expansión exponencial en el Universo muy pre-primigenio.

La teoría inflacionaria supone que una fuerza única se dividió en las cuatro que ahora conocemos, produciendo el origen al Universo.

Según esta teoría, lo que desencadenó el primer impulso del Big Bang es una "fuerza inflacionaria" ejercida en una cantidad de tiempo prácticamente inapreciable.

Se supone que de esta fuerza inflacionaria se dividieron las actuales Fuerzas Fundamentales

4. Teoría del Big Bang Evidencias

George Lemaître, sugirió por primera vez la teoría del Big Bang en los años 20, cuando propuso que el universo comenzó a partir de un único átomo primigenio.

Esta idea ganó empuje más tarde gracias a las observaciones de Edwin Hubble de las galaxias alejándose de nosotros a gran velocidad en todas direcciones, y a partir del descubrimiento de la radiación cósmica de microondas de Arno Penzias y Robert Wilson.

Edwin Hubble, en 1929, fue capaz de correlacionar la distancia entre objetos en el universo usando sus velocidades, relación conocida como la Ley de Hubble.

Demostraba que el universo se encuentra en expansión, como si hubieran sido repelidas por una antigua fuerza explosiva. El mismo fenómeno había sido descrito por Einstein, con la teoría de la relatividad general. Sin embargo no creyó, e introdujo a sus ecuaciones la famosa "constante cosmológica“.

¿Si las galaxias se alejan y recorriéramos el camino a la inversa?

¿Como llegó a formarse la existencia?

¿Qué existió antes?

• Singularidad

• Nada existió antes del comienzo.

Si nada existía antes del big bang, ¿qué causó que la singularidad fuera creada en primer lugar?

Una vez que la singularidad ocurrió (como haya sucedido), comenzó a expandirse por un proceso llamado InflaciónSe estima que en solo 15 x 10-33 segundos ese universo primigenio multiplicó sus medidas.

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Esta teoría sobre el origen del Universo se basa en observaciones rigurosas y es matemáticamente correcta desde un instante después de la explosión, pero no tiene una explicación para el momento cero del origen del Universo, llamado "singularidad".

Antes del Big Bang, según los científicos, la inmensidad del universo observable, incluida toda su materia y radiación, estaba comprimida en una masa densa y caliente a tan solo unos pocos milímetros de distancia. Este estado casi incomprensible se especula que existió tan sólo una fracción del primer segundo de tiempo.

Pero en tanto como el Universo empezó a enfriarse durante los primeros minutos, protones y neutrones comenzaron a formarse.

Luego, lentamente con el tiempo, protones, neutrones y electrones, se juntaron en la forma del Hidrógeno y pequeñas cantidades de Helio.

Los choques que inevitablemente se produjeron y un cierto desorden hicieron que la materia se agrupara y se concentrase más en algunos lugares del espacio, y se formaron las primeras estrellas y las primeras galaxias. Desde entonces, el Universo continúa en constante movimiento y evolución.

Evidencia del Big Bang

La señal CMB detectada por Penzias y Wilson. Es a menudo descrita como el “eco” del Big Bang. El Big Bang dejó atrás una señal de calor a través del espacio.

El Universo está en continua expansión Ley de Hubble, relaciona la velocidad con la distancia. Evidencia la expansión del Universo

Los teóricos del Big Bang usaron esta información para aproximarse a la edad del Universo en cerca de 15 mil millones de años, lo que es consistente con otras medidas de la edad del Universo.

Cronología del Big Bang

Momento Suceso

Big Bang Densidad infinita, volumen cero.

10 e-43 segs. Fuerzas no diferenciadas

10 e-34 segs. Sopa de partículas elementales

10 e-10 segs. Se forman protones y neutrones

1 seg. 10.000.000.000 º. Universo tamaño Sol

3 minutos 1.000.000.000 º. Núcleos de átomos

30 minutos 300.000.000 º. Plasma

300.000 años Átomos. Universo transparente

1.000.000 años Gérmenes de galaxias

100 millones de años Primeras galaxias

1.000 millones de años Estrellas. El resto, se enfría

5.000 millones de años Formación de la Vía Láctea

10.000 millones de años Sistema Solar y Tierra

5. Teoría del Universo Oscilatorio

Richard Tolman de 1948 No existe una explosión inicial, sino una contracción de nuestro propio universo hasta un punto de enorme densidad (que denominó Big Crunch) La fuerza de atracción de la gravedad se convierte en una fuerza repulsiva que provoca una expansión de la materia (un Big Bang).

Sucesión cíclica e infinita del mismo universo (que no necesariamente tienen que poseer las mismas condiciones). En 2010 el físico Roger Penrose aseguró encontrar en la radiación cósmica de fondo patrones circulares que indicarían un ciclo continuo de nacimiento y muerte del universo a lo largo de eones.

Origen de los Elementos Químicos

1. Nucleosíntesis Primordial.

2. Nucleosíntesis Estelar.

3. Nucleosíntesis Explosiva.

1. Nucleosíntesis Primordial. Luego del Big Bang, el Universo se enfrió bajo los 10 millones de grados, por lo que el Plasma de Quarks-

gluones formó los nucleones primigenios

Hay dos características importantes de la Nucleosíntesis del Big Bang:

duró sólo unos tres minutos (durante el periodo entre 100 y 300 segundos del inicio de la expansión del espacio), después de lo cual la temperatura y la densidad del Universo cayeron por debajo de lo que se requería para la Fusión Nuclear.

La brevedad de la Nucleosíntesis es importante porque evita la formación de elementos más pesados que el Berilio mientras que al mismo tiempo se permite la existencia de elementos luminosos incombustibles, como el Deuterio

se extendió, rodeando el Universo observable.

1H (Hidrógeno ligero)

²H o D (Deuterio)

³H (Tritio)

³He y 4He (Helio)

7Li y 6Li (Litio)

7Be y 8Be (Berilio), en cantidades despreciables. 75 %

25 %

Universo Temprano

HidrógenoHelio

Al cabo de algunos cientos de millones de años, las nubes de esos gases se condensaron y coalescieron en las estrellas que componen los sistemas galácticos que observamos ahora.A medida que esos gases se contraían para convertirse en las primeras estrellas, el calentamiento desencadenó el proceso de fusión nuclear. Estrellas más masivas que nuestro Sol se producen otras reacciones termonucleares que generan todos los elementos de la tabla periódica hasta el número 26, el Hierro.

H + H He + energía2. Nucleosíntesis estelar

Reacciones nucleares que tienen lugar en las estrellas

Solo las reacciones nucleares podían explicar la gran longevidad de la fuente de calor y luz del Sol.

El 90% de la energía producida por las estrellas vendrá de las reacciones de fusión del Hidrógeno -> Helio

Más del 6% de la energía generada vendrá de la fusión Helio -> Carbono.

Mientras que el resto de fases de combustión apenas si contribuirán de forma apreciable a la energía emitida por la estrella a lo largo de toda su vida.

A partir de H y He, por procesos de fusión nuclear se generan la mayor parte de los elementos ligeros y medianos, más una minoría de pesados, hasta el 26, el Hierro

Los productos se distribuyen en el universo por medio de los Vientos Solares.

3. Nucleosíntesis Explosiva

Incluye la Nucleosíntesis de Supernovas y produce los elementos más pesados que el Hierro

Ocurre apenas unos segundos durante la Explosión del corazón de la Supernova

Elementos más pesados al 26, Hierro, se crean solo a temperaturas extremas durante la muerte explosiva de una estrella quizá 10 a 20 veces más masiva que el sol y los arrojan al espacio interestelar

En entornos explosivos de supernovas, los elementos entre el Silicio y el Níquel se sintetizan por fusión rápida.

Formación Sistema Solar

Modelo de la Hipótesis Nebular, fue desarrollado por primera vez en el siglo XVIII por Emanuel Swedenborg, Emanuel Kant y Pierre-Simon Laplace.

Hace 5,000 millones de años, el sistema solar es una inmensa nube de gas y polvo interestelar.

La nebulosa se contrae en un disco en rotación que se calentaba gracias a la conversión de la energía gravitacional en energía térmica.

La composición de esta nube era un 92% de Hidrógeno, 7% de Helio y un 1% de los demás elementos.

De ese 1%, había aproximadamente un 50% de Oxígeno, 20% de Neón, 15% de Nitrógeno, 8% de Carbono, 2% de Silicio, 2% de Magnesio, 1,5% de Hierro, 1% de Azufre, y el 0,5% restante era una mezcla de Argón, Aluminio, Calcio, Sodio, Níquel, Fósforo y demás elementos en proporciones cada vez menores.

Formación de los planetas

Los planetas nacieron en la nube de polvo sobre fragmentos de distinto tamaño, tienen la misma composición

La atracción gravitacional y atracción electroestática, hizo que estos fragmentos se acrecionarán unos con otros, para convertirse en objetos del tamaño de un asteroide denominados planetesimales.

El más grande de todos Alfa, conforme se fue haciendo cada vez más masivo hizo que todas las partículas de gas y polvo y los planetesimales más pequeños acabasen girando a su alrededor formando un primer esbozo del Sistema Solar, pero con su centro aún apagado.

El segundo planeta más grande Beta, ocupa una órbita alrededor del primero y el gradiente gravitacional hace que la nube de polvo tienda a ocupar el mismo plano que Beta.

La presión de las capas superiores, la radioactividad también hace que el núcleo se caliente.

La atracción gravitacional hace diferenciar la estructura

Alfa posee más del 99% de la masa total del Sistema. Su tamaño llega a ser tan grande que la presión en su núcleo es suficiente para provocar una reacción termonuclear.

El Hidrógeno comienza a fusionarse en Helio. Nace el Sol.

El interior del Sol se ha encendido, pero sobre el centro hay una capa de 500.000 km de gases.

El Sol empezó a brillar muy tenuemente y el brillo fue creciendo con lentitud hasta alcanzar el máximo brillo estable al cabo de unos 10millones de años.

Una vez que el Sol alcanza su máximo brillo, genera un Viento Solar.

Los más lejanos, como Beta, ahora convertido en Júpiter, conservarán toda su atmósfera de Hidrógeno.

Las superficies de los planetas existentes empiezan a calentarse con la radiación solar.

Diferenciación gravitacional y Formación de la Tierra

El calor interno del planeta hizo que el Hierro y el Níquel empezara a fundirse, gotas liquidas que fueron hundidas por su propio peso hacia el centro.

Se produjo el núcleo terrestre denso y rico en hierro.

Se produce un océano de magma y masas flotantes suben a la superficie.

Se establecieron las 3 principales divisiones del interior de la Tierra.

Núcleo, rico en hierro

Manto, fluido

Corteza, primitiva

Materiales más ligeros, como vapor de agua, dióxido de carbono y otros gases, escaparon para formar la atmosfera primitiva. Poco después los océanos.

El Viento Solar arrastra todo el polvo y gases fuera del sistema solar, hasta formar una esfera a un año luz de distancia alrededor del Sol

Es lo que conocemos como la Nube de Oort.

Nacimiento de la Luna

Poco después de su formación, un planeta del tamaño de Marte se estrelló contra la Tierra

El impacto fundió ambas masas planetarias y haciendo que una importante porción de la Tierra saliera despedida al espacio en forma de rocas fundidas y cenizas.

Aproximadamente un 1.5% quedaron en órbita alrededor de la Tierra entre 10.000 y 30.000 Km sobre la superficie

Se formó un anillo cada vez más plano y estrecho, hasta que se formó una acreción rocosa que fue absorbiendo el resto de la masa del anillo hasta formar un solo cuerpo: La Luna

Historia de la Tierra

Si hiciéramos la analogía

100 Ma = 1 año

4.600 Ma = 46 años

Se divide en 4 grandes Eones

1. Fanerozoico

2. Proterozoico

3. Arcaico

4. Hádico

Precámbrico

Desde la formación de la Tierra hasta el Cámbrico4600 – 541 Ma

Hadeano,

Proviene del Dios griego Hades,

Primera fase de diferenciación de la corteza

Arqueano

Proviene del griego “Comienzo”

Tectónica de placas similar a hoy

Vida limitada a los organismos procariotas

Proterozoico

Proviene del griego Proteros: temprano

Se produjo la expansión de las Cianobacterias y generación de Oxígeno; BIF

Primer megacontinente Rodinia se fragmenta en Gondwana y otros

Fanerozoico

Su nombre deriva del griego (φανερός phanerós "visible“, ζῷον zôon "ser vivo“) y significa "vida visible“

Comienza con la explosión del Cámbrico, organismos con partes duras.

Se posee la mayor cantidad de información.

Comprende los últimos 600 Ma

Se divide en 3 Eras:

1. Paleozoico (vida antigua) 600 – 250 Ma

Desde la proliferación de organismos con partes duras hasta que el mundo empezó a ser dominado por grandes reptiles y plantas relativamente modernas.

A la mitad de la era (Silúrico-Devónico) las plantas empezaron a conquistar tierra firme

Aparición de primeros árboles, vertebrados terrestres / anfibios

Insectos alados gigantes – relacionado a altas concentraciones de Oxígeno

Primeros reptiles

Termina con la formación del megacontinente Pangea

Mega extinción del Pérmico – Triásico.

(95 % de las especies marinas y 70% de vertebrados terrestres).

2. Mesozoico (vida media) 250 – 66 Ma

Se divide en 3 periodos.

Triásico

Aparecen peces modernos Reptiles dominan la tierra, los mares y cielos. Aparecen los primeros mamíferos

Jurásico

Aparecen las aves Muchos tipos de dinosaurios Ruptura de Pangea en Gondwana y Laurasia

Cretácico

Proliferan las plantas con flor Dinosaurios (Tiranosaurios, brontosaurios Jurassic Park) Termina con la Extinción del Cretácico Continentes actuales en formación

3. Cenozoico (vida nueva) 66 Ma – Presente

Se le conoce como la era de los mamíferos India colisionó con Asia; Arabia con EurasiaSe divide en 3 periodos

Paleógeno

Se diversifican los mamíferos tras la extinción

Neógeno

Aparecen los primeros simios Caballos y mastodontes se diversifican

Cuaternario (11mil años)

Megafauna del Pleistoceno (Milodón) Aparece el Homo Habilis Edad de Hielo