Nuestro lugar en el Universo

INDICE

Introducción histórica La teoría del Big-Bang Composición y estructura

del Universo La Vía Láctea y el

Sistema Solar

INTRODUCCIÓN HISTÓRICA

ANTIGÜEDAD:• Sumerios (4000 aC)

calendario agrícola• Egipcios, mayas, chinos….• Grecia clásica. Aristóteles y

Ptolomeo (s IV-II a.c): Modelo Geocéntrico

RENACIMIENTO• XVI Copérnico : Teoría

heliocéntrica.• XVII Galileo Galilei: La Tierra gira

alrededor del Sol.

INTRODUCCIÓN HISTÓRICA

• Kepler: Leyes de Kepler del movimiento planetario

• Isaac Newton: Ley de la Gravitación Universal.

SIGLO XX• 1915 Albert Einsten:

Teoría general de la Relatividad.

• George Gamow: Teoría Big-Bang.

INTRODUCCIÓN HISTÓRICA

BIG- BANG

Tpo 0 (hace 13700 m.a): Explosión del Huevo cósmico que libera E y materia

Tpo 3000 años: Constitución de partículas elementales: H y He Tpo 400 m.a : Por gravedad los átomos se concentran en nubes de

materia que generan: Galaxias Estrellas Planetas

Cuerpos celestes

Según la teoría del Big Bang, el Universo se originó en una singularidad espaciotemporal de densidad infinita. El espacio se ha expandido desde entonces, por lo que los objetos astrofísicos se han alejado unos respecto a otros.

BIG- BANG

PRUEBAS DEL BIG-BANG

1. Vesto Slipher (sxx). Al analizar el espectro luminoso de galaxias lejanas, vio que las ondas sufrían un alargamiento hacia el rojo, por lo que se alejan.Efecto Doppler. Cuando una fuente de ondas se acerca, recibes más cantidad de ondas por unidad de tiempo (frecuencia), si se aleja, recibes menos. La luz de una galaxia acercándose nos llegaría azul, la que se aleja nos llega roja.Las galaxias se van separando y a la vez se van enfriando.

2. Arno Pezias y Robert Wilson (1965), descubrieron la radiación cósmica de fondo (eco luminoso del Big Bang).

3. El 25 % del Universo es He, imposible de generar a partir de las estrellas.

BIG- BANG

Tanto el espacio como el tiempo fueron creados en elmomento de la explosión, hace unos 15000 ma, y laexpansión todavía continua. La evolución que se espera depende de 2 variables, gravedad (G) y velocidad de Expansión (V).

1. si G>V llegará un momento en que se frenará la expansión y el proceso se invertirá, provocándose un colapso conocido como Big-Crunch.

2. Si G=V el universo permanecerá estacionario3. Si G<V llegará un momento que la materia sea incapaz de

sujetar a sus componentes y sucederá el Big Rip ( gran desgarramiento).

……Todo depende de la cantidad de materia que tenga el universo

¿Cuál es el futuro?

COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DEL UNIVERSO

Composición química:75% H, 25 % He y 5% de otros elementos (Li, Be, etc.)Origen de los elementos: Big-Bang, estrellas y Supernovas

El Universo contiene:10% Materia visible (nebulosas, galaxias, planetas, estrellas, etc)90% Materia invisible : detectada por atracción gravitatoria

EL NACIMIENTO DE UNA ESTRELLA

Las estrellas nacen de las nubes de gas y polvo formadas por H.

Actúan fuerzas:• De contracción (atracción gravitatoria)• De dispersión (fuerza centrífuga y energía interna de la nube

por choques)

Si las fuerzas de dispersión son más grandes la nube se deshace

Si las fuerzas de contracción son mayores se produce el colapso

gravitatorio uniéndose materia al núcleo y formando una

PROTOESTRELLA. El núcleo atrae más materia, elevando su presión

y temperatura. La energía gravitatoria se transforma en temperatura y

radiación generando la luminosidad característica de cada estrella

EVOLUCIÓN DE UNA ESTRELLA

La energía que hace “vivir” a una estrellaprocede de las reacciones termonucleares defusión. Dos átomos de H se fusionan para darun átomo de He y generan luz y calor (masa yenergía)

MUERTE DE UNA ESTRELLA

Si la masa < 1,4 la masa Sol: quema todo el He se enfría palidece y muere.

Si la masa > 4-8 masa Sol: continúan formándose sucesivamente elementos cada vez más pesados como C, Ne, Mg, O, Si, S, P, Fe…..

Cada vez que se agota un elemento, la estrella se contrae, eleva la

temperatura y quema el producto de la fusión anterior para generar otro. Con

el Fe termina pues su fusión no desprende E. La estrella se contrae

produciendo el colapso (IMPLOSIÓN). Se forma una onda de choque que

atraviesa toda la estrella generando una violenta explosión llamada

SUPERNOVA. Esta disemina por el espacio los elementos que había en la

estrella.

Composición del SolEspectro de absorción

El espectro solar mostró una serie de líneas negras (discontinuidades de la luz blanca) que al ser comparadas con los espectros de los diversos elementos químicos permitió identificar la composición del Sol

Joseph von Fraunhofer (Straubing, 6 de marzo de 1787 - Múnich, 7 de junio 1826) fue un astrónomo, óptico y físico alemán

VÍA LACTEA: EL SISTEMA SOLAR

LA VÍA LÁCTEA

Galaxia Espiral

Diámetro=100.000 al

Ancho o grosor = 25.000 al

Brazo del Cisne

Brazo de Perseo

Brazo del Sagitario

Brazo de Orión (S. Solar)

TEORÍAS QUE EXPLICAN EL ORÍGEN DEL SISTEMA SOLAR

CATASTROFISTAS: proceso violento.• Buffon (1745): consecuencia del choque entre Sol y un cometa• (1905) Hipótesis planetesimal, una estrella pasó cerca del Sol

arrancando parte de la materia, que quedó girando alrededor del Sol, originando planetesimales y posteriormente planetas. Esta teoría quedó descartada por análisis matemáticos.

EVOLUTIVAS: proceso continuo y ordenado.• Laplace (1796). Hipótesis nebular: “nube de gas y polvo en lenta

rotación, por atracción gravitatoria fue contrayéndose y aumentando su velocidad. Núcleo central se condensó en un protosol, al exterior por la fuerza centrífuga se expulsó un anillo de gas. Este proceso se repitió varias veces, y los anillos se condensaron en forma de planetas. En SXIX análisis matemáticos de Maxwel demostraron la imposibilidad de esta teoría.

• Ter Haar. Nube de gas y polvo en rotación cuyas partículas giran en órbitas elípticas con diferentes velocidades que generan remolinos y permiten la concentración de partículas para formar planetas.

• Hoyle ha mejorado esta teoría con la introducción de fuerzas magnéticas. Es la más aceptada hoy en día.

PLANETAS ENANOS Está en órbita alrededor del Sol. Tiene suficiente masa para que su propia gravedad haya superado la fuerza de cuerpo rígido, de

manera que adquiera un equilibrio hidrostático (forma casi esférica). No es un satélite de un planeta u otro cuerpo no estelar. No ha limpiado la vecindad de su órbita.

Nombre Ceres Plutón Eris Makemake Haumea

Imagen

Número del MPC

1 134340 136199 136472 136108

Región del Sistema Solar

Cinturón de asteroides

Cinturón de Kuiper

Disco disperso Cinturón de Kuiper

Cinturón de Kuiper

Diámetro (en km)

975×909 2306 ± 20 2400 ± 100 1300–1900 ~1400

Masa (en kg)comparado con

la Tierra

9,5×1020

0,00016~1,305×1022

0,0022

~1,5×1022(aprox.)

~4 × 1021 4,2 ± 0,1 × 1021

Existen otros en estudio:Caronte, Sedna, Orcus, Quaoar,etc..

Nuestro Planeta: La Tierra

ÍNDICE

Origen y evolución del planeta El interior terrestre:

- Estructura interna- Energía interna

Wegener: los continentes en movimiento- Teoría de la deriva continental- Pruebas de la Tª de la deriva continental.

Tectónica de placas: la litosfera en movimiento.

Origen y Evolución del Planeta

4500 m.a. Tierra en estado de fusión por choques de planetesimales.

Distribución de los materiales en capas según su densidad.

Enfriamiento Corteza que mantuvo en el interior del planeta a toda la energía (Energía Interna).

EL INTERIOR TERRESTRE: ESTRUCTURA INTERNA

Se conoce gracias a métodos de estudio directos e indirectos; principalmente a través del MÉTODO SÍSMICO (indirecto).

LA CORTEZA TERRESTRE Corteza continental (40- 70km)

• Composición: exterior granítica, profunda basáltica.• Extensión: continentes + plataforma continental

Corteza oceánica (7 km)• Composición basáltica. Rocas más jóvenes y más densas

Obtenemos datos por el estudio de las ondas sísmicas.¿Cómo se explica?1. La elevación de las montañas2. La existencia de fósiles marinos a altas

cotas3. La aparición de fallas kilométricas

Energía Interna del Planeta

Principios del XX: origen radiactivo

Origen actual: calor interno acumulado durante el proceso de formación del planeta.

Corrientes de Convección Manto Mvto Placas y Vulcanismo.

Wegener: Los Continentes en Movimiento

1915 “El Origen de los continentes y océanos”

Teoría de la Deriva continental que daría lugar a la actual Teoría de la Tectónica de

placas.

Pruebas Paleontológicas, Geográficas, Geológicas, Paleomagnéticas y

Paleoclimáticas.

PRUEBAS BIOLÓGICAS- PALEONTOLÓGICAS

Distribución de ciertos grupos de especies. Explicación: Existencia de puentes continentales

PRUEBAS GEOGRÁFICAS

¿Por qué coinciden los bordes de los continentes?

PRUEBAS GEOLÓGICAS

Correspondencia entre estructuras geológicas a ambos lados del océano Atlántico:• Cadenas montañosas• Mineralogía• Yacimientos minerales ( carboníferos en regiones de clima muy frío)• Vestigios de actividad glaciar en Sudamérica, África, Australia y la India (zonas

tropicales o ecuatoriales)

PRUEBAS PALEOMAGNÉTICAS

En los fondos marinos, al emerger la lava en las dorsales, los minerales con elementos férricos se alinean con el polo Norte magnético.

Al estudiar el paleomagnetismo encerrado en las rocas, las orientaciones que daban eran incongruentes, a no ser que las masas de tierra se hubieran desplazado (nueva prueba de la deriva continental)

FORMACIÓN DE LOS OCÉANOS

Tras la 2ª Guerra Mundial se cartografió el fondo oceánico, descubriendo las dorsales. En el centro de las mismas hay una depresión central (valle de rift) y los sedimentos en esa zona son mínimos.

En los 70 Harry Hess planteó la hipótesis de la existencia de corrientes convectivas en el manto que ascendían en las dorsales, empujando la lava hacia fuera, y descendían en las fosas destruyendo corteza oceánica.

Tectónica de Placas: La litosfera en movimiento

Existen fuerzas en la Tierra que la someten a profundos cambios, esta fuerzas levantan y rasgan continentes. Terremotos y volcanes nos recuerdan que la Tierra no es estática.

TECTÓNICA DE PLACAS En 1968 se unieron las hipótesis de la deriva continental y la

expansión del fondo oceánico en una sola teoría de la tectónica de placas. Esta explica de manera completa aspectos geográficos, geológicos y sus causas.

La corteza terrestre está dividida en placas, cuyos límites son las dorsales, las fosas y las fallas transformantes, estas placas se mueven unas respecto a otras, están “flotando” sobre la astenosfera (parte superior del manto).

TIPOS DE PLACAS Y CAUSAS DEL MOVIMIENTO

Las placas están constituidas por las corteza terrestre más una porción del manto, el conjunto es la litosfera. Flotan sobre la astenosfera, que es plástica permitiendo así el movimiento de las placas. Se distinguen:

Placas grandes: africana, euroasiática, indoaustraliana, norteamericana, sudamericana, pacífica y antártica.

Placas medianas: Nazca, Caribe, Filipinas, Juan de Fuca, Cocos y Arábiga. Microplacas: como la Ibérica, explican procesos geológicos locales.

Causas del movimiento: Modelo 1.- Corrientes de convección. Modelo 2.- Arrastre de las placas. La placa que subduce es la que tira y genera el

movimiento. Modelo 3.-Empuje de placas. Es la lava que sale en las dorsales la que empuja a

las placas

CONTACTO ENTRE PLACAS

Las zonas de contacto entre placas sufren mayor actividad sísmica y volcánica. Hay tres tipos de contacto entre placas:1. Bordes divergentes.

Las placas se separan. Dorsales oceánicas.Tienen intensa actividad volcánica. (Kilimanjaro)

2. Bordes convergentes o destructivos. Las placas chocan. En función de las placas que choquen hay tres tipos:

A. Borde convergente entre placa oceánica y placa continental.La placa oceánica al ser más densa subduce. La fricción genera tensiones que se liberan como seísmos. La placa que se hunde se funde, generando actividad volcánica.

B. Borde convergente entre dos placas oceánicasSubduce la más densa que es la que está más alejada de la dorsal , la más antigua. Genera sismicidad y en algunos casos la aparición de arcos de islas.Fosas Marianas y arcos de islas pacíficos

C. Borde convergente entre dos placas continentalesEsta colisión se denomina obducción. Primero desaparece la corteza oceánica que separaba ambos continentes. Los sedimentos se comprimen, se eleva el terreno y se engrosa la corteza continental. (El Himalaya)

CONTACTO ENTRE PLACAS

3. Bordes transformantes. Deslizamiento entre placas con la misma dirección pero sentidos contrarios. No se crea ni se destruye corteza. El contacto es una falla transformante. (Dorsales y falla de san Andrés)

CONTACTO ENTRE PLACAS

EL ORIGEN DE LA VIDA Y LA EVOLUCIÓN

ÍNDICE

Características de los seres vivos. Definición de vida

Interpretaciones Históricas del origen de la vida. Aparición de la vida en la Tierra. Evolución celular Evolución de las especies: del Australophitecus

al Homo sapiens

Características de los seres vivos

Desde la antigüedad el hombre se ha cuestionado el origen de la vida.

Hoy día, aunque no existe una definición clara de ser vivo, se acepta que es todo aquel que posee dos características importantes

METABOLISMO E INFORMACION TRANSMISIBLE

Características de los seres vivos

Según la definición actual de vida, los virus no serían seres vivos, estarían en el límite entre lo inerte y lo vivo, pues no poseen metabolismo propio ni capacidad para reproducirse por sí mismo. Necesitan de una célula huésped, como en el caso del virus del SIDA (VIH) y las células del Sistema Inmunológico LT-helper o CD4+ y los macrófagos.

Interpretaciones Históricas sobre el origen de la vida

Teoría de la Abiogénesis o Generación Espontánea. Desde la antigüedad (Aristóteles IV a.c) hasta finales del siglo XIX (Pasteur).

Interpretaciones Históricas sobre el origen de la vida

Teoría de la BiogénesisFrancesco Redi (s XVII). Primero en oponerse a la

generación espontánea mediante experiencias de laboratorio.

Interpretaciones Históricas sobre el origen de la vida

Leewenhoek: primer microscopio y observación de “animáculos” (microorganismos) en agua. Explicaciones a su origen: Por generación espontánea para los abiogenistas Por “esporas” del aire para los biogenistas Vitalismo

Interpretaciones Históricas sobre el origen de la vida

Louis Pasteur: En 1895 desacredita la Teoría de la Abiogénesis o Generación Espontánea a partir de una serie de experimentos de laboratorio, quedando instaurada y aceptada la teoría biogenista del origen de la vida.

Aparición de la vida en la Tierra

Si la vida procede de la vida ¿siempre ha existido vida? ¿cómo y cuando surgió y en qué condiciones lo hizo?

Aparición de la vida en la Tierra

Teoría de la Panspermia: origen extraterrestre (meteoritos con agua, restos de hidrocarburos y materia orgánica)

Aparición de la vida en la Tierra

Supuestas condiciones primitivas del planeta:Estado de fusión Vulcanismo y emisión de gasesAtmósfera primitiva: metano, amoniaco, hidrógeno y

vapor de agua.

Aparición de la vida en la Tierra• Teoría de la sopa o caldo primitivo (Oparin y Haldane 1924)

Alexander Oparín propuso en 1924 una idea sobre el origen de la vida en la Tierra. De forma independiente, Haldane desarrolló una teoría muy parecida.

Oparin propuso que en aquella atmósfera primitiva se habrían producido una serie de reacciones químicas entre las moléculas de metano, hidrógeno y amoníaco que darían como resultado la formación de numerosos compuestos orgánicos.

Estas reacciones estarían catalizadas por los rayos ultravioletas. Se acumularían en el océano primitivo multitud de compuestos orgánicos producidos de

este modo y todo ello daría lugar a una sopa primigenia.

Aparición de la vida en la Tierra: de la síntesis química a la primera célula o ser vivo

1º Síntesis química: Moléculas sencillas (formaldehido, aminoácidos, nucleótidos, etc.).

Experimentos de Miller y Urey (1953)

S. Miller

C. Urey

El español Juán Oró en 1960 sintetizó Adenina

Aparición de la vida en la Tierra 2º POLIMERACIÓN: Formación de las proteínas y de los ácidos

nucleicos.

3º FORMACIÓN DE AGREGADOS MOLECULARES: Coacervados de Oparin y Microesferas de Fox Membranas biológicas

Aparición de la vida en la TierraLas primeras protocélulas: Adquisición del METABOLISMO e INFORMACIÓN GENÉTICA

Teoría del “Gen Desnudo” M. Gilbert, 1986

Protocélula: Modelo de membrana

EVOLUCIÓN CELULAR

Primer organismo: Procariota Heterótrofo Fermentador (fermentaba moléculas orgánicas de la sopa primitiva)

Aparece la 1ª selección natural: organismos competitivos por la escasez de recursos. Surge la necesidad de extraer nutrientes por otros medios: Fotosíntesis Anoxigénica (utilización de la luz, el H2S y CO2 para sintetizar sus propios nutrientes).

Y llegó el oxígeno…..

Fotosíntesis: generación de O2, el primer “contaminante” medioambiental. Primeros organismos fotosintéticos: Cianofíceas o algas verde azuladas. Aumento del oxígeno en la atmósfera, generación de ozono y posibilidad de colonización de la superficie del planeta.

Teoría: Primeros organismos quimiosintéticos (extremófilos, Archaea). Hoy día existen organismos primitivos de este tipo en los húmeros hidrotermales bajo condiciones muy adversas para la vida tal y como la conocemos.

Bacterias fósiles. 3500 m.a.

cianobacterias

EVOLUCIÓN CELULAR

De la célula procariota a la eucariota.

Teorías: Autógena (Dodson) Endosimbiótica (L. Margulis) C. de Duve (Mixta= Autógena +

Endosimbiótica)

EVOLUCIÓN DE LAS ESPECIES

Fijismo (s.XVII-XVIII): creencia en que las especies siempre han existido tal y como son actualmente (grupos estáticos). Principales autores: Linné (nomenclatura binomial de

las especies, ej. Canis lupus) Cuvier (creciones sucesivas tras

grandes cataclismos, padre de la anatomía comparada)

Cuvier

Linné

EVOLUCIÓN DE LAS ESPECIES

Lamarckismo s. XIX.

Jean-Baptiste Lamarck, filósofo y naturalista. Teoría evolucionista basada en dos puntos:

La función crea al órgano y,

Los caracteres adquiridos se heredan (ejemplo, el cuello de la jirafa)

EVOLUCIÓN DE LAS ESPECIES

Darwinismo: Darwin, tras su viaje en el Beagle (1831-1836), dando la vuelta al mundo, concluyó su teoría evolutiva (The Origins of the Species, 1859) según la cual todas las formas de vida de nuestro planeta descienden de un antepasado común. Para Darwin, las especies cambian de manera lenta y gradual, gracias a un proceso de selección natural que actúa sobre la población, permitiendo que sobrevivan los más adaptados.

EVOLUCIÓN DE LAS ESPECIES

Lo que Darwin nunca explicó fue el origen de las especies: no llegó a entender que mueve el motor de la evolución. Hoy sabemos que la causa son las mutaciones genéticas.

Como en una seleccion natural, en la ciencia las ideas van, vienen y, al final, sobreviven las que mejor se adaptan a la realidad. En cualquier caso, conviene recordar una frase acuñada por Guillermo de Occam a comienzos del siglo XIV: «No se llega a la certeza con la razón sino con la fe». Quien necesite verdades necesitara la religión.

LAS EXPLICACIONES DE LA GENÉTICA

Las frecuencias génicas de una población pueden verse alteradas por diferentes causas:

• La mutación (gracias a la cual aparecen nuevos alelos y se genera nueva variabilidad, sea o no ventajosa)

• La deriva genética (proceso de alteración de las frecuencias génicas debido al azar que tiene mayor efecto cuanto menor es la población)

• La migración (si se va una parte importante de una población puede alterar las frecuencias génicas de la población restante).

A lo largo del tiempo se van acumulando y llegan a ser

tan profundos que originan nuevas especies.

Formación de especies

Especiación alopátrica: especies que quedan aisladas

por una barrera geográfica. Especiación simpátrica: dos subpoblaciones de una

especie que viven en la misma región pero que poseen mecanismos que impiden su cruce: Ecológico: por existencia de distintos hábitats. Etológico: diferencia en los rituales o comportamientos de

apareamiento. Sexual: diferencias morfológicas en el aparato reproductor. Genético: esterilidad de los híbridos.

PRUEBAS DE LA EVOLUCIÓN Pruebas Biológicas

Pruebas Paleontológicas Pruebas Anatómicas

Pruebas embriológicas Pruebas Bioquímicas

EVOLUCIÓN DEL HOMBRE

Del Australophitecus al Homo Sapiens

Los microbios hace unos 3.500 millones de años ya poblaban la Tierra, o mejor dicho, las aguas.

El homo sapiens sólo lleva 150.000 años…

Las bacterias llevan 23.333 veces más tiempo que nosotros en el planeta.

EVOLUCIÓN DEL HOMBRE

Australopitecus afarensisAustralopitecus anamensis

Homo erectusHomo habilis

EVOLUCIÓN DEL HOMBRE

Homo ergaster

Homo antecesor

Homo sapiens

EVOLUCIÓN DEL HOMBRE

EVOLUCIÓN DEL HOMBRE

EVOLUCIÓN DEL HOMBRE