TEMA I: INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE CIENCIAS DE LA TIERRA

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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.

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Características generales de los Sistemas:

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

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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 Espacio-temporal. 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

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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.

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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

Distancia media del sol, en millones de Km

57,9 108,2 150 228 778,3 1427 2871 5909

Período de

Traslación 88 días 225 días

365,26

días 687 días 11,87 años 29,49 años 84,01 años 164,8 años Período de Rotación 59 días 244,3 días 23h, 37min, 23 s 24h, 37min 9h, 50min 10h, 14min 12h 16h Velocidad de la órbita (Km/s) 47,9 35 29,8 24,1 13,1 9,6 6,8 5,4 Diámetro ecuatorial (Km) 4880 12104 12756 6787 142800 120000 51800 49500 Masa (Tierra = 1) 0,055 0,815 1 0,108 317,9 95,2 14,6 17,2 Volumen (Tierra = 1) 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 Componentes atmosféricos Ninguno Dióxido de Carbono Nitrógeno, Oxígeno Dióxido de Carbono, Nitrógeno Hidrógeno, Helio Hidrógeno, Helio Hidrógeno, Helio, Metano Hidrógeno, Helio, Metano

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