La TierraLa Tierra

Asignatura: Física

IntroducciónIntroducción Se dice que en la antigüedad se creía que la Se dice que en la antigüedad se creía que la

Tierra era plana. Ello no nos extraña pues es una Tierra era plana. Ello no nos extraña pues es una impresión bastante natural. Se dice también que impresión bastante natural. Se dice también que habría sido mérito de Cristóbal Colón el haber habría sido mérito de Cristóbal Colón el haber descubierto que se trataba de un cuerpo esférico. descubierto que se trataba de un cuerpo esférico. Esto último es completamente falso. Como Esto último es completamente falso. Como veremos, mil años antes los griegos lo sabían y veremos, mil años antes los griegos lo sabían y habían medido su radio con bastante exactitud.habían medido su radio con bastante exactitud.

También veremos los distintos comportamientos También veremos los distintos comportamientos de la tierra su dinamismo y sus orígenes entre de la tierra su dinamismo y sus orígenes entre otras cosas.otras cosas.

Un poco de historia y Un poco de historia y matemáticas matemáticas

Como lo pronunciamos en el comienzo sobre la tierra, los Como lo pronunciamos en el comienzo sobre la tierra, los griegos habían advertido su esfericidad en la sombra que griegos habían advertido su esfericidad en la sombra que proyecta sobre nuestro satélite durante los eclipses lunares. proyecta sobre nuestro satélite durante los eclipses lunares. Por otra parte, el mismo Aristóteles (384-322 AC.) había Por otra parte, el mismo Aristóteles (384-322 AC.) había reparado en que desde lugares ubicados a grandes distancias reparado en que desde lugares ubicados a grandes distancias no se veían las mismas estrellas, lo cual ponía en evidencia el no se veían las mismas estrellas, lo cual ponía en evidencia el hecho de que la Tierra, al menos, no era plana. hecho de que la Tierra, al menos, no era plana. Posteriormente, el gran sabio Eratóstenes (276 – 194 AC), que Posteriormente, el gran sabio Eratóstenes (276 – 194 AC), que nace en Siena pero vive en Alejandría, Egipto, midió su radio nace en Siena pero vive en Alejandría, Egipto, midió su radio con bastante precisión. con bastante precisión. 

Según se cuenta, la forma en que hizo esta proeza fue la Según se cuenta, la forma en que hizo esta proeza fue la siguiente: en cierta fecha (21 de junio), estando él en la ciudad siguiente: en cierta fecha (21 de junio), estando él en la ciudad de Siena (que hoy se llama Aswan), observó que a mediodía de Siena (que hoy se llama Aswan), observó que a mediodía los rayos del sol entraban en un pozo en forma completamente los rayos del sol entraban en un pozo en forma completamente vertical, sin proyectar sombra alguna. Al año siguiente, en vertical, sin proyectar sombra alguna. Al año siguiente, en Alejandría, clavó una estaca en forma vertical, observando que Alejandría, clavó una estaca en forma vertical, observando que en la misma fecha y hora, ella proyectaba una sombra que en la misma fecha y hora, ella proyectaba una sombra que formaba un ángulo de 7,2°, como se muestra en la figura. formaba un ángulo de 7,2°, como se muestra en la figura. 

Debido a que sabía que el Sol estaba muy lejos, ello le permitió concluir que la Tierra era esférica y, a partir del conocimiento de la medida del ángulo y de la distancia entre las dos ciudades, haciendo algunas consideraciones geométricas simples, calculó el radio de nuestro planeta. Se cuenta que encargó medir la distancia entre las dos ciudades contando las vueltas que, en un viaje entre ellas, daba una rueda de perímetro conocido. 

Veamos cómo Eratóstenes razonó para hacer este cálculo. Ayudados de la figura 2 podemos ver que el ángulo que determina la sombra de la estaca en Alejandría es , que corresponde también al ángulo que se forma en Siena (S), el centro de la Tierra (C) y Alejandría (A).

Si R es el radio de la Tierra y L el arco de circunferencia correspondiente a la distancia entre las dos ciudades, entonces, considerando que el perímetro de una circunferencia de radio R es: 2 πR podemos escribir la siguiente relación de proporcionalidad:

1.

Si consideramos que = 7,2° y que L = 800 km., entonces, reemplazando en 1 podemos calcular R, que resulta ser aproximadamente 6.366 km. 

¿es completamente esférico ¿es completamente esférico nuestro planeta? nuestro planeta?

Fue Isaac Newton quien predijo Fue Isaac Newton quien predijo que la Tierra, al igual que otros que la Tierra, al igual que otros planetas, no era completamente planetas, no era completamente esférica. En realidad la Tierra esférica. En realidad la Tierra está ligeramente achatada en está ligeramente achatada en sus polos y abultada en el sus polos y abultada en el ecuador, como consecuencia de ecuador, como consecuencia de su rotación. Para comprobarlo su rotación. Para comprobarlo basta hacer girar una pelota basta hacer girar una pelota flexible en torno de un palillo flexible en torno de un palillo que la cruza.que la cruza.

En el caso de nuestro planeta En el caso de nuestro planeta este efecto es bastante pequeño este efecto es bastante pequeño y no cometemos un gran error al y no cometemos un gran error al considerarla esférica. Más considerarla esférica. Más exactamente su forma se exactamente su forma se asemeja a la de una pera y se asemeja a la de una pera y se denomina denomina geoidegeoide, pues el polo , pues el polo norte es en promedio unos 10 m norte es en promedio unos 10 m más alto que el polo sur y el más alto que el polo sur y el abultamiento en el ecuador es abultamiento en el ecuador es de unos 20 kilómetros. de unos 20 kilómetros.

¿cuál será la masa de ¿cuál será la masa de nuestro planeta? nuestro planeta?

La respuesta es fácil: 5,9 La respuesta es fácil: 5,9 10 1024 24 kg. kg. Lo que no es fácil es explicar cómo Lo que no es fácil es explicar cómo se obtuvo este valor. Solo diremos se obtuvo este valor. Solo diremos que el mérito de haberla calculado que el mérito de haberla calculado corresponde a Henry Cavendish corresponde a Henry Cavendish (1731 – 1810) y que lo hizo en base a (1731 – 1810) y que lo hizo en base a la ley de gravitación universal la ley de gravitación universal descubierta por Isaac Newton. descubierta por Isaac Newton.

¿Cuál es la superficie de nuestro ¿Cuál es la superficie de nuestro planeta?planeta?

S = 4R2

¿Cuál es el volumen de nuestro planeta?¿Cuál es el volumen de nuestro planeta?

sin considerar las irregularidades debida a los accidentes geográficos, reemplazando el radio de la Tierra, encontramos que S = 5,1 108 km.

Reemplazando el radio de la Tierra, obtenemos V Tierra 1,08 1012 km3. 

¿Cuál es la densidad de ¿Cuál es la densidad de la Tierra? la Tierra?

Reemplazando en esta Reemplazando en esta expresión los datos antes expresión los datos antes señalados, encontramos señalados, encontramos que la densidad global de que la densidad global de nuestro planeta es nuestro planeta es aproximadamente 5,48 aproximadamente 5,48 gr./cmgr./cm33. Lo curioso es . Lo curioso es que la densidad de las que la densidad de las rocas que hallamos en su rocas que hallamos en su superficie es bastante superficie es bastante menor; en efecto, en menor; en efecto, en promedio es de 3,3 promedio es de 3,3 gr./cmgr./cm33. .

Estructura interna de la Estructura interna de la Tierra Tierra

Todo parece indicar que el núcleo interno es una esfera Todo parece indicar que el núcleo interno es una esfera de unos 1.200 km. de radio compuesta principalmente de unos 1.200 km. de radio compuesta principalmente de hierro y níquel en estado sólido. El núcleo externo de hierro y níquel en estado sólido. El núcleo externo que le rodea, también compuesto de los mismos que le rodea, también compuesto de los mismos materiales, posee un espesor de unos 2.200 km., pero materiales, posee un espesor de unos 2.200 km., pero está en estado líquido. Le sigue el manto, con un está en estado líquido. Le sigue el manto, con un espesor de unos 2.200 km. compuesto espesor de unos 2.200 km. compuesto mayoritariamente de rocas silíceas sólidas. La litosfera, mayoritariamente de rocas silíceas sólidas. La litosfera, que significa que significa esfera de rocasesfera de rocas y que es por donde y que es por donde caminamos, posee en promedio apenas 40 km. de caminamos, posee en promedio apenas 40 km. de espesor y está constituida principalmente por silicio, espesor y está constituida principalmente por silicio, hierro y magnesio; también flota sobre el manto hierro y magnesio; también flota sobre el manto interno de material fundido en permanente movimiento interno de material fundido en permanente movimiento debido a corrientes de convección.debido a corrientes de convección.

La atmósfera, la hidrosfera La atmósfera, la hidrosfera y la biosfera y la biosfera

La atmósfera es una delgada capa de gas La atmósfera es una delgada capa de gas que rodea a nuestro planeta. Su altura que rodea a nuestro planeta. Su altura respecto del nivel del mar se estima en respecto del nivel del mar se estima en unos 80 kilómetros. unos 80 kilómetros.

La atmósfera está actualmente La atmósfera está actualmente compuesta principalmente por nitrógeno. compuesta principalmente por nitrógeno. A nivel del mar, sin considerar el vapor A nivel del mar, sin considerar el vapor de agua, encontramos un 78,1 % de de agua, encontramos un 78,1 % de nitrógeno y un 20,9 % de oxígeno, nitrógeno y un 20,9 % de oxígeno, mientras que el 2 % restante mientras que el 2 % restante corresponde a otros gases. corresponde a otros gases. 

•A la atmósfera se la puede dividir en varias capas. La más baja y más densa, que es donde normalmente respiramos, se la denomina troposfera, sobre ella se encuentra la estratosfera y más arriba la mesosfera, en donde el aire está muy enrarecido. Más arriba aún está la ionosfera (no representada en la figura)

La hidrosfera, constituida por los océanos, La hidrosfera, constituida por los océanos, lagunas y ríos, cubre aproximadamente las tres lagunas y ríos, cubre aproximadamente las tres cuartas partes de la superficie terrestre y se cuartas partes de la superficie terrestre y se encuentra principalmente en estado líquido. encuentra principalmente en estado líquido. 

La biosfera, o La biosfera, o esfera de vidaesfera de vida, es aquella en que , es aquella en que existen las condiciones para que la vida vegetal existen las condiciones para que la vida vegetal y animal se desarrolle y contempla la parte y animal se desarrolle y contempla la parte superior de la litosfera, la hidrosfera y la parte superior de la litosfera, la hidrosfera y la parte baja de la atmósfera. baja de la atmósfera. 

Origen y evolución de la Origen y evolución de la Tierra Tierra

Según los geólogos, que son los científicos que estudian Según los geólogos, que son los científicos que estudian nuestro planeta, éste se habría formado hace unos 4.650 nuestro planeta, éste se habría formado hace unos 4.650 millones de años. Esta edad se ha podido determinar por millones de años. Esta edad se ha podido determinar por medio de métodos basados en la desintegración de medio de métodos basados en la desintegración de isótopos radiactivos, forma de datación de gran isótopos radiactivos, forma de datación de gran importancia. Como veremos más adelante, existen buenas importancia. Como veremos más adelante, existen buenas razones para pensar que el Sol y todos los astros que le razones para pensar que el Sol y todos los astros que le rodean, incluida la Tierra, se formaron casi simultánea y rodean, incluida la Tierra, se formaron casi simultánea y en un mismo proceso.  en un mismo proceso. 

De un anillo que rodeaba a nuestro Sol, también en De un anillo que rodeaba a nuestro Sol, también en proceso de formación, parte de la materia que lo constituía proceso de formación, parte de la materia que lo constituía se aglutinó para formar lo que ahora es la Tierra. Durante se aglutinó para formar lo que ahora es la Tierra. Durante este proceso el planeta tenía un aspecto muy diferente al este proceso el planeta tenía un aspecto muy diferente al que posee hoy. Predominaban las altas temperaturas, las que posee hoy. Predominaban las altas temperaturas, las rocas fluían como lava volcánica por todos lados, no había rocas fluían como lava volcánica por todos lados, no había océanos y una atmósfera inestable formada de gases que océanos y una atmósfera inestable formada de gases que emanaban los volcanes se perdía en el espacio. emanaban los volcanes se perdía en el espacio.

Como en el resto del sistema Como en el resto del sistema solar la conmoción era similar, y solar la conmoción era similar, y el anillo que rodeaba al Sol aún el anillo que rodeaba al Sol aún era significativo, caía a nuestro era significativo, caía a nuestro planeta una gran cantidad de planeta una gran cantidad de materia proveniente del espacio. materia proveniente del espacio. En efecto, su superficie era En efecto, su superficie era permanentemente bombardeada permanentemente bombardeada por meteoritos y cometas. Estos por meteoritos y cometas. Estos últimos traían gran cantidad de últimos traían gran cantidad de agua en forma de hielo, la cual agua en forma de hielo, la cual poco a poco fue enfriando la poco a poco fue enfriando la superficie y, al evaporarse, superficie y, al evaporarse, formó una espesa nube que formó una espesa nube que ocultó al Sol y las estrellas. ocultó al Sol y las estrellas. Cuando la temperatura de las Cuando la temperatura de las rocas superficiales descendió lo rocas superficiales descendió lo suficiente, estas nubes suficiente, estas nubes produjeron la lluvia más grande produjeron la lluvia más grande que podamos imaginar: un que podamos imaginar: un verdadero diluvio. verdadero diluvio. 

•En un corto período este paisaje infernal cambió En un corto período este paisaje infernal cambió significativamente y el planeta adquirió un aspecto similar al que le significativamente y el planeta adquirió un aspecto similar al que le conocemos hoy. Se formó un gran océano, un gran continente y conocemos hoy. Se formó un gran océano, un gran continente y una atmósfera diáfana que permitía la llegada de la luz solar. Pero una atmósfera diáfana que permitía la llegada de la luz solar. Pero en las rocas de ese continente (que hoy llamamos Pangea) y en las en las rocas de ese continente (que hoy llamamos Pangea) y en las aguas de ese océano primitivo aún no había vida, y la atmósfera aguas de ese océano primitivo aún no había vida, y la atmósfera prácticamente no contenía oxígeno. Sin embargo, el escenario para prácticamente no contenía oxígeno. Sin embargo, el escenario para la vida ya estaba listo. Posiblemente el Pangea, es decir, los la vida ya estaba listo. Posiblemente el Pangea, es decir, los continentes que hoy conocemos, estaban agrupados continentes que hoy conocemos, estaban agrupados

Origen de la vidaOrigen de la vida Los bioquímicos, que por muchos años estuvieron intrigados por el Los bioquímicos, que por muchos años estuvieron intrigados por el

origen de la vida en nuestro planeta, han llegado a la conclusión de que origen de la vida en nuestro planeta, han llegado a la conclusión de que ella se originó casi inmediatamente después de un gran diluvio. Han ella se originó casi inmediatamente después de un gran diluvio. Han podido constatar, reproduciendo en el laboratorio las condiciones de podido constatar, reproduciendo en el laboratorio las condiciones de ese período, que la vida surge sin mayor demora. También es ese período, que la vida surge sin mayor demora. También es importante saber que el oxígeno que hoy constituye alrededor del 20% importante saber que el oxígeno que hoy constituye alrededor del 20% del aire atmosférico a nivel de su superficie, fue aportado originalmente del aire atmosférico a nivel de su superficie, fue aportado originalmente por las primeras plantas verdes a través del proceso de fotosíntesis. por las primeras plantas verdes a través del proceso de fotosíntesis. Hoy, en un sorprendente equilibrio que por negligencia los seres Hoy, en un sorprendente equilibrio que por negligencia los seres humanos podemos romper con nefastas consecuencias, las plantas humanos podemos romper con nefastas consecuencias, las plantas continúan aportando oxígeno y los animales superiores lo seguimos continúan aportando oxígeno y los animales superiores lo seguimos utilizando en el proceso de respiración. utilizando en el proceso de respiración.

Es interesante saber que los cambios que hemos descrito tuvieron lugar Es interesante saber que los cambios que hemos descrito tuvieron lugar solo al nivel de la superficie del planeta: su corteza. Desde aquellos solo al nivel de la superficie del planeta: su corteza. Desde aquellos tiempos, su interior, aparte de enfriarse un poco, ha permanecido tiempos, su interior, aparte de enfriarse un poco, ha permanecido prácticamente igual. Por otra parte, este proceso, particularmente la prácticamente igual. Por otra parte, este proceso, particularmente la llegada de materia del espacio en forma de meteoros, meteoritos y llegada de materia del espacio en forma de meteoros, meteoritos y cometas, aún no ha terminado, solo se ha reducido su frecuencia a un cometas, aún no ha terminado, solo se ha reducido su frecuencia a un nivel que no implica gran peligro para nuestra civilización. Otro hecho nivel que no implica gran peligro para nuestra civilización. Otro hecho muy interesante sobre el que debemos reflexionar, es que el agua de la muy interesante sobre el que debemos reflexionar, es que el agua de la cual esta hecho nuestro organismo, la que bebemos y aquella en que cual esta hecho nuestro organismo, la que bebemos y aquella en que nos bañamos, alguna vez formó parte de cometas que hoy ya no existen. nos bañamos, alguna vez formó parte de cometas que hoy ya no existen.

El dinamismo del planetaEl dinamismo del planeta

La deriva de los continentes continúa. Así, en el La deriva de los continentes continúa. Así, en el atlántico, América y África se separan atlántico, América y África se separan alrededor de 1 cm por siglo. Hay también un alrededor de 1 cm por siglo. Hay también un centenar de volcanes activos que liberan poco a centenar de volcanes activos que liberan poco a poco el calor interno del planeta. Innumerables poco el calor interno del planeta. Innumerables fallas geológicas muestran cómo ciertas placas fallas geológicas muestran cómo ciertas placas de la corteza se deslizan unas contra las otras, de la corteza se deslizan unas contra las otras, formando nuevas cadenas montañosas. formando nuevas cadenas montañosas.

Lo que ocurre en nuestro país, donde la placa Lo que ocurre en nuestro país, donde la placa oceánica de Nazca se introduce bajo la placa oceánica de Nazca se introduce bajo la placa continental. continental.

•Toda esta actividad se pone en evidencia a través de una actividad sísmica permanente. De vez en cuando, si los sismos son demasiado grandes, terremotos y tsunamis producen gran destrucción y mortandad. Nuestro país es altamente sísmico y cada cierto número de años suele haber un terremoto de grandes proporciones.

Escalas de Mercalli y de Escalas de Mercalli y de Richter Richter

La más antigua es la La más antigua es la escala de Mercalli, escala de Mercalli, en la cual se expresa en la cual se expresa el grado de el grado de destrucción de un destrucción de un sismo por medio de sismo por medio de números romanos números romanos del I al XII. Esta se del I al XII. Esta se determina realizando determina realizando un estudio del sismo un estudio del sismo por medio de la por medio de la sensación percibida sensación percibida por la gente, pues por la gente, pues expresa la energía expresa la energía total liberada en él. total liberada en él.

Escala de RichterEscala de Richter

La otra es la escala La otra es la escala de Richter, que va de Richter, que va de 0 a 10 grados. de 0 a 10 grados. Es una escala que Es una escala que crece en forma crece en forma potencial, potencial, representa la representa la energía liberada en energía liberada en el sismo, y se el sismo, y se registra por medio registra por medio de un sismógrafo.de un sismógrafo.

¿Qué tipo de ondas sísmicas ¿Qué tipo de ondas sísmicas existen? existen?

Básicamente dos: las longitudinales (u ondas Básicamente dos: las longitudinales (u ondas P), en que el terreno se mueve P), en que el terreno se mueve horizontalmente, y las transversales (u ondas horizontalmente, y las transversales (u ondas S), en que el suelo sube y baja. El tipo de S), en que el suelo sube y baja. El tipo de onda que se produce en un sitio depende de onda que se produce en un sitio depende de la posición y lugar en que se origina el sismo; la posición y lugar en que se origina el sismo; es decir, del epicentro y del hipocentro; o sea, es decir, del epicentro y del hipocentro; o sea, de la profundidad en que se produce el sismo. de la profundidad en que se produce el sismo.

Los movimientos de la Los movimientos de la Tierra y la precesión de las Tierra y la precesión de las

estaciones estaciones La sucesión del día y la noche y el movimiento de los La sucesión del día y la noche y el movimiento de los

astros en el cielo se explican diciendo que la Tierra rota astros en el cielo se explican diciendo que la Tierra rota en torno de su eje, que la cruza de polo a polo, en torno de su eje, que la cruza de polo a polo, aproximadamente en 24 horas. El cambio de estrellas aproximadamente en 24 horas. El cambio de estrellas que se producen de una época del año a otro se explica que se producen de una época del año a otro se explica por el movimiento de traslación de la Tierra alrededor por el movimiento de traslación de la Tierra alrededor del Sol, en aproximadamente un año. Suele decirse del Sol, en aproximadamente un año. Suele decirse también que la órbita de la Tierra alrededor del Sol es también que la órbita de la Tierra alrededor del Sol es elíptica, encontrándose más lejos del Sol en cierta elíptica, encontrándose más lejos del Sol en cierta época del año y más cerca en otra, explicando así el época del año y más cerca en otra, explicando así el fenómeno de las cuatro estaciones del año. También se fenómeno de las cuatro estaciones del año. También se dice en algunas partes: la Tierra está más lejos del Sol dice en algunas partes: la Tierra está más lejos del Sol en el invierno que en el verano. En esto hay un en el invierno que en el verano. En esto hay un profundo error. Si bien es cierto que la órbita terrestre profundo error. Si bien es cierto que la órbita terrestre es elíptica y que en algunas fechas estamos un poco es elíptica y que en algunas fechas estamos un poco más lejos del Sol que en otras, esto no explica el más lejos del Sol que en otras, esto no explica el cambio de clima a través del año. cambio de clima a través del año.

Otro tipo de movimientoOtro tipo de movimiento El eje terrestre también se El eje terrestre también se

mueve rotando sobre sí mueve rotando sobre sí mismo.mismo.

Pero tarda alrededor de 27 Pero tarda alrededor de 27 mil años en dar una vuelta, mil años en dar una vuelta, por lo cual, cada 13 mil años por lo cual, cada 13 mil años las estaciones se invierten. las estaciones se invierten.

Experimenta también Experimenta también algunas vibraciones o algunas vibraciones o nutación, en períodos más nutación, en períodos más breves. La mejor manera de breves. La mejor manera de visualizar estos complejos visualizar estos complejos fenómenos es observando fenómenos es observando con atención los con atención los movimientos que movimientos que experimenta el eje de un experimenta el eje de un trompo de juguete. trompo de juguete.

Ejercicios PSUEjercicios PSU

1- Los efectos en un terremoto, son medidos a

través de: a) La escala Mercalli que mide

magnitud b) La escala Richter que mide

magnitud c) La escala Mercalli que mide

intensidad d) La escala Richter que mide

intensidad e) Ambas escalas

Respuesta: C

2- El transbordador espacial regresa a nuestro planeta después de su última

misión, entonces cruza la atmósfera en el siguiente orden:

a) Troposfera - Estratosfera - Mesosfera - termosfera

b) Estratosfera - Termosfera - Mesosfera - Troposfera

c) Termosfera - Mesosfera - Estratosfera - Troposfera

d) Mesosfera - Termosfera - Estratosfera - Troposfera

e) Estratosfera - Troposfera - Mesosfera - Termosfera

Respuesta: C

3- El campo magnético de la tierra se produce en:

a) El núcleo interno b) El núcleo externo c) El manto interno d) El manto externo e) La corteza

Respuesta: B

4- El campo magnético de la tierra se debe a la presencia de ........... en su

interior.

a) Hierro b) Níquel c) Silicio d) Magma e) Oxígeno

Respuesta: A

5- Respecto a las ondas P es correcto afirmar:

I. Son LongitudinalesII. Se propagan solo a través de regiones sólidas y

líquidas.III. Son las primeras en ser detectadas en un

registro sismológico.

a) Sólo I b) Sólo II c) Sólo III d) Sólo I y II e) I, II y III Respuesta:

E

6- respecto a las ondas S es correcto afirmar:

I. Son Transversales.II. Se propagan solo a través de regiones

sólidas III. no son detectadas por el sismógrafo

a) Sólo I b) Sólo II c) Sólo III d) Sólo I y II e) I, II y III

Respuesta: D