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EL PLANETA TIERRA Y SU ESTUDIO
¿QUÉ ES LA GEOLOGÍA Y CUÁL ES SU
IMPORTANCIA?
• La Geología estudia la estructura y la historia
de la Tierra. Es una ciencia empírica e
histórica.
• ¿Qué importancia tiene la Geología en la
sociedad actual? Buscar campos de la
actividad humana en los que interviene la
Geología e indicar qué especialidad está
implicada.
• Localización y extracción
de recursos geológicos.
• Obras públicas y
construcción.
• Localización y gestión del
agua.
• Gestión de residuos.
• Protección de suelos.
• Prevención y reducción
de riesgos.
• Conocimiento de la Tierra
en el pasado.
• Cartografía geológica,
Geología del petróleo,
Petrología, Mineralogía.
• Geotecnia, Geología
estructural.
• Hidrogeología.
• Ingeniería geológica.
• Edafología.
• Geodinámica, Geofísica,
Geomorfología.
• Paleontología,
Estratigrafía,
Sedimentología.
PROPUESTA DE TRABAJOS VOLUNTARIOS:
• Captura y almacenamiento de dióxido de carbono.
• Vigilancia de la actividad volcánica.
• Las “tierras raras”. Minerales en tu móvil.
• Minerales críticos y minerales estratégicos.
• El fósforo y la producción de alimentos.
• Los minerales industriales en la vida cotidiana.
• El fracking.
• Almacenamiento geológico de residuos radiactivos.
• El ATC de Villar de Cañas.
Se recomienda hablar con el profesor antes de comenzar
el trabajo.
¿CÓMO ES EL TRABAJO DE LOS
GEÓLOGOS?
• Son científicos, por lo que operan conforme a la
metodología científica.
• El principio del actualismo: “el presente es la
clave para la interpretación del pasado.”
• Muchos fenómenos geológicos no son
reproducibles en un laboratorio por las
magnitudes que entran en juego y por su
duración (el tiempo geológico).
• Muchos fenómenos geológicos son inaccesibles a
la observación directa.
• La información sobre los procesos geológicos que han
tenido lugar en el pasado se encuentra en las rocas.
• Utilizan una gran variedad de procedimientos de
investigación:
– El trabajo de campo, procedimiento básico.
– La experimentación en el laboratorio.
– El trabajo de gabinete.
• Instrumentos de trabajo del geólogo.
LA TIERRA Y EL SISTEMA SOLAR
• Llamamos Sistema Solar al conjunto de
cuerpos (planetas, asteroides y cometas) que
giran en torno al Sol describiendo trayectorias
cerradas (órbitas).
EL SOL
• El Sol es una estrella de tamaño medio
perteneciente a la categoría de enana amarilla.
• Reúne el 99,87 % de la masa del sistema solar.
• Su energía procede de reacciones nucleares de
fusión que transforman hidrógeno en helio.
• Permanecerá en este estado consumiendo
hidrógeno otros 4 a 5000 M.A.
• Su temperatura en el núcleo es de 15 millones
de grados Kelvin.
CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA SOLAR
• Se exponen a continuación las características
principales del Sistema Solar.
• Dichas características deberían de ser
explicadas por una teoría sobre el origen del
Sistema Solar.
• Los planetas recorren órbitas casi circulares y
coplanarias entre si y con el ecuador del Sol.
Ángulos medidos respecto al plano de la eclíptica.
• El Sol y los planetas giran en el mismo sentido, y los
planetas giran alrededor del Sol mucho más deprisa
que éste sobre sí mismo: casi todo el momento
angular del Sistema Solar está en los planetas.
Analiza la siguiente gráfica y saca tus conclusiones.
AU (UA en español): unidades astronómicas; 1 UA equivale a la distancia
media entre el Sol y la Tierra (149.597.870.700 km).
La velocidad orbital de los planetas es tanto menor
cuanto mayor es su distancia al Sol.
Velocidades orbitales de los planetas del SS y del cometa Halley
en km/s.
¿Qué forma tiene la órbita de la Tierra?
¿Qué es el afelio? ¿Y el perihelio?
¿Cómo debería ser la velocidad orbital en el afelio?
- mayor
- menor
- igual
LAS LEYES DE KEPLER
Primera: las órbitas de los planetas son elipses que presentan una pequeña
excentricidad y en donde el Sol se encuentra en uno de sus focos.
Segunda: el vector que une al Sol con el planeta barre áreas iguales en tiempos
iguales.
Debido a que las órbitas de los planetas son elípticas
la velocidad a la que estos las recorren no es constante,
sino que es mayor cuando están más cerca del Sol y
viceversa.
• Las distancias de los planetas al Sol siguen una
sucesión numérica, la “ley de Bode”.
Para el sistema solar la distancia de los planetas al Sol en UAs es, según esta ley:
a=0,4+(0,3×k)
donde k = 0, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128...
Las distancias de los planetas calculados por la ley de Bode comparadas con las reales son:
Planeta
Mercurio
Venus
Tierra
Marte
Ceres
Júpiter
Saturno
Urano
Neptuno
Plutón
k
0
1
2
4
8
16
32
64
128
256
Distancia ley T-B
0,4
0,7
1,0
1,6
2,8
5,2
10,0
19,6
38.8
77.2
Distancia real
0,39
0,72
1,00
1,52
2,77
5,20
9,54
19,2
30,06
39,44
Error %
2,5%
2,78%
0%
5,3%
1,1%
0%
4.8%
2%
29.08%
95.75%
Trabajo voluntario: buscar información sobre Ceres y su descubrimiento.
La “ley de Bode” falla para Neptuno.
La “ley de Bode” se cumple para los satélites de Júpiter y de Urano.
William Herschel descubre Urano en 1781, confirmando la “ley de Bode”
sólo 3 años después de su publicación.
Faltaba el quinto planeta, entre Marte y Júpiter. Bode impulsó su búsqueda y
en 1801 Piazzi descubrió Ceres, el primero de los asteroides que se encuentra
entre Marte y Júpiter en el lugar predicho por la “ley de Bode”.
Actualmente Ceres es considerado un planeta enano.
• Existe un cinturón de asteroides entre las órbitas de
Marte y Júpiter que corresponde a un hueco en la
regla de Bode. Se interpreta como el residuo rocoso
de un planeta que no llegó a formarse a causa de la
influencia gravitatoria de Júpiter.
• La mayoría de los planetas tienen rotaciones en el
mismo sentido que sus revoluciones. Los ejes de
rotación tienden a ser perpendiculares al plano
orbital.
Salvo Venus y Urano, todos los planetas tienen rotaciones directas.
Los periodos de rotación de los planetas son anárquicos.
La causa son las atracciones gravitatorias entre cuerpos próximos o
efecto de marea.
• Los planetas interiores son pequeños y densos, mientras
que los exteriores son grandes y menos densos.
• Todos los cuerpos planetarios (salvo Io) presentan
huellas de impactos con cuerpos de hasta un
centenar de kilómetros de diámetro.
• Los asteroides son restos de la formación del sistema
solar más de 10 m de diámetro. La mayoría se encuentra
en el cinturón comprendido entre Marte y Júpiter. Su
masa total es inferior a la de la Luna.
• Los cometas se encuentran en los confines del Sistema
Solar en una gigantesca envoltura compuesta por la Nube
de Oort y el Cinturón de Kuiper.
Distancia del Sol al Cinturón de Kuiper:
entre 30 UA y 12.000 UA (la capa
exterior del Cinturón de Kuiper limita
con la capa interior de la Nube de
Oort). (En la imagen se ha
representado
en
color
rojo.)
Distancia del Sol a la Nube de Oort:
entre 12.000 y 150.000 UA (la capa
exterior de la nube de Oort, al
contrario que la del cinturón de Kuiper,
es bastante irregular, debido a que el
dominio gravitatorio del Sol es menor
en las direcciones de estrellas
cercanas). (En la imagen se ha
representado
en
color
azul.)
Distancia media de la Tierra a Plutón:
40
UA
Distancia de la Tierra a la estrella más
cercana: aproximadamente 275.000
UA.
1 UA = 150 millones de km (distancia
media de la Tierra al Sol).
e= excentricidad
• Los meteoritos son fragmentos de menos de 10 m
que no se desintegran a su paso por la atmósfera y
alcanzan la superficie terrestre.
• La mayoría son fragmentos de asteroides
procedentes del cinturón principal. También pueden
ser fragmentos de cometas o de origen lunar o
marciano.
• Se pueden clasificar en:
– Rocosos
– Ferrosos de tipo rocoso
– Ferrosos
(86%)
(8%)
(1%)
(5%)
Las condritas se consideran representativas de la materia que había en el
Sistema Solar antes de que se formaran los planetas.
Tienen una edad de 4.550 M.A.
Un tipo de condritas, las condritas carbonáceas contienen un 12 % de agua
y un 5 % de carbono, por lo que su análisis es clave para entender el origen
de los océanos y de la vida en la Tierra.
• Entre 5 y 300 toneladas de materia extraterrestre
que cae cada día a la Tierra.
Meteoros brillantes observados entre 1994 y 2013.
(556: 255 de día y 301 de noche)
Meteorites are left-overs from the formation
of the solar system. While Earth rock has been
reprocessed by geological forces over many
eons, most meteorites have never experienced
any reprocessing and are just as they were
when the solar system was formed. By
examining a meteorite, we are looking at the
chemical composition of the solar system as it
was being born.
A few meteorites come to us from the Moon
or other planets, such as Mars. When you are
holding a piece of martian meteorite in your
hand, you are holding an actual real piece of
the red planet. By studying these kinds of
meteorites, we learn about the geology and
atmospheres of other planets at long ago
times, when the meteorite was chipped off the
planet.
ORIGEN DEL SISTEMA SOLAR
• Una teoría sobre el origen del Sistema Solar debería
explicar las características principales expuestas en el
bloque anterior.
• El Sol y los planetas se han generado conjuntamente.
El hecho de que el Sol y los planetas compartan
características mecánicas comunes apunta a un
origen conjunto.
• En las zonas de la galaxia donde están naciendo
estrellas se encuentran siempre nubes de gas y polvo
(nebulosas) calientes, que emiten su energía en la
banda del infrarrojo del espectro.
• Las nebulosas son regiones del medio interestelar
constituidas por gases (principalmente hidrógeno y
helio) además de elementos químicos en forma de
polvo cósmico.
Nebulosa de Orión, la región de nacimiento
estelar más cercana (1500 años luz). (Hubble
Space Telescope)
En el centro de la Nebulosa de Orión se encuentra el Cúmulo del Trapecio de Orión.
A la izquierda en luz visible y en luz infrarroja a la derecha.
Aproximadamente la mitad de las estrellas tienen discos protoplanetarios.
• El estudio del espectro de algunas nebulosas revela
que contienen hielo y silicatos, dos componentes
básicos de los planetas.
• Las nebulosas son millones de veces más grandes
que el Sistema Solar.
• Presentan zonas cuya densidad es demasiado alta
para que sean estables por lo que su evolución
inevitable les llevará al colapso gravitatorio.
• El colapso gravitatorio tiene dos consecuencias
físicas:
– El aumento de la temperatura, especialmente en
el centro donde la densidad es mayor.
– Los componentes giratorios del movimiento de las
partículas tienden a incrementarse al disminuir la
distancia al centro de gravedad: la nube caótica se
transforma en un remolino con un centro muy
caliente.
• Si la masa que se concentra en la zona central es
suficiente, la temperatura superará los 10 millones de
grados y se iniciarán las reacciones termonucleares
propias de las estrellas (H+H = He + E).
• Existen discos de partículas en torno a
estrellas muy jóvenes.
Distintos discos protoplanetarios fotografiados por el telescopio
espacial Hubble en la nebulosa de Orión.
Disco protoplanetario de la joven estrella HL Tauri
(Observatorio ALMA en Chile)
• La estrella recién formada emite un fuerte viento
solar que vaporiza los materiales de su cercanía.
• En las zonas próximas a la estrella se pudieron
condensar los materiales más refractarios (hierro y
silicatos), mientras que en las más alejadas lo
hicieron también los materiales más volátiles (agua,
amoniaco, metano).
• Los planetas pequeños y densos y los
asteroides se habrían formado por un
procesos de acreción de planetesimales que
se fueron uniendo por choques de baja
energía, formando cuerpos planetarios cada
vez más grandes (teoría de los planetesimales
de Weizsäker- Kuiper).
• La formación de los planetas exteriores, desde
Júpiter hasta Neptuno debió de ocurrir de
forma similar a como se formó el Sol, o sea,
por colapso gravitatorio de una pequeña
masa nebular (arrastrada por el viento solar
inicial hasta esa zona del Sistema Solar).
• Durante el proceso de acreción planetaria tuvo que
producirse otro acontecimiento primordial, la
diferenciación en capas.
• Los planetas interiores se formaron por acreción de
planetesimales de igual composición (hierro y
silicatos).
• Los cuerpos planetarios en formación debieron
alcanzar una elevada temperatura debido a varios
procesos:
– Impacto de grandes planetesimales
– Desintegración de isótopos radiactivos
• A favor de estos procesos los protoplanetas internos
se fundieron parcialmente: en la Tierra se produjo la
diferenciación gravitacional del núcleo.