Download Vida en la Tierra

Vida en la Tierra
• ¿Milagro?
• Accidente?
• ¿Inevitable dadas las leyes de la naturaleza y la
química en las condiciones apropiadas?
• Principio de Mediocridad: No hay nada
terriblemente especial sobre las circunstancias
astronómicas, geológicas, físicas, y químicas de la
Tierra.
Premisa importante
EL Universo es homogéneo e isotrópico
.
• Las leyes de la naturaleza son iguales en todas
partes.
• Podemos aplicar lo aprendido en la Tierra a la via
en el espacio. Dadas las mismas circunstancias, la
vida se tendría que haber repetido en algún otro
lugar.
Ecuación de Drake
Frank
Drake
N = N*  fp  ne  fl  fi  fc  L
# de
civilizaciones
avanzadas con
las que
podemos
contactar
Ritmo de
formación
de
estrellas
de tipo
solar
# de
Fracción
planetas
de estrellas
tipo Tierra
con
por
planetas
sistema
Fracción
en la que
se
origina la
vida
Fracción
de
evolución
de la
inteligencia
Fracción que
llega a
comunicarse
Vida de
civilizaciones
avanzadas
Tal vez no debiéramos buscar
alienígenas
• Llevamos emitiendo nuestra presencia en la
Tierra desde hace 65 años.
• Actualmente, la Tierra emite más ondas de
radio que el Sol.
• Hay alguien viendo la TV ahí afuera?
• También han habido algunos mensajes
intencionales.
SETI
• Comunicaciones usando ondas de radio
– La Tierra ha estado emitiendo ondas de radio
durante este siglo
– Rango de longitud de onda para la
comunicación interestelar: 18–21 cm
• La búsqueda de SETI continua
– SETI
– http://www.seti.org
Voyager– el mensaje se ha enviado
Uno de…
Nosotros somos:
• 1 planeta de 9 en nuestro
Sistema Solar
• 1 sistema estelar de unas
100 mil millones de
estrellas en la Vía Láctea.
• 1 galaxia de las 100 mil
millones que se observan
en el Universo.
• En el Universo, el número de
estrellas es mayor que el de
los granos de arena en todas
las playas de la Tierra.
• Cada una de estas estrellas
podría tener planetas.
• ¿Es razonable pensar que la
vida sólo existe en la Tierra?
Para hacernos una idea de la escala de distancia en el
espacio, tomemos como referencia a nuestro Sistema
Solar.
• Si el Sol fuera del tamaño de un pomelo, la Tierra sería del
tamaño de la cabeza de un alfiler.
• La Tierra estaría a unos 25 metros del Sol. ¡ La Luna a unos 4
centímetros!
• Plutón estaría a unos 600 metros de distancia.
Viaje Interestelar
Las naves espaciales Voyager son los vehículos más
rápidos construidos por el ser humano. Sin embargo,
una de estas naves tardaría unos 100000 años en
llegar a algún sistema estelar cercano.
http://nssdc.gsfc.nasa.gov/photo_gallery/photogalleryspacecraft.html
¿Primer Contacto?
• Imaginemos que hay vida en
el sistema Alfa Centauri.
• Tardaríamos 100000 años en
llegar en una nave Voyager.
• Tardaríamos unos 8 años y
medio en mandar una señal de
radio y recibir una respuesta.
Elementos para la vida
• El Carbono es el elemento más importante de la
vida en la Tierra, seguido por el oxígeno y el
nitrógeno.
Definiendo la vida
Definir lo que es vida es muy complicado. Las
definiciones tradicionales de vida la describen como:
1.
2.
3.
4.
5.
Compuesta por moléculas orgánicas .
Intercambio de materia y energía
Reproducción
Capacidad para mutar– la descendencia no es
idéntica a los progenitores.
Sensibilidad al medio ambiente.
¿El Universo temprano?
• En el Universo temprano, los
primeros elementos en
formarse fueron el hidrógeno
(75%) y el helio (25%).
• Los cúmulos globulares
contienen las estrellas más
viejas de la Vía Láctea– entre
10 mil y 13000 millones de
años. ¿Deberíamos buscar
vida alrededor de estas
estrellas?
http://www.shef.ac.uk/physics/research/pa/DMintroduction-0397.html
¿De qué está hecha la Tierra?
• Poco hidrógeno y helio. Son menos del 0.1% de la
masa de la Tierra.
• La vida en la Tierra no requiere casi nada de Helio
y sólo necesita pequeñas cantidades de hidrógeno,
aparte del H del agua.
• Todos estos elementos se forman dentro de las
estrellas. Esto quiere decir que, para que la vida se
pueda desarrollar, necesitamos una segunda o
tercera generación de estrellas. Estos elementos no
se formaron en el Big Bang.
• “¡Somos polvo de estrellas!”
¿Qué son las galaxias?
• Son plantas gigantes de reciclaje separadas por
grandes distancias.
• La estrellas sólo nacen en galaxias de polvo y gas.
• Las estrellas convierten el hidrógeno en helio,y
después en elementos más pesados a través de la
fusoón durante millones o miles de millones de años.
• Las estrellas mueren y expulsan su material dentro de
la galaxia.
• Se forman nuevas estrellas,
• Crucial para el desarrollo de la vida!
Base química de la vida
• El humano medio tiene:
– 6 x 1027 átomos
– A lo largo de nuestra vida, 1012 átomos de Carbono 14
(14C) se “mueren”
– De los 90 elementos estables, unos 27 son esenciales
para la vida.
http://www.genesismission.org/science/mod2_aei/
Base Química de la Vida
• La vida en la Tierra es
mayoritariamente:
– 60% hidrógeno
– 25% oxígeno
– 10% carbono
– 2% nitrógeno
– Con algo de calcio,
fósforo y azufre.
– La corteza terrestre es:
– 47% oxígeno
– 28% silicio
Por número…
• El Universo y el Sistema
Solar son, sobre todo:
– 93% hidrógeno
– 6% helio
– 0.06% oxígeno
– 0.03% carbono
– 0.01% nitrógeno
Formación del sistema Tierra-luna
• colisión de la Tierra con un cuerpo del tamaño de Marte
• El núcleo del planeta se hundió en la Tierra
• La velocidad de rotación de la Tierra incrementó
• Los restos formaron la Luna
¿Es una buena hipótesis?
• La Tierra tiene un núcleo de
hierro ; sin embargo la Luna
no
– Los restos de la colisión
vinieron de las capas de roca
reducidas. El núcleo de
hierro del impactor se fundió
en el impacto y se fusionó
con el de la Tierra.
• La Luna carece de hierro.
¿Qué implica?
• Caliente, Caliente.... Aunque la teoría de
la Luna no fuese correcta, siguen habiendo
impactos
• Durante un impacto, un cuerpo libera
energía cinética y potencial gravitatorio.
• Además, los elementos radiactivos
calentaron la Tierra.
Estructura
• No todo el hierro se
hundió al centro
• El núcleo tiene dos
partes
• La temperatura y la
presión aumentan con
la profundidad.
Núcleo Interno
• Se mantiene en forma sólida debido a la
presión
• Alcanza temperaturas muy altas
• Compuesto mayoritariamente por hierro
(Fe)
• Podría estar rotando más rápido que el resto
del planeta.
Núcleo externo
• Capa líquida de la Tierra: la
presión no es lo
suficientemente grande
como para mantenerlo
sólido
• Mayoritariamente Hierro.
• Compuesto por líquido
muy caliente alrededor del
núcleo sólido– crea el
campo magnético de la
Tierra.
Manto
• Capa más grande de la Tierra: contiene la
lava y el magma
• Diferenciado del núcleo
• La temperatura aumenta con la profundidad
• Calentado desde abajo
Corteza
• Capa exterior de la Tierra (incluye los
océanos) que flota en el manto
• Mucho más fino y frío que las otras capas
• Rocosa y rota en unas 21 piezas
• Abundante agua y oxígeno
Reciclando Bioelementos
• El núcleo se mantiene caliente gracias a la
gravedad y a la relatividad.
• Esto permite una circulación permanente de
bioelementos a través del movimiento de las
placas.
• Puede que planetas que estén en formación
actualmente, que hay menos supernovas, no
tengan la radioactividad suficiente para
sostener movimientos de placas y volcanes
La Primera Atmósfera Terrestre
• El calor interno de la Tierra influenció en el
desarrollo de la atmósfera de la Tierra primitiva.
• Los gases del disco interior se escaparon y la
protoTierra no era lo suficientemente masiva para
capturarlos. Cualquier impacto hubiese volado la
atmósfera.
• Lo más `probable es que la protoTierra caliente
derritió el hielo de los granos de polvo que
componían la Tierra primitiva - (H2O), (CO2), y
(N2)– la primera atmósfera.
• El agua se condensó, formando los océanos, y
gran parte del CO2 se disolvió en los océanos en
sedimentos– como el carbonato de calcio
Nuestra atmósfera
• Las rocas anteriores a los 2
millones de años muestran que el
oxígeno en la atmósfera era
escasa, o puede que fuera
inexistente
• Composición actual: 78%
nitrógeno, 21% oxígeno, y algo
de agua, carbono, dióxido de
carbono…
• ¿De dónde vino el oxígeno?
• Fue producido por las
cianobacterias
– La vida en la Tierra modifica su
Este nuevo planeta
• Océanos y tierra firme
• Impactos de pequeños cuerpos: terminó hace 3800
millones de años
• Los impactos podrían haber esterilizado la joven
Tierra– Extinciones masivas y vaporización de
océanos.
• Los impactos y la actividad volcánica crearon los
continentes
• Poco oxígeno significa falta de capa de ozono– luz
ultravioleta en la superficie.
• Las descargas eléctricas, la radioactividad y el
calor geotermal proporcionaron la energía para las
reacciones químicas.
Agua
• El agua es la clave para la vida en la Tierra.
• Constituyente principal de la vida
• Es un buen disolvente
– Disuelve moléculas
– Debe estar en estado líquido, con lo cual tiene
que estar a unas ciertas condiciones de presión
y temperatura
• Si asumimos que toda la vida necesita agua,
estamos limitando los planetas que podrían
albergarla.
El agua como disolvente
• La molécula de agua es polar. Los átomos
de oxígeno tienen más energía negativa que
los de hidrógeno.
• De este modo, el agua atrae a otras
moléculas, las rodea y las disuelve.
El Agua
• Amortiguador de la temperatura
– Tiene que absorber una cantidad importante de
calor para cambiar de temperatura
– Cuando se evaporiza, se lleva el calor consigo,
enfriando el lugar donde estaba
• Flota.
– Buena propiedad para la vida en
el agua.
– Si fuese de otra forma, el agua se
congelaría desde abajo, acabando
con toda la vida del lugar.
– Al flotar, actúa de aislante de
temperatura..
Caliente, pero no demasiado
• ¿Qué controla la temperatura de un planeta?
– La cantidad de luz recibida por su estrella.
– La cantidad de energía reflejada por el planeta.
– Cualquier efecto invernadero del planeta..
• La distancia, teniendo en cuenta la
luminosidad de la estrella es lo que se llama
la zona de habitabilidad de la estrella, ya
que la temperatura de los planetas que se
encuentran en esta zona es adecuada para la
vida.
Factores de habitabilidad y vida
•
•
•
•
•
•
•
•
Distancia del Sol
Luminosidad del sol
Tamaño del planeta
Procesos de pérdida atmosférica
Efecto invernadero y gases en la atmósfera
Fuente de energía(interna/externa)
Presencia de agua
Presencia de biomoléculas de carbono
Zonas de habitabilidad
• Estrella de larga vida
• Planetas con órbitas estables
(temperaturas estables)
• Agua líquida
• Elementos pesados– C, N, O, etc.
• Protección de la radiación
ultravioleta
Zona de habitabilidad galáctica
• Igualmente, la
galaxia tiene zonas
mejor
condicionadas para
la vida.
• En el interior de la
galaxia hay
demasiadas
supernovas.
• En las regiones
exteriores hay
demasiados
metales
La variación del Sol
• Según envejece, el Sol se vuelve más brillante.
• Una Tierra joven hubiese sido como una bola
de hielo!
• Durante nuestras edades de hielo, el cambio de
temperatura no supera el 1%.
http://www.cherishclaire.com/iceball.htm
La variación del Sol
• Hay evidencia de que la
Tierra casi se congela hace
unos 2800 millones de años
y hace 700 millones de años
• La causa seguramente fue un
cambio en los gases
invernaderos
• Esto implica que la zona
habitable puede cambiar con
el tiempo.
http://www.soest.hawaii.edu/gerard/GG108/images/bylot.jpg
El papel de la vida
• La vida aumenta la
erosión de las rocas.
• J.E. Lovelock propuso
que la vida estabiliza la
temperatura de un
planeta
¿Optimismo?
• Carl Sagan dice que:
– Si Venus tuviese menos nubes, podría haber
sido un poco más frío…apto para la vida.
– Si Marte tuviese una atmósfera más densa, su
temperatura sería mayor, permitiendo la
existencia de vida.
¿Pesimismo?
• Sólo consideramos la temperatura, pero:
–
–
–
–
La gravedad
La presión atmosférica
El tamaño del cuerpo celeste
¿La vida necesita una luna? ¿Necesita mareas?
¿La Luna protege a la Tierra? ¿Necesitamos un
Júpiter?