Fundamentos de la Cosmología y la Dinámica Terrestre: De Aristóteles al Big Bang

Evolución Histórica de la Cosmología

Pioneros y Modelos Clásicos

• Aristóteles: Propuso un modelo de 55 esferas con la Tierra en el centro.
• Ptolomeo: Desarrolló el sistema geocéntrico, base de la mecánica celeste antigua.
• Copérnico: Postuló la teoría heliocéntrica, colocando el Sol en el centro.
• Galilei: Utilizó el telescopio (1609) para realizar observaciones cruciales.
• Kepler: Sus leyes contribuyeron a acabar definitivamente con el geocentrismo.
• Newton: Formuló las tres leyes de la mecánica y la Ley de Gravitación Universal.

La Era Moderna y la Expansión del Universo

• Einstein: Desarrolló la Teoría General de la Relatividad, que predice un universo en expansión.

La Teoría del Big Bang

El Big Bang postula que toda la energía del universo estuvo concentrada en un punto inicial, conocido como el “huevo cósmico”, con una temperatura y densidad de 10.000 millones de ºK. Al explotar, la energía se transformó en materia, siguiendo la relación $E = mc^2$ (donde $c$ es la velocidad de la luz, aproximadamente $3 \times 10^8$ m/s).

Con el tiempo, la temperatura y la velocidad de expansión disminuyeron. A 3.000 ºK, los núcleos captaron electrones para formar átomos. Los elementos más sencillos formados fueron hidrógeno (75%) y helio (25%). Estos átomos, atraídos por fuerzas gravitatorias, se juntaron en nubes de materia densas, de las cuales surgirán las estrellas y los planetas.

Evidencias de la Expansión

• Efecto Doppler: Describe cómo la frecuencia de una fuente de onda cambia si esta se desplaza respecto al observador.
• Ley de Recesión de las Galaxias (Hubble): Establece que la velocidad de alejamiento de las galaxias es directamente proporcional a su distancia.
• Radiación Cósmica de Fondo: A medida que el universo se expande, se enfría. Esta radiación es el remanente térmico del Big Bang, correspondiente a un cuerpo que se encuentra actualmente a 3 grados Kelvin.

Geodinámica Terrestre: Tectónica de Placas

Mecanismos de Movimiento de Placas

La Tectónica de Placas explica el movimiento de la litosfera terrestre. Los principales mecanismos que impulsan este movimiento son:

1. Corrientes de Convección: Movimientos circulares en la astenosfera que arrastran las placas.
2. Arrastre de las Placas: La corteza formada en las dorsales oceánicas (donde tiene alta temperatura y menor densidad) es arrastrada.
3. Empuje de Placas: La corteza se crea en las dorsales (zonas elevadas). La gravedad provoca que esta nueva corteza se deslice hacia las zonas profundas.

La Deriva Continental

La hipótesis de la Deriva Continental, propuesta por Wegener, sugiere que los continentes estuvieron unidos en un único supercontinente llamado Pangea.

Propiedades y Destino del Universo

Edad y Composición

La Edad del Universo se estima en aproximadamente 15.000 millones de años. Su composición actual es:

• Energía Oscura: 65%
• Materia Oscura: 30%
• Materia Bariónica (visible, ej. planetas): 5%

El Futuro del Universo

El destino final del universo depende de si su densidad de materia está por encima, igual o por debajo de la densidad crítica:

1. Densidad > Densidad Crítica: La gravedad frenará la expansión hasta que se invierta, colapsando en un punto (Gran Aplastamiento o Big Crunch).
2. Densidad = Densidad Crítica: El universo se expandirá para siempre.
3. Densidad < Densidad Crítica: La gravedad no es capaz de detener la expansión. Se producirá una expansión eterna, llevando al Gran Desgarramiento (Big Rip).

Astronomía por Espectro Electromagnético

Las diferentes ramas de la astronomía estudian el universo a través de distintas longitudes de onda:

• Radioastronomía: Detecta las radiaciones menos energéticas.
• Astronomía Infrarroja: Utiliza longitudes de onda menores. Permite estudiar regiones de formación de estrellas, discos protoplanetarios y núcleos de galaxias.
• Astronomía Ultravioleta: Se centra en objetos estelares (estrellas, galaxias, el Sol).
• Rayos X y Gamma: Las radiaciones más energéticas. Revelan procesos violentos como agujeros negros y choques de galaxias.

Tipos de Contacto entre Placas Tectónicas

Los límites entre placas definen la actividad geológica de la Tierra:

1. Bordes Divergentes:

   Las placas se separan. El material que asciende empuja la corteza hacia ambos lados, generando una elevada actividad volcánica (ej. dorsales oceánicas).

2. Bordes Transformantes:

   Las placas se deslizan lateralmente en la misma dirección pero en sentido opuesto. En estos límites ni se crea ni se destruye materia. La línea de contacto es la falla transformante.

3. Bordes Convergentes:

   Las placas chocan. Existen tres subtipos:

   • Oceánica con Continental: La placa oceánica (más densa) subduce (se hunde) hasta fundirse. La fricción genera seísmos y la lava sale por grietas.
   • Dos Oceánicas: La placa más densa subduce. Se producen arcos de islas debido a los volcanes.
   • Dos Continentales: Se produce la obducción (colisión continental) después de la desaparición de la corteza oceánica por subducción previa. Ejemplo: el Himalaya.