EL SISTEMA SOLAR

75

Agujero en ozono sobre la Antrtida. ECOPORTAL

MANUAL DE GEOLOGIA

PARA INGENIEROS

Cap 03

EL SISTEMA

SOLAR

GONZALO DUQUE

ESCOBAR

3.1 EL SISTEMA SOLAR

Est constituido por el Sol, 9 planetas, cerca de un centenar de satlites, 30 asteroides

mayores entre unos 2 mil catalogados y 100 mil millones de cometas a los cuales se deben

aadir nubes de gas y polvo. Al formarse el remolino primognito, los elementos ms

pesados se ubicaron en el centro y los ms livianos en la periferia, permitiendo de esta

manera la formacin de planetas rocosos en el centro y gaseosos hacia afuera. La

localizacin del sistema solar en la galaxia y la de la Tierra en este, han sido favorables

para el desarrollo de la vida. Esto apunta a las condiciones biofsicas y a la cantidad y

proporcin de los elementos complejos.

3.1.1 El Sol. El Sol es una estrella en cuyo interior se dan reacciones termonucleares.

Tiene una composicin del 70% de H, 27% de He y 3% de otros elementos; su masa de 2 x

1027 Ton (332270 veces la de la Tierra) y su radio de 1.39 x 106 Km. (109 veces el de la

Tierra), explican una aceleracin de la gravedad en su superficie de 2.74 x 104 cm/seg2

(27.9 veces la terrestre).

EL SISTEMA SOLAR

76

La rotacin es diferencial, as: perodo ecuatorial de 25 das y perodo polar de 30 das. La

radiacin solar de emisin es de 3.8 x 1023 Kw y la recibida en la Tierra de slo 1.7 x 1014

Kw.

El Sol se mueve con relacin al patrn local o de reposo (grupo de estrellas cercanas), a 20

Km./seg en direccin a Hrcules (punto llamado APEX, cerca a Vega de la Lira). La

temperatura superficial vara desde 5000C en las manchas solares a 6000C en la

fotosfera, mientras en el ncleo es superior a los 10 millones de C. Su densidad es de 100

g/cm3 en el ncleo y en el conjunto del astro de 1,41 g/cm3

3.1.2 La Tierra. Su figura es parecida a la de una esfera de radio, r = 6370 Km., la masa

de la Tierra es, m = 5,976 x 1027 g, y su velocidad angular de rotacin es, w = 7,292115 x

10-5 s-1. No obstante, y a causa de la rotacin del planeta sobre su propio eje, dada su

masa, el planeta sufre el achatamiento de 1:297. La densidad media del planeta es 5,5

g/cm3.

3.1.2.1 Leyes de Keppler (1571-1630). Son las leyes enunciadas sobre el movimiento

planetario continuo, y que son de gran utilidad para describir la distancia relativa entre los

cuerpos celestes, las posiciones planetarias y en general el movimiento de cualquier cuerpo

puntual alrededor de un centro de atraccin gravitacional.

Figura 8. Orbita elptica de un planeta en torno al Sol. En sombreado se ilustra la ley de las reas; adems el Sol ocupa uno de los focos de la elipse. Adaptado de Eduardo Brieva, Introduccin a la Astronoma.

1. Las rbitas de los planetas alrededor del Sol son elpticas; el Sol ocupa uno de los focos.

La distancia planeta-Sol, es menor en el perihelio y mayor en el afelio.

2. El radio-vector que une el planeta con el Sol barre reas iguales en tiempos iguales, por

tanto la velocidad en el perihelio es mayor que en el afelio.

3. Si tomamos dos planetas con sus correspondientes perodos de revolucin alrededor del

Sol y las distancias medias respecto a l, los cuadrados de los perodos de revolucin, T,

son proporcionales a los cubos de dichas distancias, R.

T12/T2

2 = R13/R2

3

La Tierra describe su rbita sobre un plano llamado la eclptica. Su eje de rotacin esta

inclinado 23 27' respecto de la perpendicular a la eclptica. Recorre la rbita en 365.26

EL SISTEMA SOLAR

77

das. La rbita tiene una excentricidad de 0.017. El afelio es el 2 de julio y el perihelio el 2

de enero. Por la inclinacin del eje polar, existen estaciones en el norte, as: solsticio de

verano el 21 de junio y de invierno el 22 de diciembre y equinoccio, de primavera el 21 de

marzo y de otoo el 23 de septiembre. En el hemisferio sur, se invierten las fechas.

En el sistema solar las rbitas de los planetas son casi coplanares, las de menos son

Mercurio con 7 y Plutn con 17. La rotacin y la traslacin, por regla general, son del W al

E; es decir, son retrgradas respecto a la estrella polar. En la rotacin son excepcin Venus

y Urano, que la hacen en sentido directo.

3.1.3 Planetas terrestres o interiores. Son los planetas comprendidos entre el Sol y el

cinturn de asteroides. En su orden son: Mercurio, Venus, Tierra y Marte, planetas duros y

slidos, de pequeo dimetro y baja gravedad, por lo que su atmsfera resulta poco densa

y poco extensa. La rotacin sobre su eje (da) es larga.

Figura 8A. Planetas del sistema solar. Tamaos relativos de las imgenes que ofrecen, vistos en condicin favorable desde la Tierra. Fuente: Gua astronmica, en: http://www.bdigital.unal.edu.co/1700/

3.1.4 Planetas mayores o exteriores. Los planetas gigantes, despus del cinturn de

asteroides, son Jpiter, Saturno, Urano y Neptuno, sigue Plutn que es la excepcin, por

sus caractersticas: En la Asamblea General de la Unin Astronmica Internacional (2006)

se le consider un planeta enano del Sistema Solar, crendose una nueva categora

llamada plutoide, en la que se incluye a Plutn, por ser el prototipo de una categora de

objetos transneptunianos denominada plutinos.

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Aunque tienen gran masa son de baja densidad; mayoritariamente son lquidos y gaseosos

aunque poseen un pequeo ncleo slido. La atmsfera es extensa, compuesta de H, He,

agua, Amonaco y Metano; tienen alta velocidad de rotacin (da corto) y muchos satlites

(el de menos Neptuno), adems de anillos.

3.1.4.1

3.1.5 Los satlites (lunas). La observacin de Fobos y Deimos, en Marte, anuncia que

parecen capturados por su forma irregular y pequeo tamao; ello ha permitido clasificar los

satlites as:

3.1.5.1 Satlites regulares. Los que tienen rbita circular, rotacin y traslacin W al E

(retrgrada) y una rbita poco inclinada (casi coplanar con la del sistema solar). Dichos

satlites y el planeta son congnitos.

3.1.5.2 Satlites Irregulares. De rbita extremadamente excntrica y de plano muy

inclinado, con rotacin y traslacin E al W (directa); estos satlites se asocian a asteroides

capturados.

Nuestro satlite es la Luna, un satlite regular cuyos perodos de rotacin y traslacin son

iguales, razn por la cual la Luna siempre muestra la misma cara a la Tierra. La Tierra y la

Luna podran considerarse de alguna manera como un sistema doble. Observe estos datos:

Dimetro lunar 27% del terrestre, superficie 7.4%, de la de la Tierra, volumen 2.0% de la de

la Tierra, masa 1.2% de la de la Tierra, gravedad 16.6% de la de la Tierra.

Por la falta de atmsfera e hidrosfera en la Luna, como consecuencia de su escasa

gravedad, entre la cara diurna y nocturna la temperatura pasa de +100 C a -170 C. La conformacin de su superficie est condicionada por procesos trmicos internos, volcnicos, tectnicos, magmticos e impactos metericos. Si bien la edad de la Luna y su condicin de satlite regular anuncian su carcter congnito con la Tierra, la inclinacin del ecuador terrestre (23 ) respecto de la eclptica seran argumentos a favor de una tesis a favor de su origen catastrfico, asociado a un cataclismo sufrido por la Tierra en su pasado remoto.

Las mareas, surgen del efecto gravitacional combinado, ejercido por la Luna y el Sol, tal

cual se muestra en la Figura 10., atraccin que vara segn las fases de la Luna, lo que

afecta las masas fluidas de la atmsfera e hidrsfera, como tambin a las rocas del manto

con su comportamiento plstico a gran escala.

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Figura 8B. Efecto de marea sobre el planeta Tierra. Las masas 1 y 2 son atradas en A y en

B, con diferente fuerza. Por ello a lo largo del mes se genera un momento, contrario en A y

favorable en B a la rotacin de la Tierra (vista desde el Polo Norte). La duracin del da de

modo diferente en cada caso segn el sentido del torque que se muestra en T.

Fuente: Gua astronmica, en: http://www.bdigital.unal.edu.co/1700/

3.1.6 Los asteroides y Cinturn de Cuiper. Hoy en da se conocen 2300 asteroides con

exactitud para especificar su rbita, pero se han descubierto ms de 7000 planetoides o

pequeos planetas. Los asteroides son bloques de roca en bruto con densidad media de

3,5 g/cm3, y de forma irregular, transitan en una rbita interior a la de Neptuno. Los mayores

en tamao son Ceres, de 1003 Km.; Palas, de 608 Km.; Juno, de 247 Km., y Vesta de 538

Km. (magnitudes en km. de dimetro equivalente). Se distinguen tres grupos principales de

asteroides: el grupo APOLO, de pequea rbita y por lo tanto con un perihelio entre el Sol y

la Tierra; el grupo AMOR, de rbita mayor cuyo perihelio est entre la Tierra y Marte, y

finalmente los TROYANOS, que son los subgrupos Aquiles y Patroclo ubicados sobre las

distancias Lagrangeanas (a 60), sobre la rbita de Jpiter donde estn libres de

perturbaciones gravitacionales.

El cinturn de Kuiper lo constituye un conjunto de cuerpos cometarios

transneptunianos, que orbitan alrededor del Sol a una distancia de entre 30 y 100

Unidades Astronmicas UA. UA es una Unidad Astronmica UA, equivalente a la distancia

media entre la Tierra y el Sol, cuyo valor es 150 millones de km.

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3.1.7 Los cometas y la Nube de Oort. Pueden ser peridicos y no peridicos; los

primeros tienen varios retornos, los segundos caen al Sol o a Jpiter, o simplemente dan un

paso y salen del sistema solar. Los primeros se dividen en los de perodo corto y perodo

largo, segn ste sea inferior o superior a 200 aos. Estn compuestos de un ncleo (de

Metano, CO2, hielo sucio y amonaco) y una cola (sublimacin del ncleo por radiacin solar

en la que las partculas del ncleo se disocian formando polvo, H, O, cianuro, etc., pero

ionizados).

Figura 8C. Nube de Oort. La Nube de Oort, un vasto halo de 100.000 millones de cometas, que giran en torno al Sol a una distancia de unos dos aos luz. Fuente: Gua astronmica, en: http://www.bdigital.unal.edu.co/1700/

La Nube de Oort ubicada entre 100 mil y 200 mil UA (Alfa del Centauro dista 275000 UA),

es el remanente del disco protoplanetario que se form alrededor del Sol hace 4,6 miles

de millones de aos. La nube exterior se encuentra muy poco ligada al Sol, y es la fuente

de la mayor parte de los cometas de perodo largo, mientras que el Cinturn de Kuiper,

localizado ms all de la rbita de Neptuno, a una distancia entre 30 y 50 UA, provee los

cometas de perodo corto.

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81

Se supone que dichos cuerpos celestes constituidos por hielo, polvo y rocas, al resultar

capturados por el Sistema Solar gracias a perturbaciones gravitatorias de estrellas vecinas

y pasajeras, caen al Sol siguiendo diferentes trayectorias elpticas, parablicas o

hiperblicas.

Cuadro 2. Distancia a los planetas en unidades astronmicas

Dist. del Sol

a

Mer Ven Tie Mar Ast Jup Sat Ura Nep Plu*

Serie

Constante

Suma10=

dist. Segn

Boode

0

+4

---

0,4

3

+4 ---

0,7

6

+4

---

1,0

12

+4

---

1,6

24

+4

---

2,8

48

+4

---

5,2

96

+4

---

10,0

192

+4

---

19,6

384

+4

----

38,8

768

+4

----

77,2

Valor real UA 0.39 0.72 1.00 1.52 --- 5.20 9.54 19.2 30.0 39.3

Gonzalo Duque E. Gua Astronmica, Universidad Nacional, 1992. *Planeta Menor

Para calcular en UA la distancia entre los miembros del sistema solar, a la serie 0, 3, 6, 12...

Boode sum 4 y dividi por 10 el resultado. Se muestran a continuacin en unidades

astronmicas, la distancia segn Boode y la distancia media real, desde al Sol a cada uno

de los planetas.

3.1.7.1 Velocidades de escape. Son las velocidades csmicas. La primera velocidad es la

necesaria para que un cuerpo orbite en un campo de gravedad con trayectoria elptica, y la

segunda, para que escape de l con trayectoria hiperblica. De la segunda velocidad, de

escape, depende que un cuerpo celeste tenga atmsfera, pues semejante valor se compara

con la velocidad trmica de las molculas de gas, dada por la siguiente expresin que

involucra la temperatura ambiental T:

Mientras la segunda velocidad, de escape, en la Tierra es 11,2 Km./seg, las velocidades de

las molculas de distintos gases a 300K de temperatura, son menores: la velocidad

trmica de las molculas de hidrgeno es 1,1 Km./s; la de helio, 0,8 Km./seg, y las de

nitrgeno y oxgeno, prxima a 0,3 Km./s. Esto quiere decir que la Tierra puede retener en

su atmsfera cualquier gas, pues su gravedad es suficiente para retener molculas que a la

temperatura media de la atmsfera terrestre alcanzan velocidades por debajo de la primera

velocidad de escape.

/mkTv_

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La primera y segunda velocidad de escape son de la forma:

Siendo g el campo de gravedad y R la distancia media del cuerpo que rbita al centro de

masa. La diferencia entre la primera y la segunda expresin es la raz de dos, razn por la

cual en la tercera expresin se expresa una en funcin de la otra.

Sea el momento para describir los ambientes que pueden posibilitar las atmsferas de los

planetas del sistema solar, en trminos de las principales variables fsicas relevantes para

la vida como la conocemos en la Tierra Se incluye a la Luna como escenario estratgico

para la logstica y la investigacin espacial. Los valores de la siguiente tabla tambin

explican aspectos de los ocanos y montaas en los planetas, particularmente la

temperatura y la gravedad.

Cuadro 3. Las atmsferas y las gravedades de los cuerpos del sistema solar.

Cuerpo Radio

(m)

Gravedad

Tierra=1

Densidad

Tierra=1

Temp.

(K)

Composicin

Atmsfera

Sol

Mercurio

Venus

Tierra

Luna

Marte

Jpiter

Saturno

Titn

Urano

Neptuno

Plutn

7,0 x 108

2,4 x 106

6,1 x 106

6,4 x 106

1,7 x 106

3,4 x 106

7,1 x 107

6,0 x 107

2,6 x 106

2,5 x 107

2,2 x 107

1,4 x 106

27,90

0,39

0,88

1,00

0,16

0,38

2,34

0,93

0,13

0,79

1,09

0,06

0,25

0,98

0,95

1,00

0,61

0,71

0,24

0,125

0,34

0,216

0,286

0,36

5780

400

290

250

250

200

110

80

80

55

45

40

e-, H+, H, He

Despreciable

CO2, N2, SO2

N2, O2, H2O

No hay

CO2, N2

H2, He, CH4

H2, He, CH4

N2, CH4

H2, He

H2, He

Despreciable?

A. Bialko. Nuestro planeta la Tierra, MIR, 1989.

El Sol es una esfera gaseosa en su totalidad, cuya atmsfera tiene electrones (e-) y ncleos

de hidrgeno (H), o sea, protones. Siguen al Hidrgeno en cantidad los ncleos de helio

(He). Al considerar la composicin del Sol en funcin del nmero de tomos y no de la

masa, es probable que de cada 1000 tomos del Sol, 920 sean de Hidrgeno y 80 de Helio.

2v = v

2gR = v

gR = v

12

2

1

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Si Mercurio, prcticamente no tiene atmsfera (la aceleracin de la gravedad y la velocidad

de escape son tan pequeas), Venus, tiene una atmsfera importante de CO2 y N2, sobre la

tierra firme, lo que atena las variaciones diurnas y nocturnas de la atmsfera. Titn, con un

tamao comparable a Mercurio, tiene menor gravedad pero alcanza a tener atmsfera, a

causa de la menor temperatura.

Igualmente la Tierra, tiene una atmsfera importante sobre el ocano y la tierra firme,

compuesta de N2, O2 y H2O. Casi todos los procesos meteorolgicos ocurren en la

troposfera, donde tambin se forman y estn las nubes, mientras en la estratosfera reina ya

una calma mayor.

La Luna, no tiene atmsfera, en razn de su baja gravedad. La temperatura en su superficie

vara dramticamente entre el da y la noche desde +118 C hasta 153 C, sin que sean

factibles los vientos por falta de aire, pero s la incidencia de la radiacin solar por la cara

iluminada de nuestro satlite.

Marte, tiene la suficiente gravedad para mantener una atmsfera dbil algo similar en

composicin a la de Venus. Su menor gravedad explica el relieve ms accidentado

(mayores alturas y depresiones).

Jpiter con temperatura superficial semejante a la de Saturno, muestra una potente

atmsfera que se transforma constantemente en lquido. En ambos planetas la composicin

de la atmsfera es la misma. Titn, por tener masa suficiente, pese al efecto de la

temperatura recibida de Saturno, tiene una atmsfera de N2 y CH4, sobre el ocano de

metano (?).

Mientras Urano y Neptuno, con temperaturas superficiales similares, tienen una atmsfera

de igual composicin, Plutn, con una temperatura sensiblemente igual no parece poseer

atmsfera, en razn de su baja gravedad.

La superficie de Plutn hoy clasificado como planeta menor, es quiz un paisaje helado.

Los gases atmosfricos ms pesados que la escasa masa del planeta pudiera retener

(metano y amonaco p. ej) tienen que estar completamente helados a las temperaturas que

prevalecen all, pues el punto de congelacin del metano es de 182 C, el del amonaco

incluso de 78 C y el del anhdrido carbnico 78,5 C.

3.2 TEORIAS ACERCA DE LA FORMACION DEL SISTEMA SOLAR

Se subdividen en catastrficas y evolutivas. Cronolgicamente son:

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3.2.1 Teora Infinitesimal (Evolutiva) Immanuel Kant, 1755. Supone la existencia de polvo

describiendo rbitas. Posteriormente esta nube de materia en suspensin se compacta

formando los miembros del sistema solar, tras una acrecin gravitacional, es decir, un

colapso de esa nube debido a que su densidad ha superado un cierto valor crtico.

3.2.2 Teora de la Nebulosa (Evolutiva) Simn Laplace, 1796. Supone una bola de gas

caliente en rotacin la cual, al enfriarse la masa, sufre achatamiento y de ste modo el

desprendimiento gradual de anillos del sistema. Por cada anillo ecuatorial separado de la

nebulosa se forma un planeta del sistema solar, a partir de ncleos de acrecin.

3.2.3 Teora Planetesimal (Catastrfica). Chamberlain-Moulton, 1905. Supone una

estrella que se aproxima al Sol para arrancarle hinchazones gneas; estas explosiones

levantan materia pero los brazos que caen chocan con brazos en ascenso, resultando de

las colisiones pequeas esferas de tamaos variables y rbitas diferentes llamadas

planetesimales: del choque entre ellas se formarn los planetas.

3.2.4 Teora de la Gota (Catastrfica) Jeans-Jeffreys, 1919. Recoge las dos teoras

anteriores. La estrella invasora al aproximarse al Sol, le arranca una inmensa gota de gas

en estado caliente que al enfriarse se fragmentar produciendo esferas de tamao

ordenadamente variable (planetas).

3.2.5 Teora Magnetohidrodinmica (Evolutiva) Hoyle, 1960. Las teoras evolutivas

haban perdido su vigencia porque no explicaban por qu mientras el Sol tiene el 99.9% de

la masa del sistema solar, en los planetas se concentra el 98.0% del momento cintico; ello

da origen a teoras catastrficas que resuelven el problema mas el principio de la

magnetohidrodinmica salva la dificultad y se regresa a las teoras evolutivas.

Dice el principio de la magnetohidrodinmica que los gases responden a las leyes de la

gravedad, la presin y la rotacin cuando se encuentran en un campo magntico sostenido

por una corriente elctrica, y esa ley gobierna las nubes de polvo compuestas de gases

ionizados en rpida rotacin. Un gas ionizado es tan buen conductor de electricidad como

un alambre de cobre.

La teora supone que a travs de esos gases que invadan el espacio, corran lneas de

fuerza magnetohidrodinmicas a manera de hilos largos y elsticos; en las partes internas

de los filamentos el gas era ms lento que en las porciones externas. Con el giro flexible se

favorecen las turbulencias dentro del sistema provocndose el enroscamiento y

alargamiento de los hilos en espiral y, al mismo tiempo, una transferencia del momento

angular hacia las porciones exteriores, donde se formarn posteriormente los planetas,

todo, a expensas de la parte central enriquecida de masa y donde se formar el Sol.

3.2.6 Nueva nomenclatura del Sistema Solar En 2006 la Unin Astronmica Internacional IAU) redefini las categoras de objetos celestes en tres tipos: planeta,

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planeta enano y cuerpo menor del Sistema Solar, por lo que el trmino "planeta menor" perdi su vigencia. La UAI acord ese ao definir un planeta como un cuerpo celeste, que cumpla estas tres condiciones: A) Orbitar alrededor de una estrella o remanente estelar. B) Tener masa suficiente para que su gravedad supere las fuerzas del cuerpo rgido, de manera que asuma una forma en equilibrio hidrosttico y por lo tanto que sea prcticamente esfrico. C) Que tenga dominancia orbital lo que significa haber limpiado la vecindad de su rbita de planetesimales. Los planetesimales son objetos slidos que pertenecen a los discos protoplanetarios de la nebulosa primitiva, conformada por gas, polvo y partculas slidas masivas que actuaran como ncleo de condensacin, para dar lugar en el curso de millones de aos a estos objetos slidos cada vez ms grandes que son el germen de los planetas. Como consecuencia de esto, Plutn, que hasta entonces se consideraba planeta, pasa a clasificarse como planeta enano, junto a Ceres, el ms pequeo de los planetas enanos dentro del sistema solar, cuerpo celeste de 952 km de dimetro, que se ubica entre las rbitas de Marte y Jpiter. El concepto de Planeta menor sustituye ahora el de planetoide de la anterior clasificacin que queda en desuso.

3.3 FORMACION DE LA TIERRA

Hace 4500 millones de aos se forma la Tierra por aglomeraciones de partculas slidas del

espacio; pero el calor de la acrecin (por el colapso gravitacional) y el de desintegracin de

elementos radiactivos, produce el ncleo de hierro lquido rodeado de materia turbulenta

(calor).

Posteriormente por diferenciacin de densidades de masa, el ncleo se rodea de un manto

y ste de una corteza primitiva. Los gases atrapados por el manto escapan de la corteza

produciendo una atmsfera enriquecida en agua. Seguidamente sobreviene la precipitacin

para formar los ocanos, en un proceso que dura 1500 millones de aos. Como resultado

aparece la atmsfera en la que el oxgeno se liberar gracias a la luz ultravioleta y a la

fotosntesis de los primeros organismos vivos.

En la atmsfera inicial, tan similar a la de las actuales emanaciones volcnicas, el 75% es

vapor de agua, mientras en la actual atmsfera actual es slo del 4%.

La vida en la Tierra se inicia en los ocanos hace ms de 3000 millones de aos. En esta

historia de evoluciones el clima ha mostrado dramticas modificaciones. El ltimo perodo

glaciar termin cerca de 10000 aos atrs y al retroceder los hielos, el nivel del ocano

comenz a subir rpidamente, alcanzado su nivel actual 6000 aos atrs.

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Figura 9. Diagrama temporal. El diagrama muestra cunto tiempo hace que ocurrieron algunos acontecimientos importantes. Los ltimos 500 millones de aos se amplifican con un zoom. A. Big-Bang, B. formacin de la galaxia, C. cmulos globulares, D. formacin del sistema solar, E. comienzo de la vida en la Tierra, F. abundancia de fsiles, G. vida en tierra firme, H. formacin de Pangea, I. aparicin de los dinosaurios, J. rotura de Pangea, K. aparicin de los mamferos, L. extincin de los dinosaurios, M. hombre primitivo, N. actualmente (tiempo en millones de aos). Adaptado de El Universo Desbocado, Paul Davies.

3.4 EVOLUCIN ESTELAR

Las nubes de gas y polvo interestelares estn sometidas a dos fuerzas: como quiera que la masa se encuentra en rotacin y posee alguna temperatura, una fuerza centrfuga asociada a la rotacin de la nebulosa y otra termodinmica por el calor que trata de expandirla. A estas fuerzas, se opone la atraccin ejercida por la gravedad de la enorme masa de gas y polvo.

Si la gravedad domina a las fuerzas de repulsin, se da el colapso gravitacional de la nube, aumentando su densidad, y disminuyendo su volumen e incrementando su velocidad de rotacin para conservar el momento cintico, al tiempo que se eleva la temperatura de la masa por la energa de acrecin.

Tras el colapso de la nube, se forma una protoestrella caliente, que emite radiacin infrarroja y luego, a una mayor temperatura interior se forma una protoestrella brillante (atmsfera enrarecida). Con el colapso sucesivo, cuando la temperatura interior supere los

10 millones de C, aparecer la estrella, al iniciarse la fusin nuclear consistente en convertir hidrgeno en helio por dos vas: la lnea protn-protn y el ciclo C-N-O o del

carbono. En ambos procesos la masa inicial de los cuatro protones, supera la masa final en m, cuanta que se convierte en la energa propia de la estrella, segn la frmula E = mc2.

En la fase de gigante roja, a mayor masa, mayor temperatura y mayor escala de reacciones termonucleares, hacia los elementos ms pesados (Ne, Mg, Si, S, Ca, Ti, Va, Cr, Mn, Fe); ms all del hierro no se puede dar la fusin nuclear, porque este absorbe energa estelar fisionndose en He, con lo cual, se produce el cese sbito de la presin de reacciones

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haciendo explotar la estrella en forma de supernova, producindose una onda de choque donde se podrn formar otros elementos pesados.

Mientras la estrella convierta H en He, estar en la secuencia principal. Las estrellas de

menos de una masa solar duras ms y toman la lnea protn-protn; las de ms de tres masas solares lo harn por el ciclo CON; en las de masa intermedia, el primer proceso de nucleosntesis se dar en la periferia del ncleo, y el segundo en su interior. Si la masa de la nube primigenia es menor que el 7% de la masa solar, no habr fusin nuclear (planeta), y si supera unas 75 masas solares, el sistema se hace inestable y colapsa todo o explota, porque la presin interior se debera a los FOTONES y no a los electrones y a los ncleos atmicos. Para estas masas.

Imagen 4: La historia del Sol y la nucleosntesis estelar: En el diagrama H-R de la izquierda observamos: 1 = protoestrella, 2 = secuencia principal, 3 = gigante roja, 4 = enana blanca. A la

derecha el diagrama de la evolucin nuclear estelar con la nucleosntesis HFe y su fisin FeHe. Fuente, Gua astronmica.

La gigante roja se convertir en enana blanca, cuando ya se "tranquilice" el ncleo estelar, permitiendo que la escasa envoltura gaseosa pueda colapsar: cada que se agota un combustible nuclear se pierde soporte y masa, colapsa el astro y aumenta su temperatura pudiendo reencender el ncleo y tomar un nuevo combustible, generndose una onda de choque que afecta la envoltura y una prdida de masa estelar.

Si en promedio, las estrellas permanecen el 90% de su vida en la fase estable de la secuencia principal, las de gran masa solo duran algunos millones de aos, mientras las de pequea masa permanecen varios miles de millones da aos. El Sol durara 1010 aos. El 10% restante de la vida de la estrella se desarrolla en los estadios de gigante roja o supergigantes segn la masa estelar, donde pueden tener varios procesos de nucleosntesis, agotando un combustible y para tomar como fuente de energa los

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elementos previamente formados, hasta llegar al estadio terminal como enana blanca, y morir luego como estrella, dejando un cuerpo inerte, oscuro y denso, una estrella neutrnica o un agujero negro, segn su masa final este por debajo de 1,4 masas solares en el primer caso, o por encima de 2 masas solares en el tercero.

3.5 LA GALAXIA Una galaxia es una Isla de estrellas inmersa en nubes de gas y polvo, en cuyo su interior se organizan las estrellas en cmulos unidos por la gravedad. Existen dos clases de cmulos estelares: los cmulos globulares o cerrados de forma esfrica, constituidos por con cientos o miles de estrellas viejas y de bajo contenido metlico (Estrellas de la poblacin II); y los cmulos galcticos o abiertos, conformados por algunos cientos de estrellas jvenes y de alto contenido metlico (Estrellas de la poblacin I), con su forma irregular dada la dispersin de sus miembros.

Aunque existen varias clases de galaxias (irregulares, espirales, elpticas), nuestra

galaxia, denominada La Va Lctea, que pertenece a las galaxias espirales, muestra una

estructura tpica de forma barrada, constituida por tres partes bien diferenciadas: Halo,

Disco y Ncleo.

El disco es el contorno de los brazos espirales localizados en el plano medio, donde las estrellas son jvenes y se encuentran sumergidas en medio de gas y polvo. Las estrellas aqu, en cmulos galcticos generalmente, estn orbitando con trayectorias muy circulares y siempre perpendiculares al eje de rotacin de la galaxia. Por lo tanto, si las estrellas del halo galctico no comparten la rotacin galctica, las del disco si la comparten. La rotacin galctica es diferencial. Los objetos del centro son rpidos y los del disco lentos. El ncleo

galctico se sita en el centro y es la regin con mayor densidad de estrellas; su forma es esferoidal achatada y su rotacin como la de un slido rgido. El Sol podra pasar de un brazo a otro, mientras transita la galaxia con rbita casi circular.

La Va Lctea, nuestra galaxia, posee una masa equivalente a 100 mil millones de soles; su

dimetro es de 100 mil aos luz y el espesor de 20 mil aos luz; el Sol ubicado sobre el

plano galctico a 30 mil aos luz del centro, rbita la galaxia a 250 km/seg en 225 a 250

millones de aos. La Galaxia es Espiral Barrada. Los tres brazos espirales de la Va Lctea,

ms relevantes, y su distancia al centro galctico, son: Sagitario a 24 mil aos luz, Orin

(conteniendo el Sol) a 30 mil aos luz y Perseo a 36 mil aos luz.

Las dos nubes de Magallanes son pequeas galaxias irregulares, satlites de la Va

Lctea; la mayor, con un dimetro de 35 mil aos luz, est a 160 mil aos luz y contiene

tiene 10000 millones de estrellas; la menor cuyo dimetro es de 20 mil aos luz, se ubica a

190 mil aos luz y contiene tiene 1000 millones de estrellas.

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Imagen 5: La Va Lctea: se muestran planta y perfil de nuestra galaxia, indicando la rotacin galctica, las dos Nubes de Magallanes, el Sol sobre el brazo de Orin, entre los brazos de Sagitario y Perseo, y en detalle la estructura de un cmulo galctico o abierto y otro globular o cerrado. Fuente,

Gua astronmica.

La Va Lctea, es un miembro del Grupo Local, nuestra hipergalaxia, conformado por unas

30 galaxias, siendo las ms importantes la nuestra y la de Andrmeda; ambas ubicadas en

los extremos del sistema. A dicho cmulo pertenecen M 32 (compaera de Andrmeda), M

33 (Nebulosa del Tringulo), And I, And II, And III (compaeras de Andrmeda), Leo I, Leo II

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(ambas a 750 mil aos luz), entre otras. Todo el cmulo de galaxias abarca un volumen

cercano a los 2.5 millones de aos luz de radio.

A su vez, El Grupo Local pertenece al Sper Grupo Local (metagalaxias), cuyo centro es

Virgo, sistema ubicado a 50 millones de aos luz de nosotros y compuesto por miles de

galaxias ligadas gravitacionalmente, en estructuras hipergalcticas. Entre su medio centenar

de miembros, diseminados en un radio 75 millones de aos luz, se destacan: Osa Mayor,

Canes Venatici, Sculptor, Grupo Local, M 66, M 101, M 81, los NGC 4274, 3245, 5566, etc.

3.6 SOL, CLIMA Y CALENTAMIENTO GLOBAL*

Imagen 6: Magnetsfera terrestre y viento solar, en: http://sohowww.nascom.nasa.gov

Para las ciencias de la Tierra, uno de los dilemas por resolver, es: hasta qu punto influye la actividad solar en el clima terrestre. De conformidad con los modelos heliofsicos, es el magnetismo de la atmsfera solar quien influye en la luminosidad del Sol, y por lo tanto en los cambios en radiacin solar, fenmeno cuya evolucin inferida a partir de mediciones y aplicacin de modelos, permite elaborar pronsticos sobre el complejo comportamiento del Sol, necesarios para estimar las tendencias del clima terrestre. Aunque astrnomos y geofsicos soportados en correlaciones, pueden afirmar que cuando el Sol est tranquilo la Tierra permanece fra, an no sabemos el por qu de los cambios de la actividad del Sol, as en 2002 se haya logrado desentraar el misterio de los neutrinos solares.

Cuando hablamos del clima, nos referimos a las condiciones de la atmsfera en una regin, durante un periodo de largo plazo; no obstante a nivel global, el Sol puede influir en el clima de diversas maneras, incidiendo sobre la temperatura, la humedad, la precipitacin, la presin y los vientos de un determinado territorio, as estos elementos estn determinados por factores como la latitud, la altitud, el relieve y la distancia al mar. A modo de ejemplo, el agujero en la capa de ozono descubierto sobre la Antrtida en

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1985, no slo parece ser provocado por la actividad humana, sino tambin por los rayos ultravioletas provenientes del Sol: al debilitarse el efecto fotoqumico con la destruccin de esta capa que filtra la radiacin solar, la alta energa incidente que llega a la Tierra modifica nuestro clima, de la misma forma en que lo venimos haciendo con la actividad antrpica durante el ltimo siglo.

Con sus dinmicas estelares, tales como el ciclo de 11 aos de las manchas solares, el Sol modifica la estructura del campo magntico de nuestro planeta, presentndose la expansin y contraccin de la atmsfera terrestre, con las variaciones en las temperaturas y densidades de la magnetosfera. Evidentemente, la imposibilidad de una prediccin a largo plazo delo comportamiento solar, as sea terica, es que al ser la actividad solar un fenmeno catico, en lugar de predicciones lo que procede es la elaboracin de pronsticos. Este tipo de estimaciones, propio para cualquier fenmeno caracterizado por las incertidumbres, se dificulta en el caso del Sol, por el desconocimiento exacto del campo magntico solar y por la falta de registros histricos sobre radiacin solar y rayos csmicos, as la relacin entre cambios de luminosidad solar y energa recibida en la Tierra, sea prcticamente lineal.

Para ilustrar los cambios del clima que se han dado en todas las escalas de tiempo, a lo largo de la historia de la Tierra, tenemos adems de las cinco grandes glaciaciones, cuyo ltimo evento ocurri en el Cuaternario, dos situaciones antagnicas y recientes: una, la pequea glaciacin asociada a un periodo fro ocurrido entre 1550 y 1850, en el que se presentaron tres picos fros (1650, 1770 y 1850), pequea edad del hielo acompaada de lluvias que coincidi con un perodo de baja actividad en las manchas solares. Y dos, el actual calentamiento global un efecto invernadero de celeridad excepcional ocurrido en los ltimos 50 aos, en el que la concentracin de dixido de carbono en la atmsfera ha alcanzado un nivel sin precedentes en los ltimos de 500 mil aos, fenmeno cuya caracterstica fundamental es la ocurrencia de eventos climticos extremos.

Para mostrar el alcance de la actual problemtica, dos escenarios. El rtico, est en peligro por el calentamiento global: el fenmeno facilita actividades depredadoras que amenazan esta ltima frontera, tales como prospecciones petroleras, pesca industrial y trfico interocenico. Degradar dicho ecosistema, traer consecuencias insospechadas como elevacin del nivel del mar, erosin costera y temporales. Y la Amazona, donde el cambio climtico y la deforestacin comprometen este ecosistema que alberga el 30% de la biodiversidad de la Tierra; all donde la selva se transforma en sabana, los apetitos del mercado presionan por los recursos del tercer reservorio de materias primas estratgicas del planeta, despus del Oriente Medio y la Antrtida. La degradacin de la Amazona traer consecuencias trgicas para los pueblos indgenas que la habitan y para la biodiversidad, adems de severas afectaciones climticas globales.

* [Ref. GDE. La Patria. Manizales, 20014.08.4]

Lectura complementaria.

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La astronoma en Colombia: perfil histrico. Astronoma Muisca del Altiplano Cundiboyacense. La hazaa de Coln, un desafo para la Navegacin y la Cartografa. Localizacin de Cartagena y Santa marta. La Expedicin de Mutis y la Astronoma en la Nueva Granada. El primer Observatorio Astronmico para Amrica: el de Mutis en Santaf de Bogot (OAN). El criollismo cientfico a partir de Francisco Jos de Caldas. Gonzlez Benito y Julio Garavito: los mximos exponentes. El OAN y la Astronoma colombiana en el Siglo XX. La creacin de la Escuela, la Red de Astronoma de Colombia RAC y algunos hechos notables y exponentes de esta actividad. Nuevos desafos: a propsito de las dos mayores empresas cientficas en la historia de la ciencia colombiana: La Expedicin Botnica de Mutis y la Misin Corogrfica de Codazzi, vamos ahora por el conocimiento de nuestra biodiversidad para apropiar el patrimonio bitico de la Nacin, y por una nueva cartografa temtica y de detalle, y por la construccin de la identidad cultural de las subregiones en esta Colombia pluricultural. Ver en: http://www.bdigital.unal.edu.co/1703/4/gonzaloduqueescobar.20097_parte2.pdf Descubrir el Universo desde Colombia. Los dos hechos cientficos ms relevantes en la corta historia de Colombia, son la Real Expedicin Botnica del Nuevo Reino de Granada y la Misin Corogrfica. Hoy cuando los astrnomos, entre otros asuntos que se ubican en la frontera del conocimiento, intentan conocer la geometra del espacio, la naturaleza de la materia oscura y los misterios del tiempo, en Colombia nuestros cientficos tienen pendiente entre otros aportes para la construccin de la Nacin, apoyar tareas fundamentales y estratgicas para continuar y complementar la labor de Mutis y de Codazzi. Ver en: http://www.bdigital.unal.edu.co/1588/1/gonzaloduqueescobar.2009.pdf Sol, clima y calentamiento global. Varios estudios muestran que si bien la actividad Solar contribuy al calentamiento global de principios del siglo XX, desde 1970 su aporte ms probable parece ser negativo, y por lo tanto, al resultar improbable que las relaciones Sol-clima, puedan dar cuenta de dicho fenmeno, las causas del cambio climtico deben tener un origen fundamentalmente antrpico. Ver en: http://www.bdigital.unal.edu.co/39782/1/gonzaloduqueescobar.201430.pdf Los Mundos de Samoga para la Ecorregin Cafetera. La Ecorregin Cafetera, es un territorio biodiverso, mestizo y pluricultural, donde el Occidente minero, el Magdalena Centro, los corredores del Paisaje Cultural Cafetero y el pramo en la alta cordillera con sus volcanes, permiten asociar dicho escenario con los cuatro elementos aristotlicos, los cuales dan origen a los cuatro primeros mundos de Samoga. Adicionalmente, la ciencia, la tecnologa y la cultura recogidas en los tres mundos restantes, son parte de la estrategia para cerrar la brecha de productividad e ingresos, que concentra el PIB regional en las capitales cafeteras. Samoga en lengua Umbra significa lugar (ga) de misterio (samo), trmino que para el Museo se ha interpretado como enigma y desciframiento. La Umbra, es la nica lengua nativa de Caldas y la tercera del departamento de Caldas. Los 7 Mundos de Samoga, son: Pachamama (tierra) Bachu (agua) Yurupari (aire) Chiminigagua (fuego) Bochica (lgica) Chia (arte) Chibchakum (tecnologa) De esa forma, con cada mundo se incorporar la informacin cultural y del medio ecosistmico de nuestro contexto, con el propsito de contribuir a la identidad regional y a la apropiacin del territorio, para facilitar los procesos institucionales emprendidos de forma participativa, para la solucin de conflictos socioambientales de la Ecorregin Cafetera. Ver: http://godues.wordpress.com/2014/05/20/los-mundos-de-samoga-para-la-ecorregion-cafetera/

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Manual de Geologa para ingenieros (2003) Rev. 2014.

Gonzalo Duque-Escobar. Universidad Nacional de Colombia

http://www.bdigital.unal.edu.co/1572/

Presentacin Contenido Cap01 Ciclo geolgico Cap02 Materia y Energa Cap03 El sistema Solar Cap04 La Tierra slida y fluida Cap05 Los minerales Cap06 Vulcanismo Cap07 Rocas gneas Cap08 Intemperismo meteorizacin Cap09 Rocas sedimentarias Cap10 Tiempo geolgico

Cap11 Geologa estructural Cap12 Macizo rocoso Cap13 Rocas Metamrficas Cap14 Montaas y teoras orognicas Cap15 Sismos Cap16 Movimientos masales Cap17 Aguas superficiales Cap18 Aguas subterrneas Cap19 Glaciares y desiertos Cap20 Geomorfologa Lecturas complementarias Bibliografa

Anexo 1: Tnel Manizales http://www.bdigital.unal.edu.co/2046/ Anexo 2: Mecnica de los suelos http://www.bdigital.unal.edu.co/1864/ Anexo 3: Gestin del riesgo http://galeon.com/manualgeo/riesgo.pdf Anexo 4: La Luna http://www.bdigital.unal.edu.co/1663/ Anexo 5: Economa para el constructor http://www.bdigital.unal.edu.co/1698/ El Autor Gonzalo Duque-Escobar

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