Geoquímica Planetaria 2024–2025 CI PDF

ESCUELA DE CIENCIAS GEOLÓGICAS Y AMBIENTALES Ingeniería Geológica Geoquímica 2024 – 2025 CI Profesor: Richard Vásconez  GEOQUÍMICA PLANETARIA 1. Introducción y objetivos 2. Composición química de lo...

ESCUELA DE CIENCIAS GEOLÓGICAS Y AMBIENTALES Ingeniería Geológica Geoquímica 2024 – 2025 CI Profesor: Richard Vásconez  GEOQUÍMICA PLANETARIA 1. Introducción y objetivos 2. Composición química de los planetas 3. Técnicas de análisis geoquímico 4. Procesos geoquímicos 5. Casos de estudio 6. Avances recientes  Geoquímica Planetaria Es la disciplina que se enfoca en el estudio de la composición química de los cuerpos planetarios y los procesos que controlan la distribución y el movimiento de los elementos y compuestos químicos en el sistema solar.  Objetivos principales Composición química: Determinar la composición elemental y mineral de planetas, lunas, asteroides, y meteoritos. Esto incluye la identificación y cuantificación de elementos presentes en sus superficies y en sus interiores.  Objetivos principales Procesos geoquímicos: Investigar los procesos físicos y químicos que han influido en la distribución y abundancia de los elementos. Esto abarca procesos tales como la diferenciación planetaria (separación de un cuerpo planetario en capas distintas), la formación y evolución de las atmósferas, y las reacciones químicas entre los minerales y los fluidos planetarios.  Objetivos principales Historia y evolución planetaria: Utilizar datos geoquímicos para reconstruir la historia y evolución de los cuerpos planetarios. Esto puede incluir estudios sobre la formación del sistema solar, el origen y evolución de la corteza terrestre, y la historia térmica y magmática de planetas y lunas.  Objetivos principales Comparación entre cuerpos planetarios: Comparar la geoquímica de diferentes cuerpos del sistema solar para entender sus similitudes y diferencias. Esto ayuda a formar teorías sobre la formación y evolución del sistema solar en su conjunto.  Composición química de los planetas Planetas terrestres Los planetas terrestres, también conocidos como planetas rocosos, incluyen a Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Estos planetas se caracterizan por tener superficies sólidas y rocosas y una composición química distinta de los planetas gigantes gaseosos.  Composición química de Mercurio Corteza: Predominantemente de silicatos, con altos contenidos de minerales como el plagioclasa, piroxeno y olivino. Manto: Compuesto principalmente de silicatos de magnesio y hierro. Núcleo: Se cree que es predominantemente de hierro, con una proporción significativa de níquel, similar al núcleo terrestre, pero ocupando un mayor porcentaje del volumen del planeta debido a la alta densidad de Mercurio.  Composición química de Venus Corteza: Principalmente basáltica, similar a la de los océanos terrestres, con silicatos como el feldespato y el piroxeno. Manto: Compuesto de silicatos ricos en magnesio y hierro. Núcleo: Probablemente compuesto de hierro y níquel, aunque la estructura exacta es menos conocida que la de la Tierra debido a la densa atmósfera venusiana que dificulta las observaciones directas.  Composición química de la Tierra Corteza: Continental: Compuesta predominantemente de granito, rica en silicatos de aluminio, potasio, y sodio. Oceánica: Compuesta principalmente de basalto, rico en silicatos de magnesio y hierro. Manto: Rico en silicatos de magnesio y hierro, principalmente olivino, piroxeno y granate. Núcleo: Externo: Compuesto principalmente de hierro y níquel en estado líquido. Interno: Predominantemente hierro y níquel en estado sólido.  Composición química de Marte Corteza: Compuesta principalmente de basalto, con presencia de silicatos como olivino, piroxeno y feldespato. También hay evidencia de minerales hidratados como sulfatos y arcillas. Manto: Compuesto de silicatos de magnesio y hierro, similar a la Tierra. Núcleo: Probablemente compuesto de hierro, níquel y azufre, aunque los detalles precisos son menos conocidos debido a la distancia y las limitaciones en las técnicas de observación.  Composición elemental común A nivel elemental, los planetas terrestres comparten muchas similitudes, aunque en diferentes proporciones: Oxígeno (O) Silicio (Si) Magnesio (Mg) Hierro (Fe) Calcio (Ca) Aluminio (Al) Níquel (Ni) Azufre (S) Comparaciones Mercurio: Alta densidad, núcleo grande de hierro y níquel, corteza y manto de silicatos ricos en magnesio y hierro. Venus: Corteza basáltica similar a la Tierra, núcleo de hierro y níquel, densa atmósfera de CO₂. Tierra: Diversidad en corteza (continental granítica y oceánica basáltica), manto de silicatos de magnesio y hierro, núcleo de hierro y níquel (líquido y sólido), atmósfera rica en nitrógeno y oxígeno. Marte: Corteza basáltica con silicatos de magnesio y hierro, presencia de minerales hidratados, núcleo de hierro, níquel y azufre, atmósfera de CO₂.  Composición química de los planetas Planetas gigantes Los planetas gigantes incluyen a Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Estos planetas son significativamente diferentes de los planetas terrestres debido a su gran tamaño, composición mayoritariamente gaseosa y, en algunos casos, sus núcleos rocosos o metálicos.  Composición química de Júpiter Atmósfera: Hidrógeno (H₂): ~89.8%Helio (He): ~10.2%Trazas de otros gases: Metano (CH₄), amoníaco (NH₃), vapor de agua (H₂O), y compuestos de azufre. Interior: Se cree que tiene un núcleo rocoso o metálico rodeado de una capa de hidrógeno metálico líquido debido a la inmensa presión. Por encima del hidrógeno metálico líquido, hay capas de hidrógeno molecular y helio.  Composición química de Saturno Atmósfera: Hidrógeno (H₂): ~96.3%Helio (He): ~3.25%Trazas de otros gases: Metano (CH₄), amoníaco (NH₃), vapor de agua (H₂O), y compuestos de etano. Interior: Similar a Júpiter, con un núcleo potencialmente rocoso o metálico. Rodeado por una capa de hidrógeno metálico líquido y luego capas de hidrógeno molecular y helio.  Composición química de Urano Atmósfera: Hidrógeno (H₂): ~82.5%Helio (He): ~15.2%Metano (CH₄): ~2.3% (responsable del color azul-verde de Urano). Interior: Menos hidrógeno metálico líquido debido a menores presiones en comparación con Júpiter y Saturno. Núcleo rocoso o metálico, rodeado de una capa de "hielo" (agua, amoníaco y metano en forma sólida).  Composición química de Neptuno Atmósfera: Hidrógeno (H₂): ~80%Helio (He): ~19%Metano (CH₄): ~1.5% (da el color azul intenso de Neptuno). Interior: Similar a Urano con un núcleo rocoso o metálico. Rodeado por una capa de "hielo" de agua, amoníaco y metano.  Composición elemental común A nivel elemental, los planetas gigantes comparten algunas similitudes, aunque las proporciones varían: Hidrógeno (H) Helio (He) Carbono (C) (principalmente en forma de metano) Nitrógeno (N) (principalmente en forma de amoníaco) Oxígeno (O) (en agua y otros compuestos) Comparaciones Júpiter y Saturno: Dominados por hidrógeno y helio, con posibles núcleos rocosos/metálicos y capas de hidrógeno metálico líquido. Urano y Neptuno: También dominados por hidrógeno y helio, pero con mayor proporción de compuestos volátiles y una estructura interna que incluye núcleos rocosos/metálicos rodeados de capas de "hielo" (agua, amoníaco y metano).  Composición química de los planetas Cuerpos menores Los cuerpos menores del sistema solar incluyen asteroides, cometas, y objetos transneptunianos* (TNOs) (como los del cinturón de Kuiper y los objetos dispersos). *Cuerpos del Sistema Solar con órbitas cuyo semieje mayor es más grande que el de la órbita de Neptuno  Asteroides Asteroides de Tipo C (Carbonáceos): Composición: Ricos en carbono, además de silicatos, arcillas y minerales que contienen agua. Características: Superficies oscuras debido a su contenido de carbono. Se cree que son materiales primitivos sin mucho calentamiento o diferenciación. Asteroides de Tipo S (Silicáceos): Composición: Dominados por silicatos, incluyendo olivino y piroxeno, además de metales como el hierro y el níquel. Características: Más reflectantes que los asteroides de tipo C. Indican un historial de procesos térmicos. Asteroides de Tipo M (Metálicos): Composición: Principalmente hierro y níquel, con pocos silicatos. Características: Muy reflectantes. Se piensa que son núcleos metálicos de planetesimales diferenciados que fueron destruidos  Cometas Componentes principales: Núcleo Composición: Mezcla de hielo de agua (H₂O), dióxido de carbono (CO₂), monóxido de carbono (CO), metano (CH₄), amoníaco (NH₃), y otras sustancias volátiles, además de polvo y materia orgánica compleja. Características: Núcleo sólido pero poroso, de varios kilómetros de diámetro. Coma Composición: Gas y polvo liberados del núcleo cuando el cometa se acerca al sol y el hielo sublima. Características: Atmosfera temporal que puede extenderse por cientos de miles de kilómetros. Cola Iónica: Compuesta por gases ionizados, como CO+ y H₂O+.Polvo: Compuesta por partículas de polvo.  Objetos Transneptunianos (OTNs): Objetos del Cinturón de Kuiper Composición: Principalmente hielos de metano (CH₄), amoníaco (NH₃), y agua (H₂O), mezclados con silicatos y materia orgánica. Ejemplos: Plutón, Eris, Makemake, y Haumea. Objetos Dispersos y del Disco Difuso Composición: Similar a los objetos del cinturón de Kuiper, pero con una mayor mezcla de hielos y materiales orgánicos complejos. Centauros Composición: Transición entre cometas y objetos del cinturón de Kuiper, con mezclas de hielo y roca. Ejemplos: Quirón y Cariclo.  Consideraciones Diferenciación: Algunos cuerpos menores, especialmente los asteroides metálicos y ciertos objetos transneptunianos, muestran evidencia de diferenciación interna, similar a los planetas. Importancia: Los asteroides de tipo C y los cometas se consideran materiales primitivos, ofreciendo una visión de la composición del sistema solar temprano. Evolución Térmica: La composición química de estos cuerpos puede reflejar su historia térmica y de colisiones. Por ejemplo, los asteroides metálicos pueden ser los restos de núcleos de cuerpos más grandes que se fragmentaron.  Técnicas de análisis Espectrometría de Masas: Uso en la determinación de isótopos y elementos traza. Espectroscopía Infrarroja y Ultravioleta: Aplicaciones en la identificación de compuestos químicos. Análisis de Muestras In Situ: Herramientas y técnicas utilizadas en misiones espaciales (e.g., rover Curiosity). Microscopía Electrónica: Estudios detallados de la mineralogía y microestructura de muestras.  Procesos geoquímicos Diferenciación Planetaria: La diferenciación planetaria es un proceso fundamental en la formación y evolución de los planetas y otros cuerpos celestes. Se refiere a la separación y estratificación de los materiales dentro de un cuerpo planetario debido a diferencias en densidad, composición química, y estados físicos. Volcanismo y Tectónica: El volcanismo y la tectónica planetaria son procesos geológicos fundamentales que modelan la superficie y el interior de los planetas y otros cuerpos celestes Erosión y Sedimentación: Procesos en Marte y la Tierra. Impactos de Meteoritos: Efectos en la geoquímica planetaria.  EXPOSICIONES Origen del Universo (Andrés Moreira) Geoquímica de Marte (Cindy Saico) Geoquímica de la Luna (Carlos Padilla) Formación y Evolución de las Atmósferas Planetarias (xxxxx) Volcanismo y Su Papel en la Geoquímica Planetaria (Andrés Valle) Meteoritos y Su Significado Geoquímico (Alejandra Estupiñan) Geoquímica de cometas y asteroides (Olmedo Fonseca)