vida en la tierra

Vida en la Tierra

• ¿Inevitable dadas las leyes de la naturaleza y la química en las condiciones apropiadas?

• Principio de Mediocridad: No hay nada terriblemente especial sobre las circunstancias astronómicas, geológicas, físicas, y químicas de la Tierra.

• ¿Milagro?• Accidente?

Premisa importante

EL Universo es homogéneo e isotrópico .• Las leyes de la naturaleza son iguales en todas

partes.• Podemos aplicar lo aprendido en la Tierra a la via

en el espacio. Dadas las mismas circunstancias, la vida se tendría que haber repetido en algún otro lugar.

# de civilizaciones

avanzadas con las que

podemos contactar

Ecuación de Drake

N = N* × fp × ne × fl × fi × fc × LRitmo de formación

de estrellas de tipo solar

Fracción de estrellas

con planetas

# de planetas

tipo Tierra por

sistema

Fracción en la que

se origina la

vida

Fracción de

evolución de la

inteligencia

Fracción que llega a

comunicarse

Vida de civilizaciones avanzadas

Frank Drake

Tal vez no debiéramos buscar alienígenas

• Llevamos emitiendo nuestra presencia en la Tierra desde hace 65 años.

• Actualmente, la Tierra emite más ondas de radio que el Sol.

• Hay alguien viendo la TV ahí afuera?• También han habido algunos mensajes

intencionales.

SETI

• Comunicaciones usando ondas de radio– La Tierra ha estado emitiendo ondas de radio

durante este siglo– Rango de longitud de onda para la

comunicación interestelar: 18–21 cm

• La búsqueda de SETI continua– SETI–http://www.seti.org

Voyager– el mensaje se ha enviado

Uno de…

Nosotros somos:• 1 planeta de 9 en nuestro

Sistema Solar• 1 sistema estelar de unas

100 mil millones de estrellas en la Vía Láctea.

• 1 galaxia de las 100 mil millones que se observan en el Universo.

• En el Universo, el número de estrellas es mayor que el de los granos de arena en todas las playas de la Tierra.

• Cada una de estas estrellas podría tener planetas.

• ¿Es razonable pensar que la vida sólo existe en la Tierra?

Para hacernos una idea de la escala de distancia en el espacio, tomemos como referencia a nuestro Sistema Solar.

• Si el Sol fuera del tamaño de un pomelo, la Tierra sería del tamaño de la cabeza de un alfiler.

• La Tierra estaría a unos 25 metros del Sol. ¡ La Luna a unos 4 centímetros!

• Plutón estaría a unos 600 metros de distancia.

Viaje InterestelarLas naves espaciales Voyager son los vehículos más rápidos construidos por el ser humano. Sin embargo, una de estas naves tardaría unos 100000 años en llegar a algún sistema estelar cercano.

http://nssdc.gsfc.nasa.gov/photo_gallery/photogallery-spacecraft.html

¿Primer Contacto?

• Imaginemos que hay vida en el sistema Alfa Centauri.

• Tardaríamos 100000 años en llegar en una nave Voyager.

• Tardaríamos unos 8 años y medio en mandar una señal de radio y recibir una respuesta.

Elementos para la vida

• El Carbono es el elemento más importante de la vida en la Tierra, seguido por el oxígeno y el nitrógeno.

Definiendo la vida

• Compuesta por moléculas orgánicas .• Intercambio de materia y energía• Reproducción• Capacidad para mutar– la descendencia no es

idéntica a los progenitores.• Sensibilidad al medio ambiente.

Definir lo que es vida es muy complicado. Las definiciones tradicionales de vida la describen como:

¿El Universo temprano?

• En el Universo temprano, los primeros elementos en formarse fueron el hidrógeno (75%) y el helio (25%).

• Los cúmulos globulares contienen las estrellas más viejas de la Vía Láctea– entre 10 mil y 13000 millones de años. ¿Deberíamos buscar vida alrededor de estas estrellas?

http://www.shef.ac.uk/physics/research/pa/DM-introduction-0397.html

¿De qué está hecha la Tierra?

• Poco hidrógeno y helio. Son menos del 0.1% de la masa de la Tierra.

• La vida en la Tierra no requiere casi nada de Helio y sólo necesita pequeñas cantidades de hidrógeno, aparte del H del agua.

• Todos estos elementos se forman dentro de las estrellas. Esto quiere decir que, para que la vida se pueda desarrollar, necesitamos una segunda o tercera generación de estrellas. Estos elementos no se formaron en el Big Bang.

• “¡Somos polvo de estrellas!”

¿Qué son las galaxias?

• Son plantas gigantes de reciclaje separadas por grandes distancias.

• La estrellas sólo nacen en galaxias de polvo y gas. • Las estrellas convierten el hidrógeno en helio,y

después en elementos más pesados a través de la fusoón durante millones o miles de millones de años.

• Las estrellas mueren y expulsan su material dentro de la galaxia.

• Se forman nuevas estrellas,• Crucial para el desarrollo de la vida!

Base química de la vida• El humano medio tiene:

– 6 x 1027 átomos – A lo largo de nuestra vida, 1012 átomos de Carbono 14

(14C) se “mueren”– De los 90 elementos estables, unos 27 son esenciales

para la vida.

http://www.genesismission.org/science/mod2_aei/

Base Química de la Vida

• La vida en la Tierra es mayoritariamente:

– 60% hidrógeno– 25% oxígeno– 10% carbono– 2% nitrógeno– Con algo de calcio,

fósforo y azufre.– La corteza terrestre es:

– 47% oxígeno– 28% silicio

• El Universo y el Sistema Solar son, sobre todo:

– 93% hidrógeno– 6% helio– 0.06% oxígeno– 0.03% carbono– 0.01% nitrógeno

Por número…

Formación del sistema Tierra-luna• colisión de la Tierra con un cuerpo del tamaño de Marte• El núcleo del planeta se hundió en la Tierra• La velocidad de rotación de la Tierra incrementó• Los restos formaron la Luna

¿Es una buena hipótesis?

• La Tierra tiene un núcleo de hierro ; sin embargo la Luna no– Los restos de la colisión

vinieron de las capas de roca reducidas. El núcleo de hierro del impactor se fundió en el impacto y se fusionó con el de la Tierra.

• La Luna carece de hierro.

¿Qué implica?• Caliente, Caliente.... Aunque la teoría de

la Luna no fuese correcta, siguen habiendo impactos

• Durante un impacto, un cuerpo libera energía cinética y potencial gravitatorio.

• Además, los elementos radiactivos calentaron la Tierra.

Estructura

• No todo el hierro se hundió al centro

• El núcleo tiene dos partes

• La temperatura y la presión aumentan con la profundidad.

Núcleo Interno

• Se mantiene en forma sólida debido a la presión

• Alcanza temperaturas muy altas• Compuesto mayoritariamente por hierro

(Fe) • Podría estar rotando más rápido que el resto

del planeta.

Núcleo externo

• Capa líquida de la Tierra: la presión no es lo suficientemente grande como para mantenerlo sólido

• Mayoritariamente Hierro.• Compuesto por líquido

muy caliente alrededor del núcleo sólido– crea el campo magnético de la Tierra.

Manto

• Capa más grande de la Tierra: contiene la lava y el magma

• Diferenciado del núcleo• La temperatura aumenta con la profundidad• Calentado desde abajo

Corteza

• Capa exterior de la Tierra (incluye los océanos) que flota en el manto

• Mucho más fino y frío que las otras capas• Rocosa y rota en unas 21 piezas • Abundante agua y oxígeno

Reciclando Bioelementos

• El núcleo se mantiene caliente gracias a la gravedad y a la relatividad.

• Esto permite una circulación permanente de bioelementos a través del movimiento de las placas.

• Puede que planetas que estén en formación actualmente, que hay menos supernovas, no tengan la radioactividad suficiente para sostener movimientos de placas y volcanes

La Primera Atmósfera Terrestre

• El calor interno de la Tierra influenció en el desarrollo de la atmósfera de la Tierra primitiva.

• Los gases del disco interior se escaparon y la protoTierra no era lo suficientemente masiva para capturarlos. Cualquier impacto hubiese volado la atmósfera.

• Lo más `probable es que la protoTierra caliente derritió el hielo de los granos de polvo que componían la Tierra primitiva - (H2O), (CO2), y (N2)– la primera atmósfera.

• El agua se condensó, formando los océanos, y gran parte del CO2 se disolvió en los océanos en sedimentos– como el carbonato de calcio (CaCO3).

Nuestra atmósfera

• Las rocas anteriores a los 2 millones de años muestran que el oxígeno en la atmósfera era escasa, o puede que fuera inexistente

• Composición actual: 78% nitrógeno, 21% oxígeno, y algo de agua, carbono, dióxido de carbono…

• ¿De dónde vino el oxígeno?• Fue producido por las

cianobacterias– La vida en la Tierra modifica su

atmósfera

Este nuevo planeta

• Océanos y tierra firme• Impactos de pequeños cuerpos: terminó hace 3800

millones de años• Los impactos podrían haber esterilizado la joven

Tierra– Extinciones masivas y vaporización de océanos.

• Los impactos y la actividad volcánica crearon los continentes

• Poco oxígeno significa falta de capa de ozono– luz ultravioleta en la superficie.

• Las descargas eléctricas, la radioactividad y el calor geotermal proporcionaron la energía para las reacciones químicas.

Agua

• El agua es la clave para la vida en la Tierra.• Constituyente principal de la vida• Es un buen disolvente

– Disuelve moléculas– Debe estar en estado líquido, con lo cual tiene

que estar a unas ciertas condiciones de presión y temperatura

• Si asumimos que toda la vida necesita agua, estamos limitando los planetas que podrían albergarla.

El agua como disolvente

• La molécula de agua es polar. Los átomos de oxígeno tienen más energía negativa que los de hidrógeno.

• De este modo, el agua atrae a otras moléculas, las rodea y las disuelve.

El Agua• Amortiguador de la temperatura

– Tiene que absorber una cantidad importante de calor para cambiar de temperatura

– Cuando se evaporiza, se lleva el calor consigo, enfriando el lugar donde estaba

• Flota.– Buena propiedad para la vida en

el agua.– Si fuese de otra forma, el agua

se congelaría desde abajo, acabando con toda la vida del lugar.

– Al flotar, actúa de aislante de temperatura..

Caliente, pero no demasiado

• ¿Qué controla la temperatura de un planeta?– La cantidad de luz recibida por su estrella.– La cantidad de energía reflejada por el planeta.– Cualquier efecto invernadero del planeta..

• La distancia, teniendo en cuenta la luminosidad de la estrella es lo que se llama la zona de habitabilidad de la estrella, ya que la temperatura de los planetas que se encuentran en esta zona es adecuada para la vida.

Factores de habitabilidad y vida

• Distancia del Sol• Luminosidad del sol• Tamaño del planeta• Procesos de pérdida atmosférica• Efecto invernadero y gases en la atmósfera• Fuente de energía(interna/externa)• Presencia de agua• Presencia de biomoléculas de carbono

Zonas de habitabilidad

• Estrella de larga vida• Planetas con órbitas estables

(temperaturas estables)• Agua líquida• Elementos pesados– C, N, O, etc.• Protección de la radiación

ultravioleta

Zona de habitabilidad galáctica

• Igualmente, la galaxia tiene zonas mejor condicionadas para la vida.

• En el interior de la galaxia hay demasiadas supernovas.

• En las regiones exteriores hay demasiados metales

La variación del Sol

• Según envejece, el Sol se vuelve más brillante.• Una Tierra joven hubiese sido como una bola

de hielo!• Durante nuestras edades de hielo, el cambio de

temperatura no supera el 1%.

http://www.cherishclaire.com/iceball.htm

La variación del Sol

• Hay evidencia de que la Tierra casi se congela hace unos 2800 millones de años y hace 700 millones de años

• La causa seguramente fue un cambio en los gases invernaderos

• Esto implica que la zona habitable puede cambiar con el tiempo. http://www.soest.hawaii.edu/gerard/GG108/images/bylot.jpg

El papel de la vida

• La vida aumenta la erosión de las rocas.

• J.E. Lovelock propuso que la vida estabiliza la temperatura de un planeta

¿Optimismo?

• Carl Sagan dice que:– Si Venus tuviese menos nubes, podría haber

sido un poco más frío…apto para la vida.– Si Marte tuviese una atmósfera más densa, su

temperatura sería mayor, permitiendo la existencia de vida.

¿Pesimismo?

• Sólo consideramos la temperatura, pero:– La gravedad– La presión atmosférica– El tamaño del cuerpo celeste– ¿La vida necesita una luna? ¿Necesita mareas?

¿La Luna protege a la Tierra? ¿Necesitamos un Júpiter?