609 76 52 51 -- ASSOCIACIÓ ASTRONÒMICA SANT CUGAT-VALLDOREIX astronomia-junta@astronomia.cat

Ressenya Dr. David Jou
26 gener 2017

Dr. DAVID JOU – Prof. Dr. Prof. H.C. –
Doctor en Ciències per la Universitat Autònoma de Barcelona
Catedràtic de Física de la Matèria Condensada
Honors:
Membre de la Secció de Ciències i Tecnologia de l’Institut d’Estudis Catalans.
Membre de la Reial Acadèmia de Doctors
Membre corresponent de la Real Acadèmia de Ciències Física, Químicas y Naturalesa de Madrid
Membre de l’Acadèmia  Peloritana de Messina.
Ha rebut diversos premis de recerca:
Rei Juan Carlos I, Ciutat de Barcelona,
Medalla Narcís Monturiol, Eduard Fontserè,
Premi Crítica Serra d’Or de Recerca.
Autor de diversos llibres de poemes, alguns han estat traduïts a l’anglès a l’alemany  al castellà al francès  i al rus.

En la història de la Terra trobaríem 4 atmosferes, la primera estaria formada pels gasos de la nebulosa primigènia i hauria desaparegut ràpidament. En aquesta fase la Terra podria haver estat un gegant gasós, i va quedar com a planeta rocós quan van desaparèixer aquests gasos. La segona seria producte dels gasos retinguts entre les roques i estaria formada per hidrogen , carboni i nitrogen i formarien compostos com el amoníac (NH 3 ) i el metà (CH 4 ), així com vapor d’aigua . Aquesta segona atmosfera es formaria ja amb una escorça freda, refredada ràpidament per radiació. L’hidrogen tendeix a escapar-se de la Terra però va ser molt abundant durant els primers estadis de l’atmosfera; almenys fins fa uns 3.500 o 3.000 milions d’anys; el que vol dir que era una atmosfera reductora , i això explica la composició química i té influència en la biogènesi . Després de la pèrdua total de l’hidrogen lliure apareix la tercera atmosfera, rica en CO 2 i N 2 a causa de que es mantindria l’equilibri de les reaccions químiques i aquests compostos són més abundants. Aquesta atmosfera permetria la formació de compostos complexos de carboni en condicions abiòtiques. La transformació hauria tingut lloc fa uns 3.000 milions d’anys i el seu en aparició haurien tingut un protagonisme notable els éssers vius. Aquest tipus d’atmosferes es troben en Venus i Mart . A la Terra la major part del CO 2 es troba atrapat en les roques calcàries (CaCO 2 ). Tan sols una mil·lèsima part del CO 2 (0,03%) es troba lliure en l’atmosfera. És en presència de l’aigua com el CO 2 es combina amb el calci per formar pedra calcària.  La quarta atmosfera és l’actual. Té com a novetat la presència abundant d’oxigen (21%). L’oxigen és producte de la fotosíntesi, que a partir del H 2 O allibera O 2 i incorpora l’hidrogen a la seva estructura, juntament amb el CO 2 . La transició va ser lenta. Fa uns 1.800 i 1.400 milions d’anys hauria tan sols un 0,21% d’oxigen. Fins i tot, fa uns 400 milions d’anys, quan ja existien la major part de les famílies animals tan sols hi havia un 2,1% d’oxigen en l’atmosfera. Hi ha proves geològiques que avalen l’existència d’una atmosfera primitiva pobra en oxigen, com l’existència d’ uraninita , ilmenita i pirita , així com altres sulfurs metàl·lics i sediments ferruginosos que són inestables en presència d’oxigen i la estratigrafia indica que en aquell temps van estar en contacte amb l’atmosfera. Els estrats més joves en els quals es troba aquests compostos daten de fa 1.800 milions d’anys, per tant fins a aquesta època la proporció d’oxigen en l’atmosfera va haver de ser menor de l’1%. Però és en aquesta mateixa època quan apareixen els assedegats amb hematites (Fe 2 O 3 ) la presència exigeix una atmosfera amb més d’un 1% d’oxigen. Molt possiblement en aquesta època la concentració d’oxigen variés amb la localització geogràfica, associada a l’abundància de colònies de microorganismes fotosintetitzadors. Així doncs s’alternaria una atmosfera reductora i una altra oxidant. Només després d’haver consumit el Fe ++ de l’aigua de la mar, després d’haver-se combinat amb l’oxigen, aquest va començar a alliberar-se en l’atmosfera. No va ser fins que la proporció d’oxigen va ser notable quan van començar a aparèixer organismes que respiraven oxigen. En aquesta època també va aparèixer el ozó (O 3 ) en alçada, el que va reduir el percentatge de llum ultraviolada que arribava a la superfície de la Terra i es va poder colonitzar. L’ozó apareix per l’acció de la llum ultraviolada sobre l’oxigen lliure, així que no va poder aparèixer fins que no hi va haver oxigen suficient.
Així, doncs, la consolidació de la Terra tindria tres estadis , al qual corresponen tres atmosferes diferents: la fase del vulcanisme primari, la fase tectònica, meteorits i radioactivitat i, per últim, la fase d’estadi biològic: la vida que sorgir de la Terra (de l’aigua soterrada).
La fase de vulcanisme primari dura molt poc, entre els 4.500 i els 4.000 milions d’anys. Es caracteritza perquè el nucli de la Terra encara no estava format i els materials patien ràpids reordenaments. La Terra seria bombardejada per meteorits contínuament. Se suposa que la temperatura de la Terra era de 1.200 ºC que és la temperatura dels magmes actuals. Hauria gran quantitat de gasos a l’atmosfera, però molt poc oxigen. A aquestes temperatures dels gasos majoritaris serien: hidrogen, vapor d’aigua , nitrogen , monòxid de carboni i sulfur d’hidrogen . En menor quantitat es trobaria el diòxid de carboni i el sofre i només hi hauria traces de metà i diòxid de sofre . Se suposa que amb aquesta composició de l’atmosfera la pressió seria entre la meitat i el doble que l’actual. Si la temperatura de l’atmosfera fora de 25ºC la pressió seria molt alta i permetria la pluja. Les partícules emeses pels volcans dificultaria l’acció de la radiació solar, sobretot la radiació infraroja , ja que la ultraviolada travessaria l’atmosfera sense problemes. La calor i l’aigua facilitarien les reaccions químiques i la biogènesi . Aquesta teoria suposa pluges freqüents, però no explica com és possible la pluja en una Terra tan calent. La fase de vulcanisme es caracteritza per l’organització del nucli terrestre, que va augmentar la seva temperatura gràcies a la pressió i la radiació dels seus components. En ell es va acumular la major part del ferro i la níquel del planeta. Aquest «encès» del nucli va tenir lloc fa uns 4.000 milions d’anys. La teoria suposa que les quantitats d’oxigen en l’atmosfera era unes 100.000 vegades més gran que a la primera atmosfera, però els seus percentatges eren encara molt petits. Aquest augment de l’oxigen en l’atmosfera es deuria al fet que en acumular el ferro en el nucli, i no presentar-se en forma de òxid ferrós , l’oxigen que abans formava en òxid es va alliberar. Se suposa que la temperatura de la superfície terrestre era molt elevada, encara que menor que en l’etapa anterior. Obria oceans d’aigua, cada vegada més salada. L’aigua seria cent vegades més abundant que l’hidrogen. El CO 2 quaranta vegades més abundant que el CO. Els gasos majoritaris a l’atmosfera serien el vapor d’aigua, el diòxid de carboni, el nitrogen i el diòxid de sofre. Gasos minoritaris serien el sofre i el monòxid de carboni i hauria traces de metà, sulfur d’hidrogen i hidrogen. Les pluges serien abundants. Aquesta atmosfera dominaria des de fa uns 4.000 milions d’anys fins fa uns 2.000 o 1.500 milions d’anys. En aquest lapse de temps l’activitat volcànica aniria disminuint, així com la caiguda de meteorits, i per tant la temperatura també disminuiria per radiació.

L’última fase és la de estadi biològic . A aquesta fase correspon la formació de l’atmosfera actual. Es caracteritza per l’aparició d’organismes fotosintetitzadors que alliberen oxigen a l’atmosfera. Sense l’aportació de la vida l’oxigen es produeix per la descomposició de la molècula d’aigua a causa de l’acció de la radiació ultraviolada en l’alta atmosfera, però l’hidrogen s’escapa ràpidament i l’oxigen reacciona aviat amb altres compostos, de manera que hi ha molt poc oxigen lliure. La fase de l’oxigen lliure a l’atmosfera va començar fa uns 2.000-1.800 milions d’anys i és la nostra atmosfera actual en què els gasos majoritaris són nitrogen, oxigen, argó , CO 2 i vapor d’aigua. A mesura que l’oxigen s’anava fent més abundant a l’atmosfera la radiació ultraviolada anava formant en alçada ozó O 3 , i va esdevenir una capa capaç d’absorbir aquesta radiació, disminuint el seu impacte sobre la superfície de la Terra. Van aparèixer, llavors, els organismes multicel·lulars en superfície i en els continents. D’això fa uns 600 milions d’anys.
Atmosfera i origen de la vida: Un factor important per a la formació de la vida és la temperatura de l’escorça terrestre. En aquest model ha de ser freda, així que se suposa que és en fred per radiació molt ràpidament, o bé suposa que si els primers estadis d’agregació es puguin fer en calent els últims es van deure fer en fred. Després de la formació de l’escorça terrestre la temperatura depenia de la radiació solar, i de l’efecte hivernacle. Al efecte hivernacle tindria molta importància el vapor d’aigua, l’amoníac, el metà i el CO 2 . Càlculs teòrics indiquen que la temperatura de l’aire fa uns 4.000 milions d’anys era de 130 ºC i fa 2.500 milions d’anys seria més o menys l’actual. No obstant això, aquests càlculs impliquen que en l’atmosfera hauria alts percentatges d’hidrogen, cosa improbable. Si en lloc d’un alt contingut d’hidrogen hagués un baix contingut d’amoníac, cosa molt més probable causa de l’equilibri de les reaccions químiques els càlculs llancen temperatures de l’atmosfera molt similars a les actuals des de fa 4.000 milions d’anys. No obstant això, resultats experimentals sobre les relacions de isòtops de 18O / 16O i 2D / 1H semblen indicar que fa uns 1.800 milions d’anys la temperatura de l’atmosfera era d’uns 20 o 30 ºC, fa uns 2.000 milions d’anys al voltant dels 38 ºC i fa 3.000 milions d’anys estava entre 65 i 70 ºC, encara que aquests isòtops es poden haver modificat.

Carme Mas – AASCV

Translate »