Evolució de la Terra: Atmosfera i Tectònica de Plaques

Evolució Inicial de la Terra

La Terra es va formar fa aproximadament 4500 milions d'anys a partir de l'acreció dels planetesimals (fragments de matèria inicials del sistema solar). L'impacte entre els planetesimals durant el procés de formació de la Terra va elevar-ne la temperatura, tant que la Terra inicial era líquida, a aproximadament 6000-8000 °C. Això va provocar una separació de materials per densitat: un nucli metàl·lic més dens i una escorça rocosa menys densa.

Masses moleculars i energia cinètica: H₂O (18 g/mol), O₂ (32 g/mol), N₂ (28 g/mol), H₂ (2 g/mol), He (2 g/mol). Energia cinètica: E_c = 1/2 mv².

La Terra líquida inicial no tenia atmosfera: els possibles gasos escapaven cap a l'espai a causa de l'alta temperatura. Quan es va acabar el bombardeig de planetesimals, va començar el refredament. Es va refredar la part exterior i es va formar una escorça sòlida (el refredament encara no ha acabat). Quan hi va haver una escorça sòlida, va començar l'activitat volcànica. En baixar suficientment la temperatura, la gravetat de la Terra va ser capaç de retenir gasos i es va iniciar la formació de l'atmosfera.

Evolució de l'Atmosfera Terrestre

L'atmosfera es va formar a partir dels gasos volcànics, principalment CO₂, H₂ i H₂O. Tanmateix, l'aigua provinent dels gasos volcànics no és suficient per justificar tota l'aigua existent a la Terra. Es creu que l'origen de la major part de l'aigua a la Terra són els impactes de cometes.

Composició Primitiva i Actual

L'atmosfera primitiva contenia CO₂, N₂ i H₂O. Això va canviar radicalment amb l'aparició dels organismes fotosintètics:

• Fotosíntesi: CO₂ + H₂O + energia solar → glucosa + O₂
• Fermentació: Glucosa → alcohol + CO₂
• Respiració: Glucosa + O₂ → CO₂ + H₂O

Com a resultat, pràcticament tot el CO₂ va desaparèixer de l'atmosfera i va ser substituït per O₂. La composició actual de l'atmosfera és (aproximadament, en volum):

• 78% N₂ (Nitrogen)
• 21% O₂ (Oxigen)
• 0,038% CO₂ (Diòxid de Carboni)

L'Atmosfera i la Temperatura Global

Factors Clau: Radiació, Albedo i Efecte Hivernacle

Hi ha tres factors principals que influeixen sobre la temperatura mitjana de la Terra:

1. Quantitat de radiació solar rebuda: Depèn de la distància al Sol.
2. Reflectivitat de la Terra (Albedo): És la fracció de radiació solar reflectida cap a l'espai. L'albedo és un valor comprès entre 0 (reflectivitat nul·la) i 1 (reflectivitat total).
3. Efecte d'hivernacle de l'atmosfera: Capacitat de certs gasos per atrapar la radiació infraroja emesa per la superfície terrestre.

Exemples comparatius (Distància UA, Radiació W/m², Albedo):

• Venus: 0.7 UA - 2620 W/m² - 0.76
• Terra: 1 UA - 1368 W/m² - 0.30
• Mart: 1.5 UA - 589 W/m² - 0.25

Gasos d'Efecte Hivernacle

No tots els gasos absorbeixen la radiació infraroja amb la mateixa eficàcia. L'O₂, N₂ i Ar (Argó) pràcticament no l'absorbeixen. Els principals gasos d'efecte hivernacle i la seva capacitat relativa d'absorció (prenent CO₂=1) són:

• CO₂ (Diòxid de Carboni, ~0,0387%): Absorció relativa 1
• CH₄ (Metà, ~0,000179%): Absorció relativa 72
• N₂O (Òxid Nitrós, ~0,00003%): Absorció relativa 289
• H₂O (Vapor d'aigua, 0-0,5%): Variable, però molt important.

Processos de generació de CO₂:

• Combustió completa del carboni: C + O₂ → CO₂
• Combustió completa d'hidrocarburs (ex: metà): CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Moviment Ondulatori i Ones Sísmiques

Hi ha dos tipus principals de moviment ondulatori: el longitudinal i el transversal.

Tipus d'Ones: Transversals i Longitudinals

• Ones transversals: Són aquelles en què la direcció d'oscil·lació i la direcció de propagació són perpendiculars. La matèria no es desplaça; el que es propaga és l'energia. No es transmeten a través dels fluids (gasos o líquids).
• Ones longitudinals: Són aquelles en què la direcció d'oscil·lació i la de propagació coincideixen. Sí que es transmeten a través dels fluids.

Reflexió i Refracció

Aquest fenomen es dona tant en el moviment ondulatori longitudinal com transversal. Quan un moviment ondulatori es troba amb un medi diferent en el qual la velocitat de propagació és diferent, es produeix una reflexió (part de l'ona rebota) i una refracció (part de l'ona passa al nou medi canviant de direcció).

Ones Sísmiques i Terratrèmols

Un terratrèmol provoca una vibració en un punt de l'interior de la Terra (hipocentre). Aquesta vibració es transmet a través de la Terra en forma d'ones sísmiques. En els terratrèmols es generen tant ones sísmiques longitudinals (ones P, primàries) com transversals (ones S, secundàries).

Formació del Relleu i Tectònica de Plaques

L'Erosió i la Necessitat de Formació Contínua

L'erosió està desgastant contínuament el relleu de la Terra. Amb els milions d'anys d'existència del planeta, qualsevol relleu inicial s'hauria d'haver aplanat. Si actualment veiem muntanyes, han de ser de formació relativament recent (geològicament parlant). Quin és el mecanisme de formació? Una opció són els volcans, però no totes les muntanyes tenen un origen volcànic. La formació d'una muntanya implica un moviment vertical de materials.

Teoria de la Deriva Continental de Wegener

Alfred Wegener (aproximadament 1915-1930) va proposar la teoria de la deriva continental per explicar la formació del relleu i altres observacions geològiques i paleontològiques. Segons Wegener, els continents actuals formaven antigament una massa única (Pangea) que es va fragmentar, i els fragments s'han anat separant.

Corrents de Convecció al Mantell

La convecció és una forma de transmissió de calor pròpia dels fluids (líquids i gasos), no dels sòlids. Es produeix quan la temperatura d'un fluid és més alta a la part inferior que a la superior. Quan un fluid s'escalfa, augmenta de volum (es dilata) i, per tant, disminueix la seva densitat (d = m/v), fent que tendeixi a pujar, mentre que el fluid més fred i dens baixa, creant cicles o corrents de convecció.

Principis de la Tectònica de Plaques

La superfície de la Terra (la litosfera) està dividida en grans fragments anomenats plaques tectòniques, que suren i es mouen sobre una capa més dúctil del mantell (l'astenosfera). El mantell té una temperatura més alta a la part inferior (en contacte amb el nucli) que a la part superior. Els corrents de convecció del mantell, tot i que molt lents (de l'ordre de centímetres per any), exerceixen forces horitzontals sobre les plaques, provocant el seu desplaçament.

Tipus de Plaques Tectòniques

Hi ha dos tipus principals de plaques:

1. Plaques oceàniques: Més fines (6-12 km de gruix) i més denses. Formen els fons oceànics.
2. Plaques continentals: Més gruixudes (15-70 km de gruix) i menys denses. Formen els continents.

Tipus de Límits entre Plaques

Les interaccions entre plaques es produeixen als seus límits, on es concentra l'activitat geològica (terratrèmols, volcans, formació de muntanyes).

Límits Divergents (Constructius)

Les plaques se separen.

• Entre plaques oceàniques: A la frontera de separació, ascendeix material del mantell (magma) que es refreda i solidifica, creant nova escorça oceànica i formant serralades volcàniques submarines anomenades dorsals oceàniques.
• Entre plaques continentals: Es forma una gran fractura o depressió anomenada rift valley, que pot evolucionar fins a convertir-se en un nou oceà.

Límits Convergents (Destructius)

Les plaques xoquen.

• Placa oceànica contra continental: La placa oceànica (més densa) s'enfonsa sota la continental (subducció). Produeix: una serralada volcànica paral·lela a la costa al continent (ex: els Andes), una zona sísmica intensa i una fossa oceànica profunda paral·lela a la costa.
• Placa oceànica contra oceànica: Una de les plaques oceàniques subdueix sota l'altra. Produeix: una serralada volcànica submarina que pot emergir formant un arc d'illes volcàniques, una zona sísmica i una fossa oceànica paral·lela a l'arc d'illes.
• Placa continental contra continental: Com que ambdues són poc denses, cap no subdueix fàcilment. La col·lisió provoca un plegament i engruiximent de l'escorça, formant grans serralades no volcàniques (ex: l'Himàlaia). És una zona sísmica important.

Límits Transformants (Passius)

Una placa llisca lateralment respecte a l'altra, sense crear ni destruir litosfera. Produeix: una zona sísmica intensa al llarg de la falla, sense vulcanisme associat ni relleu muntanyós significatiu (ex: la falla de San Andreas a Califòrnia).