TEMA 03 – La matèria i la vida

Tots els cossos de la natura tenen una cosa en comú: estan formats per matèria. La geosfera, la hidrosfera i l’atmosfera estan formades per matèria en diferents estats (sòlid, líquid i gasós), però també els éssers vius estem constituïts per matèria. Hi ha

similituds i diferències entre la matèria que compon la Terra i la matèria dels éssers vius.

La matèria, sigui del tipus que sigui, està constituïda per elements químics, els àtoms

dels quals s’uneixen entre si per crear molècules. Hi ha molècules –i, per tant, matèria– que només es troben en el medi físic que ens envolta, i les coneixem com a matèria

inerta, i unes altres molècules que es troben en els éssers vius, i s’anomenen matèria

viva.

La matèria inerta o inorgànica configura l’estructura interna i externa de la Terra, i la matèria viva o orgànica està sempre relacionada amb els éssers vius, ja sigui formant part dels organismes com de les restes de la seva activitat (excrements d’animals, restes

de fulles seques...).

** A partir de les explicacions de la introducció d’aquest tema, elabora una portada

1. La matèria inerta: els minerals

Si ho analitzem més profundament, veurem que tota la superfície de la Terra, tant els continents com els fons dels oceans, està formada per roques, i aquestes roques, al seu torn, estan constituïdes per minerals.

Els elements geoquímics més abundants en l'escorça terrestre són:

El silici i l'oxigen es combinen i són molt abundants a les roques de l'escorça

continental.

El magnesi i el ferro, igual que l'alumini, són els més abundants a les roques de

l'escorça oceànica.

El calci és un component que forma carbonats como ara la calcita, i sulfats, com

ara el guix.

El quars, els feldspats i les miques són minerals. Hi ha uns 3 000 minerals classificats. Els minerals són cossos sòlids i inorgànics que es formen a la natura. Tenen una

composició química definida. Es caracteritzen perquè al seu interior els components estan ordenats perfectament en l'espai. Aquesta disposició ordenada sempre és la

mateixa per a cada mineral.

** busca un exemple de mineral que manifesti els seus components ordenats en l’espai. Dibuixa la seva estructura cristal·lina.

Diversos minerals estan formats per un sol element químic, com ara l'or o la plata. No obstant això, la majoria de minerals estan constituïts per diversos elements químics.

La mineralogia estudia les propietats físiques i químiques dels minerals. Les més útils

per identificar els minerals són: densitat, duresa, exfoliació, fractura, brillantor, color,

ratlla, hàbit...

** busca i explica les propietats físico-químiques dels minerals

A la superfície terrestre hi ha nombrosos minerals originats per precipitació. Això passa quan

s'evapora l'aigua o quan les substàncies que hi ha dissoltes deixen de ser solubles i cauen al fons

de la conca de sedimentació. Alguns d'aquests minerals són:

El guix és un mineral tou i, de vegades, transparent. La seva varietat noble és

l'alabastre.

La calcita té colors variats. És el mineral que forma les roques calcàries.

L’halita o sal comuna té un color blanc; és transparent i té sabor salat. La

silvina és de color taronja i té un sabor salat i amarg.

La mica moscovita és la mica blanca. Té una brillantor nacrada molt

característica.

L’olivina És de color verd oliva. Apareix a les laves basàltiques.

El quars presenta varietats de diversos colors i algunes són transparents.

El feldspat és el mineral més abundant de l'escorça terrestre.

Alguns minerals són menes de metalls, és a dir, se n'obtenen aquests elements,

generalment per escalfament. Entre aquests podem esmentar:

La blenda és de color caramel, però quan conté ferro és molt fosca. Se n'extreu zinc.

La calcopirita és de color groc amb brillantor metàl·lica. És una mena de coure.

La magnetita mostra cristalls negres metàl·lics. És el mineral més ric en ferro.

La galena és de color gris plom i té brillantor metàl·lica. Exfolia en cubs i és molt dens. És la mena principal de plom.

El cinabri és de color vermelló i molt dens. Se n'extreu el mercuri.

L’hematites és un mineral de color vermell fosc. Se n'extreu el ferro.

Les pedres precioses són minerals molt rars i que tenen una bellesa excepcional. Són

molt durs i per això poden ser tallats. Se'n fan joies i altres objectes de valor.

El topazi. El més característic és de color groc, però també pot ser incolor o blavenc.

El beril·li té una varietat verda anomenada maragda, i unaa varietat blava anomenada aiguamarina.

El corindó és el mineral més dur després del diamant. La varietat vermella s'anomena robí, i la blava, zafir.

El diamant és carboni pur cristal·litzat i és el mineral més dur de la natura. Generalment es talla en forma de brillant.

** tria un mineral del laboratori i fes-ne la seva fitxa descriptiva

2. La matèria inerta: les roques

Una roca és un material constituït per minerals que s'han format durant un procés geològic. La majoria, com ara el granit i el basalt, estan formades per diversos minerals; d'altres, com ara la sal, estan constituïdes per un sol mineral.

Hi ha moltes classes de roques. Per estudiar-les, es classifiquen en tres grans grups:

magmàtiques, sedimentàries i metamòrfiques.

Roques sedimentàries

Els sediments són fragments resultants de l'erosió i l'alteració de les roques superficials, de restes d'éssers vius o també d'algunes substàncies dissoltes que precipiten.

Aquests sediments són transportats pels rius, les glaceres o el vent fins a les zones

baixes, anomenades conques de sedimentació, on es dipositen i s'acumulen. Després, pateixen una sèrie de processos que els transformen en roques sedimentàries. Aquestes

roques es classifiquen en tres grans grups:

* Les roques sedimentàries detrítiques estan formades per grans cimentats o compactats. S'han format a partir de l'erosió d'altres roques, i els còdols o els grans que en resulten són transportats fins a la conca de sedimentació.

Es classifiquen segons la mida dels còdols o dels grans:

Els conglomerats estan formats per còdols grossos, de més de 2 mm. Els gresos tenen un gra amb un gruix que oscil·la entre 2 mm i 1/16 de mm.

Estan formats per grans de quars cimentats.

Les argiles estan constituïdes per grans molt petits, de menys d'1/16 de mm.

* Les roques salines es formen quan precipiten les sals dissoltes a l'aigua de llacunes costaneres o de llacunes interiors.

En destaca la sal comuna, formada únicament pel mineral halita, o sal comuna, i els

guixos, constituïts pel mineral guix.

* Les roques calcàries estan constituïdes principalment per calcita i es poden formar per processos diversos.

La major part de les calcàries són d'origen orgànic. Estan constituïdes per restes

d'organismes que tenien closques o esquelets de carbonat càlcic, com ara coralls, mol·luscs o organismes unicel·lulars. Quan els organismes es moren, les restes s'acumulen i formen un fang que, per compactació o cimentació, es transforma en roca.

Altres calcàries es formen quan precipita la calcita dissolta a l'aigua. Així s'originen les

estalactites (pengen del sostre) i les estalagmites (es formen al terra) de les coves.

** tria una roca sedimentària i explica el seu procés de formació

Roques magmàtiques

Les roques magmàtiques o ígnies són les que es formen a partir d'un magma que es genera a l'interior de la Terra. Aquestes roques es classifiquen en dos grans grups:

* Les roques plutòniques es formen a l'interior de la Terra quan el magma se solidifica lentament i a gran profunditat. Els minerals que les componen tenen aproximadament la

mateixa mida i es troben units íntimament entre ells.

Els granits són les roques plutòniques més abundants i formen la major part de l'escorça continental. Altres roques plutòniques són els gabres, les peridotites i les

sienites.

* Les roques volcàniques. Es formen quan la lava expulsada pels volcans se solidifica ràpidament i a la superfície. Aquestes roques estan formades, generalment, per cristalls

grans englobats per cristalls microscòpics, tot i que, de vegades, si el refredament és molt ràpid, els cristalls són tan petits que no es poden diferenciar i, fins i tot, poden ser vidres.

Els basalts són les roques volcàniques més abundants. També són roques volcàniques

les andesites, les pumites, o pedra tosca, i les obsidianes.

** fes una descripció de la roca magmàtica del laboratori que has escollit.

Roques metamòrfiques

Les roques metamòrfiques procedeixen de la transformació d'altres roques. El procés que les genera s'anomena metamorfisme.

Aquest procés es produeix per un augment de la pressió de les altres roques, de la temperatura o de tots dos factors alhora. Durant el metamorfisme, les roques resten en

estat sòlid.

En moltes roques metamòrfiques els minerals es troben disposats segons plans paral·lels. Aquesta característica s'anomena foliació.

Les pissarres, els esquists i els gneissos són roques metamòrfiques molt abundants,

procedents del metamorfisme de les argiles. Els marbres són roques metamòrfiques que es formen a partir de les calcàries.

** a partir d’un dibuix, diferencia els dos grans tipus de roques metamòrfiques

existents

El cicle de les roques

Les roques no es mantenen invariables a la superfície terrestre. Van canviant al llarg del temps i, en un procés que dura milions d'anys, es van transformant unes en altres.

Les roques magmàtiques i les metamòrfiques, com també les sedimentàries, situades a

la superfície terrestre, són meteoritzades i erosionades.

Els materials arrencats són transportats per l'aigua, el glaç i el vent, i dipositats a les conques de sedimentació, on es converteixen en roques sedimentàries. Aquestes

roques van quedant colgades a gran profunditat per l'acumulació d'altres sediments i són transformades, per la pressió i la temperatura, en roques metamòrfiques.

Les roques metamòrfiques poden tornar a formar part d'una cadena muntanyosa i ser

erosionades o es poden fondre i generar un magma.

** busca un cicle de les roques i comenta’l a classe

3. La matèria viva: les biomolècules

En la matèria viva, hi ha uns pocs elements químics, anomenats bioelements, que s’uneixen entre si per formar les biomolècules.

Els bioelements més destacats per la seva importància en la constitució de les biomolècules són el carboni (C), l’hidrogen (H), l’oxigen (O), el nitrogen (N), el fòsfor

(P) i el sofre (S), i, en menys proporció, també hi intervenen altres elements com el sodi (Na) i el clor (Cl).

Considerem biomolècules totes aquelles molècules que formen part de la composició dels éssers vius. Algunes només es troben en la matèria viva, i les anomenem

biomolècules orgàniques. No obstant això, hi ha altres biomolècules que no són exclusives dels éssers vius, però són imprescindibles per a la vida: l’aigua, les sals minerals i uns gasos determinats, i les anomenem biomolècules inorgàniques.

Les substàncies inorgàniques

Formen part tant dels éssers vius com de la matèria inerta. Generalment no tenen

carboni en la composició. Les principals substàncies inorgàniques són les següents:

L'aigua. És la substància més abundant en tots els organismes. Per exemple, en les persones joves l'aigua representa el 65 % del seu pes. Els organismes obtenen

l'aigua directament de l'exterior o a partir d'altres substàncies que la contenen en la seva composició. A l'aigua es duen a terme les reaccions químiques i és el mitjà de transport de les altres substàncies.

Les sals minerals. Tenen un gran nombre de funcions; per exemple, formen part de diferents estructures, com ara de les conquilles, els ossos i les dents; regulen

moltes funcions de l'organisme, etc.

Alguns gasos que es troben a l’atmosfera i dissolts a la hidrosfera són importants

per a la vida a la Terra; els organismes vegetals utilitzen el diòxid de carboni (CO2) per fer la fotosíntesi, i tots els organismes animals i vegetals necessitem l’oxigen (O2) per respirar.

** Busca una imatge on es puguin observar els nivells abiòtics en que s’organitza la matèria viva o orgànica.

Les substàncies orgàniques

Són exclusives dels éssers vius. Contenen carboni com a component majoritari. Les substàncies orgàniques que formen part dels éssers vius són les següents:

Els glúcids, com la glucosa o la cel·lulosa. Els éssers vius les utilitzen per

obtenir energia i formar estructures.

Els lípids, com els àcids grassos o el colesterol. S'emmagatzemen com a substàncies de reserva energètica, formen estructures, etc.

Les proteïnes, com l'hemoglobina. Regulen funcions vitals, transporten substàncies, defensen el cos contra les infeccions, formen estructures, etc.

Els àcids nucleics, com l'ADN. Contenen la informació hereditària que es transmet d'una generació a la següent, i intervenen en l'elaboració de proteïnes.

Les vitamines són substàncies molt variades; n'hi ha que són lípids i d'altres que són proteïnes. Es caracteritzen perquè no poden ser sintetitzades per l'organisme,

i per això s'han d'ingerir en la dieta. La manca parcial d'alguna vitamina origina malalties diverses, i la manca total fins i tot pot provocar la mort de l'ésser viu.

** Busca una imatge on es puguin observar els nivells biòtics en que s’organitza la

matèria viva o orgànica.

4. L’aparició de la vida

Quan es va formar el nostre planeta, les condicions ambientals que hi havia no permetien la vida. Els canvis que s’hi van anar succeint no depenien només del medi físic, sinó que els primers éssers vius van introduir nous elements a l’atmosfera en un

exemple únic d’interacció entre el medi i els éssers vius, que és importantíssima al nostre planeta.

Ja saps que la Terra primitiva tenia una gran activitat volcànica i que les condicions climàtiques eren molt diferents de les de la Terra actual. La temperatura era molt

elevada, no hi havia oxigen per respirar, i els meteorits i cometes impactaven freqüentment contra la superfície terrestre. Tot això va ajudar a formar l’estructura del

nostre planeta.

Els volcans, igual que actualment, emetien diversos gasos, entre els quals destaquen

vapor d’aigua (H2O), metà (CH4), diòxid de carboni (CO2), amoníac (NH3), òxids de nitrogen (N), sofre (S)... Com que no hi havia aigua líquida, resultava impossible

l’aparició de la vida tal com la coneixem a la Terra. La Terra es va anar refredant, fet que va permetre que l’aigua passés a estat líquid. Amb

les primeres tempestes i les primeres pluges, els gasos que es mantenien a la nostra atmosfera primitiva van ser arrossegats fins a l’oceà inicial del nostre planeta. Aquests

gasos contenien els bioelements necessaris per formar molècules orgàniques –carboni (C), hidrogen (H), oxigen (O), nitrogen (N)–, les quals, en aquest oceà, van permetre l’aparició de la vida a l’aigua.

** fes un dibuix que representi el planeta Terra en els seus orígens quan no hi havia vida i els oceans feien xup-xup.

Aquestes primeres molècules orgàniques es van anar associant i coordinant fins a

formar els coacervats, les primeres estructures moleculars delimitades per una membrana, a partir dels quals van néixer les primeres cèl·lules. Inicialment, aquestes

cèl·lules eren d’alimentació heteròtrofa, és a dir, s’alimentaven de la matèria orgànica que ja es trobava a l’aigua. Després es van desenvolupar els organismes autòtrofs

fotosintètics, és a dir, els que eren capaços de fer servir l’energia de la llum solar (per

això són fotosintètics) per elaborar-se l’aliment que necessitaven (per això són autòtrofs), amb la qual cosa es va donar un canvi molt important: la fotosíntesi va

començar a produir i desprendre l’oxigen dels organismes vegetals.

L’oxigen originat amb la fotosíntesi es va acumular a l’oceà i, d’allà, va passar a

l’atmosfera, i per això ja s’assemblava a l’atmosfera actual. L’oxigen va permetre que es desenvolupessin els organismes aerobis, que el fan servir per respirar i així obtenir

energia per dur a terme les funcions vitals. Els organismes vegetals i animals es van adaptar a les noves condicions i van passar del medi aquàtic al medi aeri, de manera que van anar colonitzant els nous hàbitats que oferia el planeta.

** com continua la història? ...

A l’atmosfera primitiva de la Terra hi havia molt poc oxigen.

Els volcans aportaven diferents gasos que contenien els elements químics que van formar les molècules orgàniques.

La temperatura de la Terra va anar disminuint, fet que va permetre la formació de pluja.

Les tempestes i la llum solar aportaven molta energia, que va provocar les

reaccions entre els gasos.

A l’oceà primitiu es van acumular les primeres molècules orgàniques.

Les primeres cèl·lules no utilitzaven l’oxigen per respirar.

Van aparèixer les cèl·lules que feien la fotosíntesi i l’oxigen es va començar a acumular a l’atmosfera.