CARPETA DE RECURSOS
Biología y Geología Ciencias de la Naturaleza
edebé
4 ESO
Unidad 1
La historia de la Tierra
Solucionario alumno Responde ◗ La edad de la Tierra está comprendida entre 4 500 y 4 600 Ma. ◗ Del centro hacia fuera se encuentran el núcleo, el manto, la corteza, la hidrosfera y la atmósfera, capas formadas por materiales ordenados según su densidad. Por otra parte, la geosfera está formada por capas de diferente rigidez: del centro hacia fuera, la endosfera (sólida en su parte interna, fundida en su región externa), la mesosfera (sólida), la astenosfera (una mezcla de materiales sólidos y fundidos) y la litosfera (sólida). ◗ Sí. En varios ciclos, los continentes se han fragmentado, se han separado y se han vuelto a unir formando una gran masa continental principal, la mejor conocida de las cuales es Pangea. Los océanos, por consiguiente, también han variado su configuración. Actividades 1. 1: Se formaron cuerpos sólidos de pequeño tamaño, los planetésimos, por un proceso de unión gravitatoria llamado acreción. 2: Los planetésimos se reunieron por acreción formando cuerpos mayores, y éstos se unieron entre sí para formar, hace unos 4 600 Ma, los planetas. 3: La Tierra recién formada debió de recibir el impacto de un cuerpo de gran tamaño. El material arrancado formó un anillo en torno a la Tierra. 4: Hace unos 4 500 Ma, la Tierra y la Luna ya estarían formadas, con unas dimensiones muy similares a las actuales. 2. Desde la superficie hasta una profundidad de 35 km, estaríamos en la corteza, que es parte de la litosfera formada por roca sólida constituida por silicatos que contienen Si, O, Al, Na, K y Ca. Desde los 35 km hasta los 120 km, nos encontraríamos en la parte del manto superior que corresponde a la litosfera. Esto es, hallaríamos roca sólida formada por silicatos que contienen Si, O, Fe y Mg. Desde los 120 km hasta los 240 km, encontraríamos la astenosfera, parte del manto superior formada por silicatos que contienen Si, O, Fe y Mg, que están parcialmente fundidos. Desde los 240 km hasta los 2 900 km, estaríamos en la mesosfera, que comprende el resto del manto. Está formada por silicatos que contienen Si, O, Fe y Mg en estado sólido. Desde los 2 900 km hasta los 5 100 km pasaríamos por el núcleo externo o endosfera externa, que contiene Fe y Ni fundidos. Desde los 5 100 km hasta los 6 000 km nos hallaríamos en el núcleo interno o endosfera interna, que contiene Fe y Ni sólidos. 3. Las rocas más antiguas que se han hallado hasta la fecha son los gneis de Acasta, en Canadá. Tienen una edad de unos 4 000 Ma. Porque los procesos de meteorización, fusión y metamorfismo las deben de haber destruido o transformado.
5. Principio de superposición. Los estratos superiores se han formado encima de los preexistentes, y por tanto son más recientes. Principio de horizontalidad original. Los estratos se forman como capas horizontales sobre el terreno preexistente. Principio de continuidad lateral. Los estratos de una serie determinada ocupan un área geográfica no puntual, de extensión variable, y por tanto pueden encontrarse en series de otros lugares más o menos alejados. Principio de relaciones cruzadas. Todo fenómeno geológico que haya alterado una serie es más reciente que los estratos a los que afecta.
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4. Si la proporción de 40K se ha reducido a 1/8 es que se ha reducido a la mitad tres veces, lo que quiere decir que ha transcurrido tres veces el período de semidesintegración. Por tanto, la edad es de 3 930 Ma.
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Unidad 1 Solucionario alumno Principio de inclusión. Toda roca incluida dentro de un estrato es más antigua que el estrato que la alberga. Principio de actualismo. Los procesos geológicos que han actuado en otras épocas han sido similares a los actuales. El más útil para conocer la antigüedad relativa de los estratos en una serie es el de superposición, aunque también pueden aportar información relevante los principios de horizontalidad original, de relaciones cruzadas y de inclusión. 6. La era Precámbrica ha correspondido, aproximadamente, a 8/9 de la historia del planeta. La Paleozoica, a 1/15. La Mesozoica, a 1/22. La Cenozoica, a 1/75. Las eras son progresivamente más cortas porque han sido delimitadas básicamente por la evolución de la vida, y ésta ha diversificado más rápidamente los grupos más complejos en épocas más recientes. 7. Pueden deducir esa información del estudio del paleomagnetismo, que permite conocer la orientación de las rocas en el momento de su cristalización; de la coincidencia de los márgenes continentales; de la coincidencia de las formaciones geológicas en continentes separados; de la distribución geográfica de especies fósiles; y de la paleoclimatología, que permite conocer la latitud aproximada en que estaba una región al formarse la roca que se estudia. 8. Cuando Rodinia se fragmentó, lo que un día sería Europa pasó a formar parte del continente de Euramérica. En el Pérmico, Europa pasó a formar parte de Pangea. Cuando este supercontinente se fragmentó en el Mesozoico, la parte correspondiente a Europa se separó junto a lo que serían los actuales continentes del hemisferio Norte, formando Laurasia. Durante la era Cenozoica, al fragmentarse Laurasia, se fue formando la Europa que conocemos hoy. 9. Se pueden utilizar todas las técnicas estudiadas, pues los materiales más recientes son, evidentemente, los más abundantes. Sin embargo, el estudio de los anillos de crecimiento de los árboles y el análisis de los testigos de hielo sólo nos permitirían conocer el clima de los últimos siglos o miles de años. Si pretendemos conocer el clima a lo largo del último millón de años, deberemos estudiar los sedimentos oceánicos, el polen fósil o las relaciones isotópicas del oxígeno. 10. Se parecen en la reflexión de la luz que producen los materiales de color claro y en sus consecuencias sobre la reducción de la absorción térmica: al igual que las nubes o el hielo reflejan la luz y enfrían la atmósfera, la ropa blanca también la refleja y permite que nuestro cuerpo absorba menos calor, y por tanto gocemos de una temperatura más fresca.
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11. Peces: era Paleozoica, período Ordovícico. Anfibios: era Paleozoica, período Devónico. Reptiles: era Paleozoica, período Pérmico. Mamíferos: era Mesozoica, período Triásico. Aves: era Mesozoica, período Jurásico. 12. Los primeros seres vivos, posiblemente procariotas similares a las bacterias y cianobacterias, aparecieron cuando la atmósfera estaba constituida por hidrógeno, dióxido de carbono, nitrógeno, metano, amoníaco y vapor de agua. Los microorganismos fotosintéticos fueron expulsando oxígeno, alterando así la composición atmosférica. Hace unos 600 Ma se produjo un aumento considerable en la proporción de oxígeno, lo que posiblemente propició la aparición de una gran variedad de tipos de animales, la llamada explosión cámbrica. Cuando la atmósfera tuvo suficiente ozono, aparecieron los primeros organismos aéreos, primero plantas y más tarde animales. 13. Para empezar, el cuerpo de ese animal posiblemente sufrió un enterramiento rápido en una capa de sedimento. En ese sedimento debió de haber agua que proporcionase minerales que pudieran cristalizar entre los restos orgánicos que se descomponían. Además, habrá hecho falta unas condiciones de reposo muy estables para que la roca formada en aquella época haya mantenido el fósil bien preservado hasta la actualidad.
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Solucionario alumno 14. Para poder fijar la edad absoluta de cualquier estrato ha debido usarse en algún momento previo una datación por radioisótopos. Una vez datados con precisión los fósiles que vamos a utilizar como guía, y habiendo comprobado que éstos sólo se han dado en épocas de duración corta y muy bien delimitada, se pueden datar estratos de otra serie estratigráfica alejada con bastante precisión observando cuáles de aquellos fósiles guía contienen. Síntesis • Se puede añadir las etapas de la evolución de la atmósfera en el siguiente lugar: la atmósfera ha pasado por las fases de
Atmósfera y clima que se conocen por el estudio de
Anillos de crecimiento de los árboles Testigos de hielo Sedimentos oceánicos Polen fósil Relaciones isotópicas del oxígeno
Atmósfera primaria
Atmósfera secundaria
Atmósfera terciaria
formada por
formada por
formada por
Hidrógeno Helio
Hidrógeno Dióxido de carbono Nitrógeno Metano Amoníaco Vapor de agua
Nitrógeno Oxígeno
Seres vivos que se conocen por el estudio de
Fósiles •
Corteza: silicatos formados por Si, O, Al, Na, K y Ca Según la distribución de los materiales
Manto: silicatos formados por Si, O, Fe, Mg Núcleo: Fe y Ni
Litosfera: sólida Según la rigidez
Astenosfera: mezcla de materiales fundidos y sólidos Mesosfera: sólida Endosfera: parte externa fundida, parte interna sólida
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Capas del interior de la Tierra
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Unidad 1 Solucionario alumno Investiga: Análisis de una columna estratigráfica Durante el período Carbonífero, el ambiente era terrestre. Los procesos geológicos dominantes serían de erosión-sedimentación, y el clima, cálido y húmedo. La región debió de estar cubierta de bosques, como atestiguan los fósiles de helechos y de Lepidodendron. Algo similar se puede decir de finales de ese período y principios del Pérmico, por la presencia de un estrato de antracita. En el período Cretácico esta área estaba ocupada por el mar o por lagos salados. Predominarían los procesos de erosión-sedimentación bajo un clima que se hizo cálido y seco hacia finales de ese período. Las comunidades que muestran los fósiles estaban integradas por amonites y belemnites durante la primera parte del Cretácico, y fueron sustituidas por moluscos y foraminíferos hacia el final del período. El límite K-T corresponde al final del Cretácico y principio del Terciario, y está integrado por restos de origen meteorítico y de hollín que indican un posible impacto de un cuerpo extraterrestre. A principios del Terciario, encontramos también un ambiente marino. El clima sería cálido y los procesos dominantes, de erosión-sedimentación. La roca caliza se forma habitualmente a partir de restos de microorganismos con caparazones calcáreos. A principios del Terciario, posiblemente una fase del plegamiento alpino afectó a esta región. El ambiente marino continúa presente hasta mediados del Terciario, como indica el estrato de arenisca con diatomeas, radiolarios y numulites. A mediados del Terciario se produce un episodio de actividad volcánica. La capa de conglomerados de la segunda mitad del Terciario señala un ambiente lacustre en torno al cual se produjo erosión de rocas del Triásico, cuyos fragmentos sedimentaron formando esa nueva roca. A finales del Terciario el ambiente fue de nuevo terrestre con un clima cálido y seco, pues los restos de polen de euforbiáceas corresponden probablemente a una región subdesértica. Finalmente, las tillitas del Cuaternario indican un ambiente terrestre ocupado por glaciares. Son rocas formadas durante alguna de las glaciaciones de ese período, y por tanto atestiguan un clima frío en que predominaban los procesos de erosión-sedimentación. Esos glaciares debieron de erosionar rocas del Cretácico, pues a ese período corresponden los fragmentos que contiene la tillita que se formó. a) Podría haberse usado una datación por radioisótopos. Éste es el método más adecuado para obtener la edad absoluta de un estrato, aunque si se dispone de fósiles guía éstos pueden proporcionar también una datación relativamente precisa. b) Aparentemente, no se cumple el principio de horizontalidad original. En realidad, los estratos que aparecen inclinados sí se depositaron en forma horizontal, pero posteriormente han sido plegados. Ese pliegue debió de producirse entre hace 55 Ma y hace 45 Ma, pues ha de haberse producido una vez formado el estrato plegado más joven, y antes de la deposición del estrato no plegado más antiguo. c) Sí. Por ejemplo, se ha supuesto que el basalto de mediados del Terciario se produjo mediante una erupción volcánica, como sucede hoy día. d) Sí. Los conglomerados del Terciario y las tillitas del Cuaternario contienen fragmentos de roca erosionada que son más antiguos que el sedimento que las envuelve.
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Para comprender 15. Porque los meteoritos son fragmentos residuales de la formación de los planetas. En la nebulosa solar, los planetésimos se concentraron en algunos lugares formando los planetas, pero una buena proporción de ellos posiblemente no llegaron a reunirse nunca, formando los asteroides y meteoritos. Por tanto, la edad de las rocas de esos cuerpos debe de ser una buena aproximación a la edad de los planetas. 16. 51 Pegasi b se descubrió en 1995. Se halla en torno a 51 Pegasi, una estrella similar al Sol que se encuentra a 42 años luz en la constelación de Pegaso. Es el primer exoplaneta que se ha descubierto en torno a una estrella de tipo solar. HD 189733b fue descubierto en 2007 gracias al telescopio espacial de infrarrojos Spitzer. Orbita en
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Solucionario alumno torno a una estrella similar al Sol que se halla a 60 años luz, en la constelación de Vulpecula. El planeta es un júpiter caliente, esto es, un gigante gaseoso muy cercano a su estrella. Su importancia reside en haber sido el primer exoplaneta en que se han hallado claros indicios de agua. 17. El hecho de que la Tierra tenga muchos menos cráteres de impacto que la Luna es debido a la presencia de una atmósfera relativamente densa, a diferencia de la Luna, que no posee atmósfera. Se puede encontrar una relación con el proceso de formación de ambos cuerpos, ya que la presencia o ausencia de atmósfera acaba por depender de la masa de cada astro, y puesto que la Tierra se formó con una masa mayor que la Luna, la primera sí tiene atmósfera mientras que la segunda carece de ella. 18. Porque durante el tiempo que la Tierra permaneció fundida, antes de que solidificasen algunas zonas de su interior, los diferentes materiales se distribuyeron según su densidad. El hierro es, entre los elementos que abundan más en nuestro planeta, el más pesado, y por eso se acumuló a gran profundidad formando el núcleo. 19. Se puede analizar la proporción de 238U y 206Pb que se encuentra en los cristales de circón, y así obtendremos una datación absoluta de éstos. 20. La diferencia principal es que la datación absoluta determina la fecha en que se formó un material, mientras que la datación relativa nos permite deducir si el material es más reciente, contemporáneo o más antiguo que otros materiales de edad conocida. Es más precisa la datación absoluta, aunque el estudio de la presencia de ciertos fósiles guía, en algunos casos, también proporciona una precisión aceptable. 21. — Puesto que los meteoritos tienen una antigüedad del orden de la edad de la Tierra, es necesario analizar radioisótopos de desintegración lenta. El método más recomendable sería el del uranio-plomo. — El método del potasio-argón, ya que los trilobites vivieron en la era Paleozoica. — Aquí utilizaríamos el método del carbono 14, porque se trata de muestras orgánicas que tendrán carbono en abundancia y porque, al ser restos hallados en América, continente de poblamiento reciente, casi con seguridad no superarán el límite de antigüedad que permite medir ese radioisótopo. 22.
B:
C: 3
1
D:
1
2
2
4
3
3
5
4
2
5 6
1
5
23. Se debe a que ambos continentes, durante la era Mesozoica, estaban unidos formando parte de Gondwana, el supercontinente meridional. Por el contrario, en la era Cenozoica ambos continentes se separaron y, al no poder distribuirse las especies de uno por el otro, la fauna y la flora de ambos fueron evolucionando por separado. 24. Se podría analizar el paleomagnetismo fijado en las rocas formadas en el Cretácico, y así deducir la orientación de esos continentes; estudiar los márgenes de la plataforma continental de ambos continentes, para evaluar su grado de coincidencia; observar la presencia de formaciones geológi-
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— No. En la columna D, el estrato 3 es más antiguo que el 2 inferior, y éste más antiguo que el 1 inferior. Es debido a que los estratos están plegados formando un pliegue tumbado.
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Unidad 1 Solucionario alumno cas del Cretácico o anteriores que coincidan en ambos; comprobar la presencia de fósiles que se encuentren en ambos continentes y que sean de especies que no hayan podido expandirse cruzando el océano; y analizar los indicadores paleoclimáticos del Cretácico en ambos continentes, para comprobar si se hallaban en latitudes similares. 25. Son el efecto invernadero, el efecto albedo, las variaciones de la actividad solar, la distribución de continentes y corrientes oceánicas, y los ciclos de Milankovitch. Desde luego, actúan en el presente, aunque varios de ellos son mecanismos que cambian tan lentamente que nos resultan casi imperceptibles. El que ha variado más rápidamente en época reciente es el efecto invernadero, aunque la deforestación y la desertización provocan el aumento del efecto albedo y las variaciones de la actividad solar pueden ser rápidas y puntuales. 26. La actividad de los microorganismos en el Precámbrico fue consumiendo el metano, el amoníaco y el dióxido de carbono que constituían la atmósfera secundaria reductora, y los organismos fotosintéticos liberaron grandes cantidades de oxígeno, que en parte se transformó en ozono. La abundancia de oxígeno en otra atmósfera planetaria, por tanto, podría ser un claro indicio de actividad biológica. 27. La explosión cámbrica, que supuso una gran diversificación de los tipos de animales, se produjo quizá gracias a un aumento en la concentración de oxígeno. La conquista del medio aéreo no fue posible hasta el Silúrico, cuando la atmósfera empezó a contener suficiente ozono. Y las variaciones climáticas han provocado la extinción o permitido la expansión de numerosos grupos de animales y plantas. 28. Se trata de una web en inglés donde el alumno podrá encontrar noticias y otras informaciones sobre dinosaurios y otros animales del pasado.
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29. — Al descenso y ascenso del nivel del mar durante las épocas glaciales e interglaciales, respectivamente, pues el que haya más agua congelada supone que haya menos agua líquida en los océanos. — La hipótesis puede ser que durante las épocas de glaciación, al existir una continuidad continental de ese territorio, muchas especies del continente asiático habrán podido distribuirse por las islas mayores de Indonesia sin necesidad de cruzar el mar. La presencia de rinocerontes en Java y en Sumatra, de especies claramente emparentadas con el rinoceronte indio, confirma esa hipótesis. 30. — Arqueozoico. Durante este período la atmósfera terrestre sufrió cambios profundos: se fue disipando la atmósfera primaria de hidrógeno y helio, siendo sustituida por los gases que expulsaba la actividad volcánica. La corteza terrestre se fue enfriando, y hace 3 400 Ma ya existirían los primeros continentes y océanos. No hay datos fiables de la distribución continental, pues tan sólo se conservan algunas rocas de ese tiempo. Fue en este período cuando aparecieron los primeros seres vivos, hace al menos 3 500 Ma, pero hasta el final del Arqueozoico solamente hubo microorganismos. — Pérmico. La atmósfera ya tenía una composición similar a la actual. En cuanto al clima, éste fue principalmente seco, aunque se ha registrado alguna glaciación. En este período se formó Pangea por la unión de los continentes paleozoicos. La mayoría de los grupos animales actuales ya existían. En este período aparecieron los reptiles, entre ellos los antecesores directos de los mamíferos, y las gimnospermas. Al final del Pérmico se produjo la mayor extinción en masa de la historia del planeta. — Cretácico. La atmósfera en este período tenía la misma composición que en nuestros días. El clima fue cálido y húmedo. Los continentes aún formaban grandes masas en ambos hemisferios, Laurasia y Gondwana, aunque ya se estaban fragmentando. Ya existían los grupos de animales y plantas actuales, y fue en este período cuando se expandieron las angiospermas y, asociados a ellas, algunos grupos de insectos. Existía una gran diversidad de reptiles, como los dinosaurios, los pterosaurios y los ictiosaurios. Al final de este período se produjo otra extinción masiva de especies.
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Solucionario alumno Para ampliar: Chicxulub — La presencia del límite K-T en diversos lugares del mundo y el análisis de su composición llevaron a los geólogos a la idea del impacto de un asteroide contra la Tierra hace unos 65 Ma, momento en que se extinguieron los últimos dinosaurios. Se estudió con mayor detalle la región donde esa capa de arcilla estaba más desarrollada, y se descubrió que el cráter hallado en Chicxulub reunía las características previstas por la hipótesis del impacto. — Gene Shoemaker fue un geólogo planetario de gran relevancia en el estudio de los cuerpos menores del Sistema Solar. En los años sesenta, sus estudios sobre el Meteor Crater, en Arizona, sentaron las bases para la comprensión de los fenómenos de impacto que tanta importancia han tenido en la configuración de la superficie de la Luna, Marte y otros planetas. Contribuyó al conocimiento de los cráteres de impacto de nuestro planeta, y trabajó en la detección de cometas, entre los cuales destaca Shoemaker-Levy 9, que impactó contra Júpiter en 1994. Dedicó los últimos diez años de su vida, hasta su fallecimiento en 1997, al estudio de los NEO (Near Earth Objects), asteroides y cometas cuya trayectoria se cruza con la órbita terrestre. — Se considera NEO a los asteroides y cometas que se acercan a menos de 1,3 unidades astronómicas del Sol (la Tierra está a 1 UA del Sol). Se puede consultar un inventario de más de 5 000 NEO en la web de NeoDys (http://unicorn.eis.uva.es/cgi-bin/neodys/neoibo). — Los mamíferos, de sangre caliente y cubiertos de pelo, estaban mejor adaptados al clima frío que siguió al impacto. Además, la mayoría de los mamíferos de Cretácico eran pequeños, lo que significa que necesitaban poco alimento para sobrevivir, aspecto crucial en una época en que se incendiaron masivamente los bosques y murieron los grandes animales herbívoros y carnívoros. Los cocodrilos son un caso notable. Se sabe que en algunos lugares de África hay cocodrilos que pueden pasar meses prácticamente sin comer; esta capacidad también les habría permitido sobrevivir en aquella época de escasez.
— La idea establecida entre los geólogos era la estabilidad de las masas continentales, que habrían permanecido con la misma posición y forma a lo largo de la historia del planeta. Se explicaba algunas coincidencias de fósiles mediante puentes continentales que hoy estarían sumergidos, o mediante viajes accidentales a través de las corrientes marinas. — Aparte del frecuente rechazo a las nuevas teorías que contradicen las creencias establecidas, en el caso de Wegener el problema fue que éste no pudo explicar de forma satisfactoria el mecanismo que desplazaba los continentes. La oposición a la teoría de Wegener puede parecer científicamente justificada por la falta de una demostración de la explicación sobre por qué se movían los continentes. No obstante, las evidencias que aportó Wegener, vistas desde una perspectiva objetiva, indicaban muy claramente que los continentes se habían desplazado, y una visión científica con suficiente perspectiva histórica debía concluir que dilucidar cuál era el mecanismo de la tectónica era cuestión de tiempo. — La idea era explicar las coincidencias entre continentes alejados mediante relaciones causaefecto que siguieran una lógica científica, y que explicasen el conjunto de similitudes entre ellos, en lugar de atribuirlas a causas poco creíbles o que sólo justificasen alguna de las observaciones. La explicación más razonable y completa debía ser la más probable. Wegener se expresó así en 1929, abatido por la dificultad de seguir rebatiendo la abrumadora cantidad de críticas que suscitaba su teoría.
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Para pensar: Un conflicto científico
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