Clase 2 Origen del Sistema Solar 2016-2

Geología Física
Semestre 2016-2
Profesor:
Enrique González Torres [email protected]
Tema 2: Origen del
Sistema Solar
Tema 2: Origen del Sistema Solar y de la Tierra
Contenido
• Teoría de la gran explosión
• Origen del Sistema Solar y de la
Tierra
• Características generales del
Sistema Solar
• Aspectos Generales del procesos de
diferenciación de la Tierra
• Abundancia relativa de los elementos
químicos en la Tierra
• La Tierra como un Sistema
Observando el pasado
El Origen del Universo
La teoría del Big Bang
Antes de que se formara el Universo, toda la materia
estaba concentrada en un punto de densidad infinita.
Entre 15000 y 12000 Ma esta singularidad explotó,
lanzando hacia el infinito toda la materia del Universo
a velocidades altísimas.
Los restos de la explosión, H y He, empezaron a
enfriarse y condensarse, formando las primeras
estrellas y galaxias.
En la Vía Láctea se formó nuestro Sistema Solar.
El Sistema Solar es el conjunto de
cuerpos celestes que sufren de manera
apreciable los efectos de la atracción
gravitacional del Sol
Origen del Sistema Solar
A lo largo del tiempo se han realizado
obsevaciones sobre el Sistema Solar, por
ejemplo:
1) Todos los planetas giran alrededor del Sol en
la misma dirección en órbitas casi circulares.
2) El ángulo entre el eje de rotación y el plano de
la órbita es pequeña (excepto Urano).
3) Todos los planetas (excepto Venus y Urano)
rotan en la misma dirección que su
revolución, sus lunas también lo hacen.
Origen del Sistema Solar
4) Cada planeta esta aproximadamente el doble de lejos que
el planeta interior próximo al Sol (la regla de Titus-Bode).
5) Los planetas se dividen en dos grupos:
•
terrestres (internos): Mercurio, Venus, Tierra, Marte
Mercurio es en su mayoría contienen Fe (ρ = 5.4)
•
Jovianos (exteriores): Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno.
Júpiter sobre todo gas y de hielo ( ρ = 0.7) Pluton ????
6) Los planetas terrestres en su mayoría están compuestos
de O, Si, Fe, Mg. H & He (también son importantes en
los planetas Jovianos).
Podrían establecer una teoría sobre el origen del
Sistema Solar??,
la que ustedes quieran, pero que sea
consistente con las observaciones sealadas.
¿Propuestas?
•
Atrás de cada Teoría hay mucho trabajo:
•
Observaciones,
•
Análisis,
•
Discusión
“nunca olvidemos que los conocimientos
científicos son resultados de un proceso”,
Para hablar de la diferenciación temprana de la Tierra,
es necesario establecer algunas preguntas iniciales:
¿En donde podemos encontrar vestigios de lo
sucedido durante la diferenciación temprana de la
Tierra?
¿Será necesario retomar algunos procesos sobre el
origen de la Tierra y de la Luna?
Para responder la pregunta anterior,
otra pregunta….
¿En donde podemos encontrar vestigios
de lo sucedido durante la formación del
Sistema Solar?
• Los objetos más antiguos del Sistema Solar
encontrados son los meteoritos de los cuales
hay una amplia variedad.
¿qué información nos pueden
proporcionar los meteoritos?
• ¿Los meteoritos nos podrán proporcionar alguna
información?
• Recordemos que los objetos más antiguos del
Sistema Solar encontrados son los meteoritos de
los cuales hay una amplia variedad.
Meteorito Allende
Meteorita Allende
METEORITA ALLENDE
LA METEORITA ALLENDE ES LA MÁS ANTIGUA Y ESTUDIADA DEL MUNDO
•Se ha calculado que tiene una edad de cuatro mil 568 millones de
años.
•Es un vestigio de la química de rocas en su forma más primitiva,
pues si se pudiera fundir crearía una Tierra en miniatura.
Se han realizado experimentos donde se han fundido estos
materiales y se han obtenido proporciones semejantes a las
de un núcleo de fierro, níquel, un manto de magnesio, silicio,
hierro y una corteza donde se concentran elementos ligeros.
“Si Allende pudiera derretirse daría lugar a una Tierra en
miniatura, dado que en apenas 500 mililitros (el volumen
de un pedrusco) sintetiza la composición entera del planeta”.
Por ello, este cuerpo permite tener “al mundo entero en medio
litro de roca”.
¿Pueden darnos algunas «pistas» las
rocas más antiguas de la Tierra?
En Jack Hills, al oeste de Australia,
se puede caminar sobre minerales
formados hace unos 4.400 millones
de años, en términos geológicos,
un segundo después de la
formación del planeta Tierra.
• ¿Podrá ser útil lo que conocemos de nuestros
«vecinos» los planetas Terrestres?
• Y que nos podría decir Exupery a través del
Principito
Hipótesis de la Nebulosa
Evolución del Sistema Solar
a) Los cuerpos del Sistema Solar se formaron a partir de una enorme
nube en rotación compuesta de H y He generados durante el Big Bang,
otros elementos producidos por las estrellas, y granos de polvo
microscópico
Evolución del Sistema Solar
b) Hace 5000 Ma la nebulosa empezó a contraerse (colapsarse) debido a
las interacciones gravitacionales entre las partículas. Al contraerse
empezó a rotar más rápidamente, adquiriendo la forma de un disco plano
con un núcleo denso y caliente (protosol). El incremento espectacular de
T relacionado con el colapso provocó las reacciones termonucleares que
llevaron a la formación del Sol
Evolución del Sistema Solar
c) La formación del Sol marcó el fin del colapso y del
calentamiento gravitacional. El material empezó a
condensar en pequeñas partículas sólidas
Hipótesis de Protoplanetas
• Gran nube de gas comienza a condensarse.
• La mayor masa se concentra al centro, la
turbulencia en las partes externas.
• Los remolinos turbulentos integran la materia,
trozos pequeños crecen y chocan entre sí,
llegando a ser grandes agregados de gas y trozos
sólidos.
• Protoplanetas, mucho más grande que los
planetas presentes, finalmente sufren contracción
por su propia gravedad.
Representación artística que muestra la colisión de planetesimales
controlada por la fuerza de gravedad que formaron los embriones
precursores de la Tierra
Evolución del Sistema Solar
d) Colisiones repetidas provocaron la unión de las
partículas en cuerpos más grandes (protoplanetas) ,
que finalmente se convirtieron en planetas
SINTESIS
El origen del Sistema Solar: la hipótesis de la nebulosa primitiva
Los elementos más densos se concentraron cerca del Sol (alta T), mientras que
la condensación de los elementos volatiles occurrió a mayor distancia (T
menor).
Planetas interiores, más densos y pequeños (Mercurio, Venus, Tierra, Marte):
material rocoso y metálico (Fe, Ni, Si, Mg, Ca, K, Na).
Planetas exteriores, más ligeros y grandes (Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno):
hielos (H2O, CO2, NH3, CH4) y detritus rocosos y metálicos.
Mercurio
Venus
Tierra
Júpiter
Marte
banda de asteroides
Urano
Saturno
Neptuno
Nuestro Sistema Solar
Regiones de la Nebulosa de Orion donde nuevos sistemas solares
parece que se estan formando
Langmuir and Broecker (2012)
How to Build a Habitable Planet
La Luna
• Sólo un poco más pequeña que Mercurio.
• La superficie de la Luna es muy diferente de la
superficie de la Tierra.
• No hay atmósfera, por lo tanto, no hay
intemperismo (desgaste).
¿Cómo se formó
El satélite de la Tierra?
Hipótesis sobre el origen del Sistema Tierra - Luna
Teoría del Gran Impacto
“The Big Thwack”
Colisión de la Tierra vs
Theia
Theia en la mitología griega es
la madre de la Diosa Lunar Selene
Fig. 1.4
Algunas consideraciones
• Se considera que Theia se formó en un punto
Lagrange
respecto
a
la Tierra,
es
decir,
aproximadamente en la misma órbita pero 60º por
delante (L4) o por detrás (L5).
• El matemático Lagrange postulo que existen cinco
puntos en la órbita terrestre en donde los efectos de
la gravedad del planeta se anulan en relación con los
del Sol.
• Dos de los puntos de Lagrange (L4 y L5), situados a
150 millones de kilómetros de la Tierra, son
considerados estables y por tanto son zonas con
potencial para permitir la ACRECION planetaria con la
Tierra
¿Tal vez en sus silenciosas rocas y
cráteres hay muchas narraciones?
¿Por qué es importante conocer el origen del
Sistema Solar para entender nuestro planeta?
• El curso de la evolución inicial de la Tierra
estuvo significativamente influenciado por los
estados iniciales.
• En general estas etapas primigenias de la
Tierra las conocemos relativamente bien, y nos
ayuda a entender y constreñir varios procesos,
como su diferenciación
La diferenciación de nuestro Planeta
Una Tierra temprana relativamente homogenea
La diferenciación
inicia
Fig. 1.6b
Más interrogantes ?????
La formación de la primera corteza
4,500 y 4,000 Ma
¿cómo se formó la atmósfera y los oceános?
Linea de tiempo para el Sol,
Tierra y Luna
Extensively modified from D.J. DePaolo, Nature
Evolución de la Tierra a través del tiempo y
curva de crecimiento de la corteza terrestre
*
Sistema Tierra
atmósfera
Geósfera;Tierra sólida
hidrósfera
biosfera
Sistema Tierra Sólida
Interacting
Earth Systems
Fig. 1.8
Algunas premisas fundamnetales
•La Tierra está hecha de material reciclado.
•La Tierra es tridimensional y la mayor parte
de sus características estan ocultos de
nuestra vista.
•Las rocas son el registro que resguarda la
historia de la Tierra
•El Sistema Tierra –rocas, oceanos, atmósfera
y vida están complejamente interconectados.
•La Tierra se encuentra en un continuo
cambio.
Realimentación: negativa/positiva
Glaciares +
Evaporación-densidad de nubes Actividad antropogénica +