ORIGEN DEL UNIVERSO - Bachillerato – Ciencias | … · ORIGEN DEL UNIVERSO Conceptos para entender el origen del universo •Equivalencia Masa-Energía –La expresión E = m·c2,

ORIGEN DEL UNIVERSO

ORIGEN DEL UNIVERSO

• ¿Qué paso 1 segundo después del “Big Bang”?

• ¿Cuáles son las partículas indivisibles más pequeñas

que forman la materia?

ORIGEN DEL UNIVERSO

• La teoría más aceptada del origen del universo sigue

siendo el “Big Bang”, con las nuevas hipótesis y

tendencias de la física cuántica y corregida

• Para entender el origen del universo con rigurosidad,

previamente se debe tener en cuenta una serie de

premisas

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Conceptos para entender el origen del universo

• Equivalencia Masa-Energía

– La expresión E = m·c2, creada por A. Einstein, relaciona la energía

(E) con la masa (m)

– Masa y energía son distintas manifestaciones de lo mismo, y son

interconvertibles entre sí

– Según esta expresión, la masa es una forma de energía

condensada

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Conceptos para entender el origen del universo

• Tipos de partículas elementales (indivisibles):

– Fermiones

• Quarks. Partículas indivisibles que se unen entre sí dando lugar a

hadrones (protones y neutrones)

• Leptones. Son los electrones, partículas indivisibles como los

quarks

– Bosones

• Crean la fuerza que permite la unión de los quarks

• Distintos tipos de bosones; fotones, gluones (“pegan” quarks para

formar hadrones), gravitones (transmiten gravedad) y bosón de

Higgs (forman un campo de energía que dota a las partículas que

pasan a su través de masa)

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PROTÓN NEUTRÓN

quarks

gluon

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Secuencia de acontecimientos en el origen del universo

1. Hace 13.700 millones de años (m.a.), toda la energía y

materia se encuentra condensada y concentrada en un

punto, en una pequeña entidad con presiones y

temperaturas infinitas.

Es lo que se denomina “singularidad”.

A partir de ese punto se produce un estallido de toda la

energía y las partículas –inicialmente sin masa al viajar a

la máxima velocidad- contenidas en esa singularidad

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ORIGEN DEL UNIVERSO Secuencia de acontecimientos en el origen del universo

2. Fracciones de segundo después (10-35 seg.) del estallido, se considera que la energía radiada se coagula formando un campo de energía, denominado “campo de Higgs”.

Las partículas procedentes de la singularidad, se van expandiendo y adquieren masa al chocar con el campo de Higgs (formado por los bosones de Higgs)

De esta forma aparecen ya partículas elementales e indivisibles con masa como los quarks, gluones y electrones. El campo de Higgs explicaría por qué los electrones tienen masa muy inferior a los quarks, pues su interacción con el campo de Higgs es menos frecuente (por su elevada velocidad).

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Campo de Higgs – 1

http://www.youtube.com/watch?v=oCeG8Lq4bo8






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3. Instantes después (10-10 seg. del estallido), los quarks se

combinan entre sí gracias a los gluones (un tipo de

bosón) dando lugar a protones y neutrones.

Los electrones aún no se asocian con los protones y

neutrones.

Por todo ello se denomina instante de hadrones

(protones y neutrones)

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PROTÓN NEUTRÓN

quarks

gluon

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4. 1 segundo después del estallido, la expansión y

consecuentemente enfriamiento, junto con la

adquisición de masa, permite el agrupamiento de

protones y neutrones

De esta manera se forma el núcleo atómico de

elementos como Hidrógeno, Helio, Litio y Deuterio

(isótopo de hidrógeno).

Todavía no aparecen átomos

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ORIGEN DEL UNIVERSO Secuencia de acontecimientos en el origen del universo

5. Los primeros átomos estables no aparecerían hasta mucho después ( >300.000 m.a.). La expansión y descenso de Tª, aumenta la densidad y disminuye la velocidad de los electrones.

Llega un momento en el que la fuerza de tracción que ejercen los núcleos sobre los electrones es superior a la velocidad de éste.

La mayoría de los átomos inicialmente formados correspondían a Hidrógeno.

Posteriormente se irán formando el resto de átomos de mayor complejidad

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6. Según avanza la expansión y enfriamiento, la materia

atómica se va agrupando, dando lugar a regiones

ligeramente más densas que otras, que crecen y forman

protogalaxias

Estas protogalaxias tendrían estrellas con núcleos

atómicos pesados en su interior (N, C, Fe)

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ORIGEN DEL UNIVERSO Secuencia de acontecimientos en el origen del universo 7. Las estructuras astronómicas que se forman a partir de entonces

(galaxias, estrellas, etc.) dependerán de la cantidad y del tipo de materia.

En la actualidad se considera que el universo está formado de:

• Energía oscura (73 %). Fuerza gravitacional repulsiva que aún hoy causa la expansión del Universo

• Materia oscura (23 %). No emite suficiente radiación electromagnética y que no sea visible. Se sabe de su existencia por su efecto gravitacional sobre la visible. No tiene carga.

• Materia bariónica . Representa tan sólo el 4%, y comprende toda la parte “visible”, como estrellas, galaxias, personas, etc., formada por bariones (protones y neutrones) y electrones

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ORIGEN DEL UNIVERSO

GALAXIAS

GALAXIAS

• La agrupación de materia del universo da lugar a galaxias

• Galaxia se puede definir como agrupación de estrellas,

planetas, nubes de gas y polvo cósmico (nebulosas),

materia oscura y energía oscura

• El 90 % de una galaxia es materia oscura

• Se identifican 3 tipos distintas de galaxias, según su

configuración:

– Galaxias elípticas

– Galaxias espirales

– Galaxias irregulares

GALAXIAS

Elípticas

Espirales

GALAXIAS

• Galaxias espirales

M31, Andrómeda

GALAXIAS


VÍA LACTEA

GALAXIAS


VÍA LACTEA

ESTRELLAS Y PLANETAS

ESTRELLAS Formación de una estrella

• El origen de las estrellas se debe posiblemente a nubes de gas y polvo procedentes de colisiones galácticas o de generaciones anteriores de estrellas

• Tras la colisión se origina una inestabilidad gravitatoria, en las que las nubes de hidrogeno molecular se van condensando por esa atracción gravitatoria

• La densidad va aumentando y se forma un núcleo o esfera en contracción de alta temperatura (protoestrella)

• Debido a las altas P y T de la protoestrella, se llegan a producir reacciones de fusión nuclear entre núcleos de Hidrógeno, liberándose gran cantidad de energía en forma de fuerza expansiva

• En ese momento, cuando la fuerza expansiva equilibra a la gravitatoria, se detienen la contracción, adquiriendo ese aspecto de cierta esfericidad estable de las estrellas (fase de estabilidad)

ESTRELLAS

Evolución de una estrella

• Una estrella es una gran esfera de hidrógeno que se encuentra en estado de continua fusión nuclear.

• A medida que el hidrógeno se consume, aumenta la proporción de helio en su composición

• Cuando se agota el Hidrógeno del núcleo de la estrella, ésta evolucionará de forma distinta según su tamaño.

• Estrella con poca masa; se contraen y forman enana blanca, y posteriormente enana negra (no emiten radiación)

• Estrella con mucha masa; se sigue colapsando y explota violentamente (supernova)

ESTRELLAS


• Estrellas de masa menor a 1,4 veces la del Sol 1. Estrella se contrae y condensa hasta dar lugar a una enana blanca, de

menor tamaño y con una nebulosa planetaria procedente de la liberación de una nube de gas

2. Su contracción continua hasta que el núcleo estelar se enfría y consecuentemente deja de brillar (invisible). Se denomina enana negra

• Estrellas de masa superior a 1,4 veces la del suelo 1. Tras consumirse rápidamente el hidrógeno, se empieza a consumir helio

generándose elementos más pesados en las reacciones. De forma paralela el núcleo sigue colapsándose hasta que se llega a una violenta explosión denominada supernova

2. Los materiales son expulsados al espacio, quedando sólo un núcleo muy denso y un agujero negro por la gran fuerza gravitatoria generada

ESTRELLAS


Enana blanca

ESTRELLAS

Supernova

Remanente de una supernova

EJERCICIO. Pág. 17, actv. 10

• ¿Cuál es el principal elemento que se encuentra en las estrellas? Indica la relación entre dicho elemento y la capacidad de una estrella para emitir energía

EJERCICIO

• ¿Cuál es el principal elemento que se encuentra en las estrellas? Indica la relación entre dicho elemento y la capacidad de una estrella para emitir energía

El principal elemento que se encuentra en las estrellas es el hidrógeno.

En el núcleo de la estrella se producen reacciones de fusión nuclear, con la unión de átomos de hidrógeno para formar helio. La reacción es exotérmica, y libera energía en forma de radiación

SISTEMA SOLAR

• Sistema planetario con una única estrella, el Sol, y un grupo de astros que orbitan a su alrededor

• Presentan una estructura aplanada

• Se localiza en el Brazo de Orión, uno de los brazos de la Vía Láctea

SISTEMA SOLAR

EL SOL. Origen y evolución

• Su formación, hace 4.650 m.a., tuvo lugar a partir de nubes de gas y polvo procedentes de otras estrellas.

• Como en todas las estrellas, en el interior del núcleo del sol se producen reacciones de fusión en la que los átomos de Hidrógeno pasan a Helio, irradiándose energía.

• Se estima que el Hidrógeno se agotará dentro de 5.500 m.a., cuando el Sol evolucionará hacia una enana blanca y de ahí a una enana negra, apagándose completamente

• En la actualidad, se considera que el sol está en fase estacionaria

SISTEMA SOLAR

EL SOL. Origen y evolución

SISTEMA SOLAR EL SOL. Estructura

Mancha solar en fotosfera


Protuberancia solar en cromosfera


Cromosfera

SISTEMA SOLAR LOS PLANETAS (PÁG. 16)

• Formados por la agrupación de materia del disco protoplanetario Dos tipos de planetas del sistema solar:

– Interiores o terrestres. Mercurio, Venus, Tierra, Marte. Los más próximos al Sol, con tamaño reducido, sólidos y aspecto rocoso. Pocos satélites. Composición rica en elementos pesados como hierro y silicio, densidades altas.

– Exteriores o gigantes. Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno. Los más alejados del sol, de gran tamaño y enormes atmósferas. En ocasiones presentan anillos de polvo cósmico y rocas alrededor de ellos. Baja densidad

VENUS

TIERRA

MARTE

JÚPITER

SATURNO

SATURNO

URANO

NEPTUNO

SISTEMA SOLAR LOS SATÉLITES (PÁG. 17)

• Astros que orbitan alrededor de planetas, bajo la influencia de su gravedad

• Luna; 384.400 km. de distancia de la Tierra, 81 veces más grande

SISTEMA SOLAR ASTEROIDES

• Tamaño generalmente inferior a planetas y satélites

• Formados por acreción de material rocoso que no se integró en ningún planeta (no llegaron a ser planetas)

SISTEMA SOLAR COMETAS

• Núcleo sólido formado por agua y amoníaco

• Orbitan alrededor del sol

• Cuando se acercan al sol, aumenta temperatura y se desprenden partículas de cas cola del cometa (rastro)

SISTEMA SOLAR COMETAS

Cometa Halley

SISTEMA SOLAR METEORITOS

• Fragmentos de planetas, asteroides o cometas a la deriva en el espacio

• Puede caer en la superficie terrestre que se precipitan sobre la superficie de planetas u otros cuerpos celestes

• De tamaño muy variable, centimétrico hasta kilométrico

• En el caso de la Tierra, la mayoría de los meteoritos al chocar con la atmósfera terrestre se ponen incandescentes (estrellas fugaces)

• Posteriormente se desintegran antes de tocar la superficie terrestre

SISTEMA SOLAR

SISTEMA SOLAR

EJERCICIO. Define

• Define los siguientes términos

– Protón

– Neutrón

– Electrón

– Átomo

– Quark

– Cometa

– Asteroide

EJERCICIO. Define


– Protón. Partícula subatómica de carga eléctrica positiva que se encuentra en el núcleo atómico.

– Neutrón. Partícula subatómica que forma parte del núcleo atómico. No posee carga eléctrica y tiene una masa similar a la del protón.

– Electrón. Partícula subatómica que se encuentra en constante movimiento alrededor del núcleo atómico. Posee carga eléctrica negativa y una masa muy inferior a la del protón.:

– Átomo. Es la unidad de materia de un elemento químico. Según la cantidad de partículas subatómicas que lo componen, los átomos pertenecen a distintos elementos de la tabla periódica.

– Quark. Partícula elemental más pequeña que el átomo, en las que se puede dividir la materia. Los quark se unen mediante gluones para formar protones y neutrones

EJERCICIO. Define


– Cometa. Objeto con un núcleo sólido formado por agua y amoníaco, que orbita alrededor del sol.

– Asteroide. Objeto celeste de menor tamaño que planetas y satélites, que procede de restos de planetesimales que no consiguieron agregarse para formar un planeta.

EJERCICIO. Pág 25, actv. 26

• ¿Cuándo termina la vida de una estrella? ¿Cuáles son los procesos que puede sufrir una estrella en las últimas etapas de su vida?

El ciclo de una estrella termina cuando se agota su combustible nuclear, el hidrógeno.

En ese momento, la estrella se convierte en una gigante roja y posteriormente sufre distintos procesos en función de su masa:

– Si es una estrella poco masiva, termina como una enana blanca. – Si es una estrella masiva, explota formando una nova o supernova

LA TIERRA. FORMACIÓN Págs. 18-19

EL PLANETA TIERRA ORIGEN

• Hipótesis más aceptada; hipótesis nebular (nebulosa primitiva)

• Hace 5.000 m.a. Nebulosa de emisión (nube de gas y polvo) comienza a contraerse y condensarse

• Materia se condensa Se forma el Sol (protosol)

• Alrededor del sol, fragmentos incandescentes se agrupan y por gravedad atraen a los fragmentos menores Planetas (planetesimales)

• Composición planetesimales; hidrógeno, helio, hierro y silicio

IMAGEN PÁG. 18

TABLA PÁG. 18; Ventajas e inconvenientes de la hipótesis nebular

EL PLANETA TIERRA

FORMACIÓN DE LA HIDROSFERA

• Hidrosfera; parte de la Tierra constituida por las aguas de océanos y mares, y aguas continentales (ríos y lagos)

• Atmósfera primitiva contenía vapor de agua (agua en estado gaseoso)

• Descenso de temperaturas enfriamiento que provoca condensación de agua y lluvias torrenciales

• Agua de lluvia, al contactar con superficie terrestre caliente, se evapora de nuevo

• Repetición de este ciclo aumenta el enfriamiento. La temperatura baja hasta que es suficiente para que el agua permanezca en estado líquido en la superficie

EL PLANETA TIERRA

FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA

• Atmósfera; capa de gases que envuelve la Tierra

• Su origen tiene que ver con la retención de gases por la fuerza de gravedad de la Tierra, que evita que se escapen

• Atmosfera primitiva(reductora); hidrógeno, vapor de agua, metano, etc. SIN OXÍGENO

• Actividad biológica y geológica modifican la composición de la atmósfera reductora inicial y la convierten en oxidante

• Atmósfera actual (oxidante); mayoritariamente nitrógeno (78 %) y oxígeno (21 %)

EJERCICIOS

• Actv. 29, pág. 25

• Actv. 30, pág. 25

• Actv. 31, pág. 25

EJERCICIOS

• Actv. 29, pág. 25

EJERCICIOS

• Actv. 30, pág. 25

EJERCICIOS

• Actv. 31, pág. 25

ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA

Pág. 20


Métodos de estudio

• Métodos directos. Sólo permiten el estudio de unos pocos km. de profundidad. Tipos:

– Realización de sondeos (excavaciones de pocos km. De profundidad)

– Estudio de rocas en superficie

– Estudio de meteoritos

• Métodos indirectos. Estudian el interior de la tierra sin acceder a él. Tipos: – Gravimetría. Estudia la gravedad terrestre. Diferencias en gravedad indican

tipos de roca distintos en profundidad

– Geomagnetismo. Analizan el magnetismo de las rocas y lo comparan con el campo magnético terrestre para determina su antigüedad

– Sismología. Estudia comportamiento de ondas sísmicas liberadas en terremotos, que modifican su velocidad dependiendo del material del interior de la Tierra que atraviesen


CAPAS DEL INTERIOR TERRESTRE

Modelo estático. Se basa en composición química de cada capa

ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA CAPAS DEL INTERIOR TERRESTRE

Modelo dinámico. Se basa en el comportamiento físico de las capas

• Litosfera

– Corteza + 1ºs kms manto

– Rígida y sólido

• Astenosfera

– Plástica, semifundida

• Mesosfera

– Manto superior (parte) + manto inferior

– Rígida

• Endosfera

– Núcleo externo; líquido

– Núcleo interno; sólido

(Pág. 20 Libro)

COMPARACIÓN CAPAS ESTÁTICAS / DINÁMICAS Imagen Pág. 20

EJERCICIOS

• Actv. 32, pág. 25

• Actv. 33., pág. 25

• Actv. 34., pág. 25

EJERCICIOS

• Actv. 32, pág. 25

EJERCICIOS

• Actv. 33, pág. 25

EJERCICIOS

• Actv. 34, pág. 25

TECTÓNICA DE PLACAS Págs. 21 - 22

TECTÓNICA GLOBAL • Placas tectónicas; fragmentos en los que se divide la litosfera

consecuencia de su fragmentación

• Tectónica global; estudia relaciones entre placas litosféricas

• Movimientos de las placas tectónicas Desplazamiento de los continentes

De la deriva continental a la tectónica de placas

LA HIPÓTESIS DE LA DERIVA CONTINENTAL

• Dos grupos de teorías:

– Fijistas. Los continentes no se han movido de su posición actual

– Movilistas. Los continentes se han desplazado con el tiempo

• Deriva continental; teoría movilista



• Presentada por Alfred Wegener

• Los continentes parecían encajar por los límites de la plataforma continental, como si fuera un puzzle

• Hace 200 m.a. continentes unidos en uno solo; Pangea

• Los continentes se deslizan sobre una capa más densa formada por los fondos oceánicos

• Problema de la hipótesis; no explicó qué fuerza hacía mover a los continentes

2. De la deriva continental a la tectónica de placas

2.1 LA HIPÓTESIS DE LA DERIVA CONTINENTAL



• Pruebas que aportó Wegener (PÁG. 22 LIBRO; MAL)

– Pruebas paleontológicas. Presencia de fósiles de organismos terrestres en lugares actualmente alejados



• Pruebas que aportó Wegener

– Pruebas geológicas. Continuidad de determinados tipos de rocas en distintos continentes




– Pruebas paleoclimáticas. Evidencias de materiales idénticos de edad similar (sedimentos glaciares en África y Sudamérica) que indicaban un clima similar en el pasado (origen común)




– Pruebas geográficas. Los continentes parecían encajar por los límites de la plataforma continental, como si fuera un puzzle


• Problema de la hipótesis DERIVA CONTINENTAL; no explicó qué fuerza hacía mover a los continentes

• Inicialmente se asume como mecanismo de movimiento corrientes de convección en la astenosfera:

– Materiales cálidos, ascienden y salen en superficie en dorsales.

– Al subir, se van enfriando y descienden, coincidiendo estas zonas de descenso con zonas de subducción (arrastran a los continentes)

Corrientes de convección

• Se asume como mecanismo de movimiento corrientes de convección en el manto

– Materiales cálidos, ascienden

– Al subir, se van enfriando y descienden

• Estas corrientes de convección ejercen tensiones en corteza terrestre Rotura de corteza y movimiento (arrastra fragmentos)

Expansión del fondo oceánico

1. Material fundido asciende desde el interior de la Tierra

2. Sale al exterior por las dorsales oceánicas (cordilleras marinas resultantes)

3. El material fundido pasan a formar parte del la corteza oceánica una vez que se enfría

4. Como resultado la corteza se extiende a ambos lados de la dorsal

Tectónica de placas

• Teoría de la Tectónica de Placas

– Litosfera es frágil y rígida, sometida a tensiones Fractura

– Fragmentos; Placas litosféricas

– Placas litosféricas encajan unas con otras

– Placas se desplazan unas respecto a otras límites de placas son áreas geológicamente activas

– Dos placas se separan se generan nuevos océanos

– Dos placas colisionan se generan cordilleras

– Fondos oceánicos se generan continuamente en las dorsales y se destruyen en las zonas de subducción (fosa oceánica)

Existen 3 tipos de límites o bordes entre placas:

1. Bordes constructivos (divergentes). Placas se separan ( ). Se originan rifts y dorsales oceánicas

2. Bordes destructivos (convergentes). Placas se acercan y colisionan ( ). Dan lugar a zonas de subducción y arco de islas volcánicas, cordilleras de bode continental

3. Bordes pasivos. Placas se desplazan lateralmente (rozan lateralmente). Se originan fallas transformantes

Tectónica de placas

EXAMEN – 2 / 5 DE NOVIEMBRE (APROX.)

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