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Unidad Educativa
Colegio Santa Teresita
Materia: Ciencias de la Tierra.
Curso: 5º Año de Ciencias
TEMA I: INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE CIENCIAS DE LA TIERRA
Las Ciencias de la Tierra hacen uso de métodos, técnicas y conocimientos aportados por varias
disciplinas científicas, que contribuyen a descifrar los misterios e interrogantes acerca del planeta, son también
conocidas como Geociencias, para destacar en forma breve que son varias ciencias cuyo objeto de estudio es la
Tierra.
Las Ciencias de las Tierra son entonces ciencias integradas, pero ¿cuáles ciencias? Todas aquellas
disciplinas científicas que estudian la Tierra; su estructura; su composición; sus recursos y materiales; su
morfología y su funcionamiento; su lugar en el espacio; su relación con las demás astros del Universo; su
pasado; cómo y cuánto ha cambiado; su evolución y su posible futuro; entre muchos otros temas. Estas
ciencias van desde el estudio de la vastedad del Universo y la enorme energía de las estrellas, a través de la
astronomía y la astrofísica, hasta lo infinitesimal de las interacciones que ocurren en el núcleo de los átomos,
como por ejemplo el decaimiento radiactivo de algunas sustancias, por medio de la física de partículas y la
física cuántica; desde los fenómenos de corta duración como los huracanes o terremotos, hasta los fenómenos
que tardan eones en ocurrir, como la deriva continental. En fin, estudia desde lo masivo hasta lo muy pequeño;
desde lo instantáneo y efímero hasta lo eterno; para lograr esto es necesario analizar nuestro planeta como un
todo integrado, ya que el estudio de fenómenos aislados a través de ciencias inconexas nos brindará una visión
parcial de la realidad de la Tierra, esta visión holística se conoce como Enfoque de Sistemas o Enfoque
Sistémico.
La Tierra bajo el Enfoque de Sistemas:
Constantemente leemos, oímos y mencionamos la palabra sistemas; por ejemplo el Sistema Solar, el
sistema digestivo, el sistema educativo; todos estos ejemplos tienen al menos los siguientes aspectos en
común:
• Todos son un conjunto de elementos o componentes: conjunto de planetas; de órganos y
glándulas; de políticas, normativas y personas.
• Todos estos elementos están interrelacionados: interacciones gravitacionales entre los distintos
astros; intercambio de enzimas, productos y subproductos de los órganos y glándulas; flujo de
información entre los distintos actores del sistema educativo.
• Todos los elementos son indispensables para alcanzar un fin con un alcance superior al de cada
elemento por separado: Mantener el equilibrio gravitacional y la órbita alrededor del Sol; asimilar
los nutrientes de los alimentos ingeridos; formar ciudadanos instruidos y productivos para el país.
Con base a este análisis comparativo se puede definir un sistema como un conjunto de elementos o
componentes estructurados que interactúan entre sí para alcanzar un objetivo o meta común.
Características generales de los Sistemas:
•
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•
•
•
•
Relaciones: Entre los elementos de de todo sistema existen relaciones; estructurales y
funcionales; ordenadas, coherentes y recíprocas, que determinan el comportamiento del sistema.
Sinergia: La concepción del sistema como una globalidad impide que el estudio aislado de sus
componentes permita predecir el comportamiento global del sistema. Esta característica permite
afirmar que el “todo” es más que la simple suma de sus partes; es necesario estudiar y analizar
todos los constituyentes del sistema, establecer relaciones entre ellos para comprender el
funcionamiento general del sistema.
Subsistemas y suprasistemas: Un sistema puede formar parte de otro de mayor complejidad,
convirtiéndose así en un subsistema de este; de igual forma el sistema más complejo sería el
suprasistema del más simple.
Ámbito o Ambiente: Es el entorno o espacio en el que existe el sistema.
Intercambio: La existencia del ámbito y el hecho de formar parte de sistemas de mayor jerarquía y
complejidad origina relaciones de intercambio entre el ambiente, el resto de los componentes del
suprasistema y el sistema mismo.
Equilibrio: Los sistemas deben tener la capacidad de adaptarse a las perturbaciones externas a
través de oscilaciones en su comportamiento y mantener cierto equilibrio o estabilidad entre sus
componentes, en caso contrario estas perturbaciones causarán desorden dentro del sistema, al
grado de desorden de un sistema se le conoce como “entropía”, y mientras mayor sea esta mayor
es el riego de “muerte” o desaparición del sistema.
Evolución: Todo sistema pasa por etapas sucesivas de estabilidad y desequilibrio que le permiten
presentar capacidad evolutiva como una consecuencia enfrentar el desequilibrio así como también
del intercambio continuo de información con su ámbito.
Tomando en cuenta lo antes expuesto se puede decir que la Tierra es un sistema, ya que está formada
por un conjunto de elementos, los cuales están representados en las distintas geósferas del planeta
(atmósfera, litósfera, hidrósfera y biósfera). Es evidente que existe una interacción entre las geósferas, un
ejemplo de esto lo tenemos en el ciclo de agua, durante el cual el agua líquida y la emanada por los seres vivos
a través de la respiración y transpiración sube a la atmósfera para luego condensarse y regresar como lluvia; o
el proceso de modelado del relieve a través de la erosión tanto eólica como hidráulica.
Tal como se explicó anteriormente los sistemas suelen estar contenidos por los llamados
suprasistemas, los cuales son más complejo y amplios; en el caso de la Tierra podemos decir que forma parte
del Sistema Solar, el cual a su vez es parte de la galaxia Vía Láctea, y esta última es un elemento del Universo
que sería el suprasistema que contiene todo lo que existe.
Origen del Universo
Todavía hay mucha discusión para establecer que desencadenó la génesis del Universo, sin embargo la
hipótesis más aceptada actualmente es la Teoría de la Gran Explosión o “Big-Bang” establecida
principalmente por el cosmólogo y físico teórico Stephen Hawking en el año de 1975, basado en lo planteado
por el físico ruso nacionalizado estadounidense George Gamow en 1948.
Esta teoría sostiene que en el inicio todo el universo estaba concentrado en un punto muy pequeño,
posiblemente más pequeño que un átomo, pero al mismo tiempo muy masivo y denso, un punto de gravedad
pura, donde las dimensiones del espacio-tiempo no se pueden determinar, llamado Singularidad Espaciotemporal. Hace aproximadamente 15 mil millones de años, esta singularidad estalló por efecto de un
desequilibrio interno (entropía); esto causó la expansión exponencial y acelerada del Universo; en estas
condiciones de altísima densidad y temperatura, el calor (una forma de energía) creó materia y, en esas
condiciones excepcionales, también cantidades equivalentes de antimateria, a medida que las temperaturas
descendieron la antimateria se destruyó al interactuar con la mayor parte de la materia, dejando solo una
pequeña cantidad residual que es la materia que existe hoy en día. Esta destrucción dejó una cantidad muy
grande de fotones de forma que el universo contiene mil millones de veces más fotones que todas las
partículas de materia juntas.
Una vez que la temperatura bajó por debajo de los mil millones de grados Celsius, las partículas
elementales o quarks hacen la transición a hadrones y estos constituyen los protones, electrones y neutrones
los cuales pudieron interactuar para formar átomos, y se diferenciaron las 4 fuerzas fundamentales
(electromagnética, gravitacional, nuclear fuerte y nuclear débil). De acuerdo con los cálculos matemáticos, casi
todos los neutrones se combinaron para formar helio, quedando libres los restantes protones para formar
hidrógeno, este proceso se llama Núcleo – síntesis Cosmológica . La razón por la que casi no se formaron
átomos más complejos es simple; la temperatura y la densidad disminuyeron tan rápido que no hubo energía
suficiente para que ocurrieran reacciones de síntesis más complicadas en cantidades apreciables.
Posteriormente y debido a la interacción gravitacional entre la materia existente se produce la fusión
nuclear de estos átomos livianos de hidrógeno y helio, produciéndose la Núcleo – síntesis Estelar, que dio
origen a las estrellas y galaxias.
Origen del Sistema Solar.
El Sistema Solar, ámbito del planeta Tierra, se halla a unos 33 años luz del centro de la galaxia espiral
Vía Láctea, en uno de los brazos de esta. En el centro del sistema se encuentra el Sol, una estrella cuya
atracción gravitacional rige los movimientos de la Tierra y los demás planetas.
Para intentar comprender el Sistema Solar, históricamente las teorías más antiguas datan del 4000 a.C,
de los pueblo mesopotámicos que creían que la Tierra era el centro del Universo; Aristóteles y Tolomeo
defendieron esta teoría Geocéntrica (centrada en la tierra). Alrededor de 1543, el astrónomo polaco Nicolás
Copérnico publica sus teorías sobre las revoluciones de los cuerpos celestes, proponiendo un modelo
Heliocéntrico (los planetas giran en órbitas circulares alrededor del Sol, el cual se encuentra en el centro del
Sistema Solar), esta idea encontró mucha oposición ya que el movimiento diario aparente del Sol pareciera
indicar que este se mueve alrededor de una Tierra fija. Posteriormente, el astrónomo alemán Johannes Kepler
respalda la teoría de Copérnico y por medio de sus tres leyes, establece que las órbitas de los cuerpos celestes
son elípticas, no circulares como se pensó inicialmente. También el científico italiano Galileo Galilei, valiéndose
de observaciones realizadas a través del telescopio de su invención apoya la teoría de Copérnico. En 1727, el
físico y matemático Isaac Newton, y basándose en las Leyes de Kepler y las Leyes Generales de del Movimiento
(posteriormente conocidas como Leyes de Newton), deduce la Ley de Gravitación Universal, estableciendo que
el movimiento de los astros se rige por estas leyes en todo el universo.
Existen varias teorías acerca del origen del Sistema Solar, sin embargo existe acuerdo en que inició su
formación aproximadamente hace 4600 millones de años. A continuación se presenta un resumen de las
principales teorías que intentan explicar su origen.
•
Hipótesis Nebular: Formulada por Emmanuel Kant en 1775 y respaldada en 1796 por Pierre Simon
Laplace. Sostiene que el Sol y los planetas se condensaron de una gran nube grumosa, una nebulosa
gaseosa en rotación, que se iba encogiendo bajo su propia atracción gravitacional. Esto originó
primero, un sol de extensa atmósfera, que por enfriamiento y contracción progresiva se concentró en
una esfera gaseosa. Posteriormente, a lo largo del ecuador de este sol primitivo, fueron formándose
anillos cada vez más pequeños, que por condensación alrededor de núcleos más densos, fueron
formando una serie de cuerpos separados que serían los planetas. Esta teoría ha sufrido refinamientos
y modificaciones pero sin cambiar su idea central.
•
Hipótesis Planetesimal: Propuesta en 1900 por Chamberlain y Moulton, según la cual los planetas se
formaron de materiales que fueron arrancados del Sol primitivo, cuando otra estrella pasó muy cerca
de él. El gas caliente arrancado giró rápidamente alrededor del sol, por un tiempo, luego se condensó
en partículas líquidas y sólidas (planetesimales), posteriormente colisionaron repetidamente y se
unieron para formar planetas. Esta hipótesis es poco probable ya que los gases calientes, al ser
separados de su estrella, suelen dispersarse en lugar de condensarse y solidificarse para formar
planetas.
•
Hipótesis de las Mareas: Desarrollada por Jeans y Jeffreys, también sugiere un encuentro cercano
entre el Sol primitivo y otra estrella, lo cual produjo una enorme “marea” en la superficie solar; el
material arrancado se rompió en secciones, cada una de las cuales se convirtió en un planeta, que
evolucionaron de una fase líquida a una fase sólida al enfriarse.
•
Teoría de la Nube de Polvo: Es la teoría más ampliamente aceptada, ya que explica la estructura,
composición y movimiento de los planetas. Sugiere que el sol se formó en el interior de un disco de gas
y polvo en rotación, una nebulosa solar, la parte principal de la nebulosa se condensó en la región
central y formó el Sol. En la periferia del disco se habrían formado los planetas; los más cercanos al Sol
habrían perdido la mayor parte de su envoltura gaseosa, principalmente hidrógeno y helio,
conservando núcleos rocosos fundidos. En el comienzo los planetas se encontraban en estado gaseoso,
de manera que pudieron expulsar anillos de los que se formaron sus satélites.
Aunque no hay un acuerdo acerca del origen del Sistema Solar, todas las teorías indican que la
formación del Sol y los planetas ocurrió a partir de una nube de gas y polvo cuya velocidad de rotación
aumentaba a medida que se contraía.
Elementos del Sistema Solar
El Sistema Solar, con el Sol en el centro, se compone de 8 planetas; más de 63 satélites o “lunas”; miles
de asteroides, planetas enanos y planetoides; una veintena de cometas e incontables meteoros.
Todos los planetas giran alrededor del sol en la misma dirección, casi en el mismo plano de la eclíptica,
además giran sobre sus respectivos ejes en el mismo sentido (este-oeste), a excepción de Venus que gira en
sentido contrario.
En orden de distancia al sol, los cuatro primeros planetas son Mercurio, Venus, Tierra y Marte,
conocidos como Planetas Interiores, formados por hierro y rocas, tienen escasa velocidad de rotación y pocos
satélites; están separados por el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter, del resto de los planetas
denominados exteriores, los cuales son Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, son planetas gaseosos, muy
grandes, de baja densidad, velocidad de rotación rápida y con gran número de satélites. Más allá de los
planetas exteriores se encuentran los llamados Objetos Transneptunianos, que no son más que asteroides,
cometas y planetas enanos, entre ellos Plutón; que orbitan el Sol formando la llamada Nube de Oort.
A continuación se presenta un cuadro comparativo de las principales características de los planetas del
Sistema Solar.
Mercurio
Venus
Tierra
Marte
Júpiter
Saturno
Urano
Neptuno
57,9
108,2
150
228
778,3
1427
2871
5909
88 días
225 días
687 días
11,87 años
29,49 años
84,01 años
164,8 años
59 días
244,3
días
24h,
37min
9h, 50min
10h,
14min
12h
16h
47,9
35
29,8
24,1
13,1
9,6
6,8
5,4
4880
12104
12756
6787
142800
120000
51800
49500
0,055
0,815
1
0,108
317,9
95,2
14,6
17,2
0,06
0,88
1
0,15
1316
755
87
57
Densidad en g/ml
5,4
5,2
5,5
3,9
1,3
0,7
1,2
1,7
Número de
satélites conocidos
0
0
1
2
16
20
15
8
Ninguno
Dióxido
de
Carbono
Nitrógeno,
Oxígeno
Distancia media
del sol, en millones
de Km
Período de
Traslación
Período de
Rotación
Velocidad de la
órbita (Km/s)
Diámetro
ecuatorial (Km)
Masa
(Tierra = 1)
Volumen
(Tierra = 1)
Componentes
atmosféricos
365,26
días
23h,
37min, 23
s
Dióxido
Hidrógeno, Hidrógeno,
de
Hidrógeno, Hidrógeno,
Helio,
Helio,
Carbono,
Helio
Helio
Metano
Metano
Nitrógeno