Explorando la Historia de la Tierra y el Cosmos

Explorando la Historia de la Tierra

¿Cómo podemos averiguar la historia de la Tierra?

Para conocer el pasado de la Tierra, se usa la datación, que sirve para ordenar y situar en el tiempo las rocas y los eventos ocurridos en el planeta. Hay dos tipos:

Cronología absoluta

Nos dice cuántos años tiene algo. Funciona con la desintegración de elementos radiactivos que están en las rocas o fósiles. Estos elementos radiactivos inestables (padre) se transforman en elementos estables (hijo) de manera constante, como un “reloj geológico”.

• Periodo de semidesintegración: Es el tiempo que tarda la mitad de un elemento radioactivo en desaparecer. Este proceso sigue repitiéndose, reduciendo la cantidad a la mitad cada vez.

Cronología relativa

Consiste en determinar qué es más antiguo y qué es más reciente en una serie de estratos o eventos geológicos, sin dar una edad exacta. Esto se basa en unos principios fundamentales, criterios de polaridad y las relaciones de discontinuidad estratigráfica.

Principios básicos de la cronología relativa

• Superposición de estratos: Los estratos más antiguos están abajo y los más nuevos arriba.
• Intersección de procesos: Si algo corta o atraviesa un estrato (como una falla), es más reciente que el estrato.
• Continuidad: Un estrato tiene la misma edad en toda su extensión.
• Sucesión de fósiles: Dos estratos con los mismos fósiles tienen la misma edad.

Criterios de polaridad

Sirven para identificar la orientación original de los estratos y averiguar su edad relativa. Hay dos tipos:

• Granoselección: Los granos se depositan en el estrato de mayor a menor. Los granos del muro son más grandes que los del techo.
• Marcas y huellas: Ayudan a identificar el techo (parte superior) o el muro (parte inferior) del estrato.

Discontinuidades estratigráficas

Al estudiar los estratos, es importante saber si hay continuidad o interrupciones en el tiempo de sedimentación.

1. Estratos concordantes: La sedimentación fue continua, no faltan materiales ni periodos de tiempo y los estratos están bien alineados.
2. Discontinuidades estratigráficas: Hay interrupciones en la sedimentación o faltan materiales de un periodo. Hay dos tipos:
   • Discontinuidad erosiva: Parte de los estratos se perdió porque fueron desgastados antes de que se formaran nuevos.
   • Laguna estratigráfica: Hay un hueco porque no se formaron sedimentos en ese tiempo o se perdieron.

Tipos de discontinuidades

Erosiva: Es cuando una superficie de erosión separa estratos paralelos. Los de abajo son más antiguos que los de arriba. Se forma así:

1. Se forman estratos en el fondo del mar.
2. La zona se eleva, el mar se retira, y algunos estratos se desgastan.
3. El mar vuelve, se hunde la zona, y se depositan capas nuevas encima.
4. La zona se eleva otra vez y el mar se retira.

Angular: Es cuando una superficie de erosión separa estratos inclinados y horizontales. Se forma así:

1. Se forman estratos en el fondo del mar.
2. Los estratos se doblan (plegamiento) y la zona se eleva.
3. Se desgasta el relieve y aparece una superficie de erosión.
4. El mar vuelve y se depositan nuevas capas horizontales encima.

¿Qué es la geología histórica?

La geología histórica estudia la evolución de la Tierra desde su formación hasta la actualidad, basándose en el registro geológico.

Fósiles

Son restos o señales de seres vivos del pasado que nos cuentan cómo era la Tierra. Se encuentran principalmente en rocas sedimentarias.

Fosilización

Son una serie de transformaciones que se producen cuando un organismo muere, cuyo resultado es la formación de un fósil.

Etapas de la formación de un fósil

1. El ser vivo muere y empieza a descomponerse.
2. Si se entierra, solo se conservan las partes duras.
3. Las partes duras se transforman en minerales con el tiempo.
4. El fósil se acerca a la superficie por erosión o movimientos del terreno.

Fósiles guía

Son útiles para saber la edad de las rocas porque pertenecen a organismos que vivieron en un periodo corto, eran abundantes y estaban muy dispersos.

División del tiempo geológico

El tiempo de la Tierra se divide en eones (las unidades más grandes): Hádico, Arcaico, Proterozoico y Fanerozoico. El último se divide en tres eras principales: Paleozoico, Mesozoico y Cenozoico. Cada era se divide en periodos y estos, en épocas.

Clave para identificar fósiles comunes

• Graptolito: Plano, sin relieve y homogéneo.
• Plantas: Planas, sin relieve, tamaño mediano o grande y con restos de hojas y tallos.
• Ammonites: Tridimensional, con forma de concha enrollada en espiral.
• Moluscos bivalvos: Tridimensional y con concha compuesta por dos valvas simétricas respecto del plano de la comisura.
• Branquiópodos: Tridimensional y con forma de concha.
• Trilobites: Tridimensional, sin forma de concha y con esqueleto externo segmentado.
• Equinodermos: Tridimensional y esqueleto formado por placas.
• Vertebrados: Tridimensional, no concha, no placas y no forma cilíndrica, con esqueleto con huesos y dientes.
• Corales: Tridimensional, forma cilíndrica pero no forma de dado.
• Belemnites: Tridimensional, forma cilíndrica y forma de dado.

¿En qué consiste la reconstrucción paleogeográfica?

Paleogeografía

Estudia cómo era la Tierra en el pasado: cómo cambiaron los continentes y océanos por el movimiento de las placas tectónicas, cómo se formaron las montañas (orogenias) y cómo cambió el clima.

¿Qué ocurrió durante el Precámbrico?

Existieron 6 grandes supercontinentes que se unieron y separaron varias veces: Vaalbará, Ur, Kenorland, Columbia, Rodinia y Pannotia. Se sucedieron varias orogenias importantes (formación de montañas), como la Laurentiana, la Grenville, la Huroniana y la Animikiana.

Entre 1000 y 544 millones de años, ocurrieron cuatro grandes glaciaciones, siendo la más extrema hace 700 millones de años en el supercontinente Rodinia. Durante esa época, casi todo quedó congelado, incluso los océanos, y la vida enfrentó condiciones muy duras.

¿Qué acontecimientos tuvieron lugar durante el Paleozoico? (541-252 Ma)

• Inicios del Cámbrico: Tres continentes se separaron de Pannotia.
• Final del Silúrico: Laurentia chocó con Báltica y Avalonia, formando montañas en lugares como Escocia, Irlanda, Escandinavia, los Apalaches y Groenlandia (orogenia caledoniana).
• Carbonífero: Laurasia y Gondwana colisionaron, dando lugar a la orogenia hercínica, que creó una gran cordillera en Europa, África y los Apalaches.
• Pérmico: Hace unos 280 Ma, Laurasia y Siberia chocaron, formando los montes Urales. Todos los continentes se unieron en un supercontinente llamado Pangea, rodeado por un océano gigante, Panthalassa.

El clima en el Paleozoico

Al principio, el clima era frío, pero tuvo épocas cálidas y estables que causaron el derretimiento de los polos y la subida del nivel del mar, cubriendo parte de las tierras. Hubo glaciaciones importantes en el Cámbrico, Ordovícico y Devónico. Al final del Pérmico, ocurrió una gran extinción de seres vivos.

¿Qué ocurrió durante el Mesozoico? (252-66 Ma)

• Jurásico: El supercontinente Pangea comenzó a dividirse en dos: Laurasia (norte) y Gondwana (sur), con la apertura del océano Atlántico.
• Cretácico: Se terminó de formar la cordillera de los Andes. Al final, ocurrió la orogenia Laramide, que creó las Montañas Rocosas.

El clima en el Mesozoico

Fue cálido y con grandes diferencias entre regiones: clima suave en zonas costeras y clima seco y árido en zonas interiores. Había selvas tropicales, praderas y bosques de coníferas, lo que muestra climas muy variados. Al fragmentarse Pangea, el mar influyó más, haciendo los climas más húmedos y templados en algunas áreas.

¿Qué ocurrió durante el Cenozoico? (66 Ma – actualidad)

• Terciario: La placa africana chocó con el sur de Europa, y la India colisionó con el sureste de Asia. Esto cerró el mar de Tethys, y los restos de este mar formaron el mar Mediterráneo. Se formaron montañas como los Pirineos, los Alpes y el Himalaya.
• Cuaternario: El océano Atlántico siguió expandiéndose. Suramérica se unió a Norteamérica gracias a la formación del Istmo de Panamá.

El Universo

¿Se expande el universo?

Sí, las galaxias se están alejando unas de otras porque el universo se expande. Esto no significa que las galaxias se muevan por sí solas, sino que el espacio entre ellas se estira.

Grandes científicos y la expansión del universo

• Einstein: Creó la teoría de la relatividad.
• Friedmann y Lemaître: Demostraron que el universo se expande.
• Gamow y Guth: Explicaron el Big Bang y la rápida expansión inicial.
• Planck: Ayudó a entender el origen del universo con la mecánica cuántica.

Cómo se miden las distancias entre galaxias

Los astrónomos usan unas estrellas llamadas cefeidas, que suben y bajan de brillo de forma regular. Henrietta Leavitt descubrió que el tiempo que tardan en cambiar de brillo ayuda a saber cuánta luz realmente tienen. Comparando esa luz con lo que vemos desde la Tierra, podemos calcular qué tan lejos está la galaxia donde están esas estrellas.

Qué es el efecto Doppler

El efecto Doppler ocurre cuando un sonido o una luz cambia dependiendo de si el objeto que la emite se acerca o se aleja:

• Efecto Doppler convencional (sonido): Por ejemplo, cuando una ambulancia se acerca, el sonido se vuelve más agudo, y cuando se aleja, se vuelve más grave.
• Efecto Doppler cosmológico (luz): Las galaxias que se alejan de nosotros hacen que su luz se desplace hacia el rojo en el espectro. Esto demuestra que el universo se está expandiendo.

¿Cuál es el origen, la evolución y el destino del universo?

Si retrocedemos en el tiempo, el universo se hace cada vez más pequeño y denso, lo que lleva a la idea de que tuvo un inicio. Las leyes de la física nos permiten “rebobinar” hasta un punto muy cercano a ese comienzo, pero no sabemos exactamente qué ocurrió en el instante inicial. Existen dos modelos principales para explicar el origen y evolución del universo:

• El Big Bang clásico: Explica que el universo comenzó a expandirse desde un estado muy caliente y denso.
• El Big Bang inflacionario: Añade que, en sus primeros instantes, el universo se expandió de manera extremadamente rápida, lo que explica mejor su uniformidad y estructura actual.

El modelo del Big Bang clásico dice que el universo comenzó hace unos 13.800 millones de años a partir de un punto extremadamente pequeño, denso y caliente llamado singularidad. En ese momento, las cuatro fuerzas fundamentales (gravedad, electromagnetismo, fuerza nuclear fuerte y débil), junto con la energía, el espacio y el tiempo, estaban unificadas. Luego, ocurrió una gran expansión, liberando mucha energía y dando origen al universo. No fue una explosión en un lugar específico, sino la creación del espacio y el tiempo en todas partes al mismo tiempo. Desde entonces, el universo ha seguido expandiéndose y enfriándose, impulsado por una misteriosa energía oscura.

Eras del Big Bang clásico

1. Era de Planck.
2. Era de la unificación.
3. Era de la inflación.
4. Era electrodébil y de los cuarks.
5. Era hadrónica.
6. Era leptónica.
7. Era de la nucleosíntesis.
8. Era de los átomos y de la radiación: recombinación y desacoplamiento.
9. Era oscura, de las estrellas y de las galaxias: reionización.

¿Qué fue antes, el Big Bang o la inflación?

La teoría del Big Bang clásico no explica por qué el universo es tan uniforme ni cómo se formaron las galaxias. Para resolverlo, surge la teoría de la inflación, que propone que antes del Big Bang hubo una expansión extremadamente rápida del espacio. Algunos científicos la ven como parte del Big Bang, mientras que otros creen que fue un evento previo que creó las condiciones para su origen. Este modelo se llama Big Bang inflacionario o caliente.

Características del Big Bang inflacionario

• El universo no surgió de una singularidad, sino de un campo cuántico llamado inflatón, que causó su rápida expansión.
• Al terminar la inflación, su energía se transformó en fotones y partículas elementales, permitiendo que el universo siguiera expandiéndose más lentamente.
• Durante la inflación, las fluctuaciones cuánticas generaron irregularidades, dando origen a las galaxias.
• Al final de la inflación, el universo se recalentó, formando una sopa de partículas y continuando su evolución como lo describe el Big Bang estándar.

¿Cuál es el destino final del universo?

El destino final del universo depende de cómo interactúan la materia, la energía y la gravedad. Antes se pensaba en dos posibles finales: el Big Chill y el Big Crunch.

• En el Big Chill, la cantidad de materia-energía es insuficiente para frenar la expansión, el universo seguiría creciendo para siempre, pero cada vez más lento, hasta volverse un lugar frío, oscuro y sin vida.
• En el Big Crunch, si hay suficiente materia-energía, la gravedad detendría la expansión y haría que todo colapsara en un solo punto, regresando al estado inicial del universo.

Más tarde, con el descubrimiento de la energía oscura, surgió otra posibilidad: el Big Rip. En este escenario, la energía oscura haría que la expansión del universo se acelerara tanto que, en un punto, separaría galaxias, luego estrellas, planetas y finalmente los átomos, destruyendo todo. También existe la teoría de un universo pulsante, donde el universo se expande y se contrae en ciclos infinitos.

¿Qué son las galaxias? ¿Cómo se agrupan?

Las galaxias son enormes grupos de estrellas, planetas, gas y polvo que se mantienen unidos por la gravedad.

Nuestra galaxia, la Vía Láctea, tiene tres partes principales:

• Halo: Es una zona esférica con estrellas muy antiguas agrupadas en cúmulos.
• Disco: Tiene forma aplanada y contiene estrellas, polvo cósmico y nebulosas. Algunas estrellas tienen planetas. El disco tiene cinco brazos en espiral: Perseo, Orión, Sagitario, Centauro y Cisne.
• Bulbo o núcleo: Es el centro de la galaxia, lleno de estrellas antiguas y con un agujero negro en el medio.

¿Qué formas tienen las galaxias?

• Elíptica
• Espiral normal
• Espiral barrada
• Irregular

¿Cómo es la estructura del universo?

El universo tiene un aspecto esponjoso y burbujeante. Hay más de 100.000 millones de galaxias, que se agrupan en cúmulos. Estos cúmulos forman supercúmulos, que a su vez se organizan en grandes filamentos, como si fueran las paredes de una burbuja.

Los astrónomos usan telescopios, como el James Webb y los radiotelescopios, para estudiar las galaxias. El espacio entre las estrellas no está vacío, sino que tiene gases (como hidrógeno y helio) y polvo cósmico. También hay pequeñas cantidades de compuestos orgánicos que se forman a través de reacciones químicas, convirtiendo el espacio en un verdadero laboratorio cósmico.

¿Qué es el universo observable?

Solo podemos ver una parte del universo, llamada universo observable, que es una esfera alrededor de la Tierra. Su límite se llama horizonte cósmico, de donde viene la luz más antigua. Debido a la expansión del universo, su tamaño actual es de 47.000 millones de años luz.

¿Cómo es el ciclo de la vida de una estrella?

Las estrellas nacen en nebulosas, que son enormes nubes de gas y polvo. Con el tiempo, la gravedad junta ese material hasta formar una protoestrella, que comienza a brillar cuando su interior se calienta lo suficiente. Durante su vida, las estrellas como el Sol transforman el hidrógeno en helio y brillan durante millones de años. Cuando se les acaba el hidrógeno, se hinchan y se convierten en gigantes rojas. Si la estrella es mucho más grande que el Sol, su temperatura es más alta, brilla con luz azul y se convierte en una estrella gigante azul.

Al final de su vida, una estrella como el Sol expulsa sus capas externas y forma una nebulosa planetaria, mientras que su centro se convierte en una enana blanca, que con el tiempo se enfría y se transforma en una enana negra. En cambio, las estrellas más grandes se convierten en supergigantes rojas y explotan en una supernova, una gran explosión que libera energía y esparce elementos químicos por el espacio.

Después de la explosión, si la estrella no era tan grande, su núcleo se convierte en una estrella de neutrones, que es muy densa y algunas giran rápido, emitiendo pulsos de luz, llamadas púlsares. Si la estrella era enorme, su gravedad es tan fuerte que todo su material colapsa en un solo punto, formando un agujero negro, del que nada puede escapar, ni siquiera la luz.