el universo y la tierra - curso fisica ambiental
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EL UNIVERSO Y LA TIERRA ORLANDO ZÚÑIGA ESCOBAR, Ph.D
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EL UNIVERSO Y LA
TIERRA
ORLANDO ZÚÑIGA ESCOBAR, Ph.D
PATRONES DE TIEMPO, MASA Y LONGITUD
TIEMPO
Cambios climáticos a nivel mundial y origen del Universo
Últimas
heladas
Aparición de
los ILAMAS
(3000 años)
Acerca del origen de la vida
Tomado de: La Extraordinaria Historia de la Vida
Pier y Alberto Angela, 2000
Día: 1 de enero, hace 4000 millones de
años
•Grandes lluvias torrenciales cayendo
sobre la Tierra de hace millones de años.
•El Sol con anillos como los de Saturno
•En la Tierra volcanes en erupción y
ausencia de atmósfera
Acerca del origen de la vida
Día : 5 de enero, hace 3.800 millones de años
•Continúan lluvias torrenciales, no es posible encender fuego, aún no hay O2 en
la atmósfera.
•Los volcanes dotan a la Tierra de atmósfera formada de : N2, H2 y otros gases.
•Las lluvias continúan formando los océanos, las charcas y los lagos.
•La atmósfera terrestre para esta época está conformada de gases venenosos.
•Estos gases se trasforman para crear moléculas complejas gracias a las
descargas electromagnéticas de rayos y radiaciones ultravioletas.
•Estas reacciones componen la llamada “retorta de Miller”.
•En estas moléculas complejas hay aminoácidos que forman las proteínas.
•Este material orgánico que tiene origen en la atmósfera se acumula en los
mares formando el “caldo prebiótico”.
•La vida nace en la Tierra a partir de la presencia de compuestos químicos
primarios y de energías ambientales, no por reglas ligadas al puro azar.
Acerca del origen de la vida
Día: 14 de febrero, hace 3.500 millones de años
•Han pasado cerca de 500 millones de años. Nos sumergimos en aguas costeras.
•La vida bulle dentro del mar. Se agita ahora una multitud de actores ¿Quiénes
son?
•Son los más minúsculos y antiguos seres vivos aparecidos en nuestro planeta:
Los Procariotas (células procarióticas). Células con filamentos de ADN.
•Aparecen las algas verdiazules las cuales a partir de la fotosíntesis libera O2 en
el mar y en la atmósfera, haciendo posible la vida tal como la conocemos hoy.
•Los casi 3000 millones de años anteriores encierran simplemente la evolución
de las bacterias y protozoos.
Acerca del origen de la vida
Hacemos un gran salto de casi 3000 millones de años … Nos encontramos
en un día:
Hace 70 millones de años:
Nos encontramos con una especie de ardilla arborícola Purgatorius que en
opinión de muchos, podría haber sido el mamífero fundador de la línea evolutiva
que llevó a los primates y al hombre.
•El Purgatorius es contemporáneo de los
dinosaurios. Y dió origen aun nuevo
dominador de la Tierra. El Homo sapiens
sapiens.
•Según Haeckel, llevamos siempre en
nuestro interior el cerebro del reptil y del
antiguo mamífero, que cohabitan con la
corteza humana.
Acerca del origen de la vida
•Existe una sorprendente semejanza entre los cerebros de una tortuga (sexta
semana), una gallina (octavo día), un perro (sexta semana) y un ser humano
(octava semana).
Acerca del origen de la vida
Hace 10 millones de años:
•La fractura vertical del África
oriental provocó hace unos 10
millones de años una” división”
climática con implicaciones
evolutivas: en la sabana oeste
aparecieron gorilas y chimpancés y
en la sabana este: los homínidos
más antiguos: Australopitecus.
•Así por factores geoclimáticas se
bifurca la evolución: los grandes
simios y los homínidos.
Acerca del origen de la vida
Hace 3.7 millones de años: Los australopitecos: Laetoli, Lucy
Acerca del origen de la vida
Hace 2. 5 millones de años
•Los paleontólogos al medir
volúmenes de cráneos en un
espacio temporal de 2.5 millones de
años han constatado un aumento
progresivo del volumen:
Australopitecos, Homos habilis,
Homos erectus, sapiens y hombres
modernos.
•El estudio del genoma humano
plantea las similitudes entre el
hombre y el chimpancé. El hombre
es casi igual genéticamente al
chimpancé. Más semejante que un
caballo y una cebra. La semejanza
es casi del 99 %.
Acerca del origen de la vida
Hacemos otro salto…
Día: 31 de diciembre, a las 11.50 de la
noche hace 40.000 años.
•Faltan diez minutos para media noche.
en la sabana africana estamos en un
campamento de sapiens sapiens.
•Según los paleontólogos hace
30.000 años los sapiens sapiens
migraron de África a : Europa, a
Australia, a Japón a Siberia y a
América.
•Estos hombres de piel oscura se
diversificarán: Cambian el color de
la piel, de los ojos, del cabello. Pero
seguirán siendo sapiens sapiens.
Estructura de la Tierra
Estructura de la Tierra
MASA Y LONGITUD
Radio de la Tierra = 6.371 km
Masa de la Tierra = 6.14 x 1027 g = 6.14 x 1024 kg
Pozo petrolero = h = 9 km = 9000 m
Pozo agua subterránea = h = 400 m en el Valle del Cauca
Nivel freático = h = 6.7 m en UNIVALLE
Cálculo promedio de la densidad de la Tierra
Volumen de la Tierra = r3
= (6.3 x 103 km)3
= 1.08 x 1012 km3
3
4
3
4
LONGITUD
3m
kg
Estructura de la Tierra
tierra312
24
km 10 x 1.08
kg 10 x 6.14
v
m=
tierra = 5.68 3cm
g
tierra = 5.68 x 10123km
kg
El espesor de la corteza terrestre es
de unos 30 km, con una densidad
= 2.9 g/cm3 .
La región por debajo de la corteza se
llama el Manto y su densidad es
3.3 g/cm3
3cm
g
3cm
g
3cm
g
Estructura de la Tierra
Estructura de la Tierra
Estructura de la Tierra
La forma de la Tierra y la medición de la gravedad
Radio de la Tierra
Estructura de la Tierra
Acerca de la fuerza gravitacional
Tierra
2R
mM
Diferencia entre masa y peso
La Masa Inercial
Si se intenta cambiar el estado de movimiento de cualquier cuerpo, el cuerpo se
resistirá a este cambio. La resistencia de un cuerpo a un cambio en su estado de
movimiento se llama INERCIA.
Una vez en movimiento se requiere más esfuerzo para llevar la bola de acero
hasta el reposo.
MASA
•Termino que se empela para cuantificar la Inercia.
•Entre mayor sea la masa de un cuerpo, menor será su aceleración (menos
variación del estado de movimiento) bajo la acción de una fuerza aplicada.
•La masa es una propiedad inherente a un cuerpo y es independiente del medio
que lo rodea y del método aplicado para medirla.
PESO
El peso de un cuerpo es igual a la fuerza de la gravedad que actúa sobre él y varía
según su ubicación.
Fg = peso = m g
Sea una partícula de masa m en la superficie de la Tierra de masa M, se ejerce una
fuerza gravitacional:
Se cancela la masa a ambos lados:
Y tenemos entonces que:
F = G = peso = m g2R
mM
2R
MG = g
GP = G gravedad en el Polo GE = G gravedad en el Ecuador2Rp
M2
ER
M
Y puesto que RE > Rp gp > gE
Fpeso E = m gE Fpeso p = m gp
Ejemplo: ¿Cuál será el peso en la Luna de un hombre que en la Tierra pesa
686 N?
gL = 1.75 m/s2, gT= 9.8 m/s2
Peso en la Tierra = m gT = 686 kg m/s2 (1)
Peso en la Luna = m gL (2)
De (1) tenemos: m = = = 70 kgTg
erraPesoenlaTi2
2
/8.9
686
sm
smkg
Reemplazando en (2):
Peso en la Luna = m gL = 70 kg * 1.75 m/s2 = 122.5 kg m/s2
En la Tierra pesa 686 N y en la Luna pesa 122.5 N
Primera Ley de Newton: Inercia, Newton 1640 – 1724
Según Aristóteles 384 – 322 AC: Si no hay
fuerza, no hay movimiento
Hasta el siglo XIV: como no existe una fuerza
tan grande que pueda mover la Tierra----la
Tierra no se mueve---- visión geocentrista del
Universo.
Galileo 1570 – 1640: No se requiere una
fuerza para que un objeto se mantenga en
movimiento. Sólo cuando hay fricción se
requiere una fuerza para mantener el objeto en
movimiento.
En ausencia de fricción, lo natural es que un
objeto continué en movimiento.
Todo objeto presenta resistencia al cambio en
su estado de movimiento. Esto lo llamó
Fricción---------------- visión Heliocentrista.
En el espacio vacío del sistema solar no
hay fricción, por lo que la Tierra se desplaza
alrededor del sol sin perder rapidez.
Newton 1640 – 1724 – último renacentista:
Se requiere una fuerza para superar la
fricción. Una vez que un objeto se halla en
movimiento libre de fuerzas, seguirá
moviéndose en línea recta por un tiempo
indefinido.
Primera Ley de Newton: Inercia, Newton 1640 – 1724
La cultura Maya tenia una visión Heliocentrista:
para ellos la Tierra se movía.
Segunda Ley de Newton
La aceleración que se produce cuando movemos un objeto grande depende no
sólo de la fuerza con la que la empujemos sino además de la masa de objeto.
2s
m
kg
N
masa
stentefuerzaresia
•si se duplica la fuerza, se duplica también a
•Si se duplica la masa, entonces la aceleración se reducirá a la mitad
Si se duplica la fuerza F y se duplica la masa, la aceleración no cambia:
am
f
2
1
2
am
f
2
2
Experimento de Galileo en Pisa: Caída Libre
•Galileo demostró que todos los objetos que caen
experimentan la misma aceleración sin interesar su
masa.
•Esto es estrictamente cierto si la resistencia del
aire es insignificante, es decir, si los objetos están
en caída libre.
•Aristóteles decía que un objeto que pesa diez
veces más que otro, deberá caer diez veces más
aprisa que el objeto más ligero.
•Galileo no supo explicar porque las aceleraciones eran iguales.
•La segunda ley de Newton nos dice que debemos tener en cuenta la masa del
objeto.
Una fuerza diez veces mayor que actúa sobre una masa diez veces más
grande, produce la misma aceleración que la fuerza, más pequeña que se
ejerce sobre la masa más pequeña:
M
F
m
f
Ejemplo: Un saco de masa M y peso P. Una pinza de masa m y peso p:
pinzaSaco
m
p
M
P
= g
La aceleración es igual para ambos. Lo uno
compensa lo otro!!!
Ejemplo numérico:
El peso de una piedra de 1 kg es 9.8 N en la superficie de la Tierra, donde el
peso de una bala de cañón es 10 kg es de 98 N.
En la luna no existe aire capaz de ocasionar fricción. Un martillo y una pluma caen
al mismo tiempo. Experimento del astronauta David Scott.
Características de otras fuerzas
Características de otras fuerzas
Características de otras fuerzas
Escala de tiempo: Big bang - Origen de la tierra
Big-bang
Quarks
Electrones
Neutrinos
Protones
Neutrones
Núcleos de
átomos:
2H, He, Li, Be
Supleción
producc. He
y otros
Núcleo de
átomos:
H, He, O, C
Nacimiento
estrellas
Inicio
galaxias
Muerte
estrellas
Primeros
organismos
vivos
Organismos
más
complejos
Ser
humano
10-34 segundos 10-10 segundos 100 segundos
Pocas horas
100
millones
de años
1 millón
de años1 millón
de años
3800
millones
de años
Evolución del universo
Formación de cordilleras en Colombia: Fuerzas litostáticas
Formación de la Cordillera Central:
La primera cordillera en formarse en Colombia es la Central (250 millones
de años) a partir del choque tectónico entre la placa marítima y la
continental.
Después se origina la Cordillera Oriental (100 millones de años) resultado
del choque tectónico de la placa de la Cordillera Central y el precámbrico de
Venezuela.
Formación de la Cordillera Oriental:
Finalmente se origina la Cordillera Occidental (50 millones de años)
resultado de la dinámica de la Placa Marítima del Pacífico y el flanco
occidental de la Cordillera Central. Así se origina el valle geográfico del río
Cauca.
Formación de la Cordillera Occidental:
Geología - Valle del Cauca
Ultra mafico de Bolivar:
Esta unidad aflora
formando las estribaciones
orientales de la cordillera
occidental . Instruido
dentro de los basaltos y
doleritas del grupo
diabasico.
El ultra mafico de Bolívar consiste en secuencias de pyroxenos con
porcentajes de peso de 41 % de MgO y 18 % de FeO en los 0livinos.
Mapa geológico del Valle del Cauca
Mapa tectónico del Valle del Cauca
Geología – Santiago de Cali
Municipio de Cali
Las rocas según su origen
Las rocas son cuerpos inorgánicos formados por agregados minerales.
De acuerdo a su origen las rocas se clasifican en
Ígneas, Sedimentarias y Metamórficas.
Ígneas
Llamadas también magnetitas: materiales
que estuvieron antes a partir de una
sustancia ígneas – fluidas: Magma
Fusión
Magma Rocas ígneas
Altas temperaturas
Los materiales de estas rocas han
ascendido hacia capas externas. Ejemplo:
Granito, Diorita, Gabro, Diabasas.
Las rocas según su origen
Rocas Sedimentarias
Llamadas también estractificadas, son las rocas que se han formado en la
superficie de la Tierra, que resultan de la acción de los agentes erosivos y del
transporte de agentes físico - químicos.
Ejemplo de estas rocas son las arenas, piedra arenisca, arcillas, dolomitas,
carbones minerales, calizas (sedimentarias).
Rocas Metamórficas
Surgidas por modificación de rocas ígneas o sedimentarias en procesos llamados
Orogénicos (recristalización a altas temperaturas y presiones). Por ejemplo el lento
hundimiento de geosinclinales. Ejemplo de estas rocas son las cordilleras
Las rocas según su origen
Las rocas son sometidas a nuevas presiones y temperaturas, a un cambio de
sus condiciones de equilibrio termodinámico que origina una recristalización, es
decir la formación de nuevos minerales y estructuras dando lugar a un nuevo
tipo de rocas: Metamórficas.
Un ejemplo de estas rocas es la formación de mármoles a partir de las calizas:
Ejemplo: minas de Payandé, Tolima.
Muchas Gracias ….
