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El origen de todos los elementos que  forman tu coche, y todo lo que nos rodea, incluidos nosotros mismos.

Creada26-06-2016
Modificada18-05-2017
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Septiembre4

Reseña del Documental ¿Cómo el Universo Construyó tu Coche? de la serie La Historia del Universo

¿Cómo el Universo Construyó tu Coche?

Documental de la serie La Historia del Universo (T4, E1, 2015), en el que se explica de dónde salieron los elementos, minerales y metales que han servido para fabricar tu coche o cualquier otro objeto.

Tu coche fue fabricado hace pocos años en una fábrica, probablemente a unos pocos centenares o miles de Km de donde vives. Pero en esa fábrica sólo se hizo una cosa: Juntar los materiales. ¿De dónde salieron esos materiales?

Los Primeros Elementos

Hace 13'8 Ga se formó el Universo en una gigantesca explosión conocida como Big Bang. En principio era una nube superenergética, pero conforme se fue expandiendo y enfriando se formaron los primeros átomos del Universo: Los de Hidrógeno. La explosión fue tan energética que también se crearon algunos, muy pocos, átomos de Helio y una cantidad aún más pequeña de Litio.

Durante los primeros millones de años del Universo no existió, prácticamente. más que Hidrógeno en el Universo. Después se formaron las estrellas, acumulaciones de Hidrógeno tan inmensas que en su interior la presión era gigantesca, tanto que los átomos de Hidrógeno comenzaron a fusionarse para producir átomos más pesados.

Si juntamos cuatro átomos de Hidrógeno, formados por un protón y un electrón, y los sometemos a la presión del interior de una estrella gigantesca, los núcleos de los cuatro átomos se fusionarán para formar un núcleo de Helio, formado por dos protones, dos neutrones y dos electrones. En el proceso sobrará una cierta cantidad de masa que se convertirá en energía.

Eso es lo que hace nuestro Sol y todas las estrellas que son como él.

En las estrellas que son unas diez veces más grandes que nuestro Sol, la presión en el núcleo es tan grande que también el Helio se fusiona. Se juntan tres átomos de Helio para formar uno de Carbono. El interior de una estrella gigante podemos dividirlo en capas, la más externa de Hidrógeno, la siguiente de Helio, y las siguientes de Carbono, Nitrógeno, Oxígeno y otros diversos elementos hasta llegar a la última capa, la más interna, de Hierro.

Así, en las estrellas gigantes, en un período de varios cientos de millones de años, se fueron formando los primeros 26 elementos de la Tabla Periódica.

En todas las fusiones anteriores se combinan dos o más núcleos ligeros y se forman núcleos más pesados desprendiendo energía, pero los átomos de Hierro están en un punto de equilibrio energético. Si a un átomo de Hierro le añadimos uno de Hidrógeno la energía producida es menor que la que se requirió para unirlos, de ahí que en el interior de las estrellas no se formen átomos más pesados que el Hierro.

El resultado es que con el Hierro se acaban los procesos de fusión, y al dejar de generar energía, igual que un corredor que agota el resuello, el núcleo de Hierro colapsa en un estallido que en apenas unos milisegundos hace explotar la estrella como una Supernova, lanzando los 26 elementos fabricados hacia el espacio en forma de una nube de gas y polvo.

NOTA: Hasta ahora siempre había pensado que en el mismo momento de la explosión como Supernova se generaban los elementos restantes, más pesados que el Hierro, que eran también arrojados al espacio, pero en este documental no se indica así, sino que se describe un proceso adicional que transcurre, como paso a describir a continuación, en estrellas de segunda generación.

Este documental es muy reciente, 2.015, y en él se exponen las conclusiones de los últimos descubrimientos sobre la física de las estrellas, por lo que, en adelante, asumiré que la explicación dada aquí es la correcta.

La Formación del Cobre

Un núcleo atómico de Hierro tiene 26 Protones que, por su fuerza electromagnética intentan separarse. Los protones también se atraen entre sí por una fuerza nuclear, pero ésta es más débil, por lo que los protones se separarían. Afortunadamente, además de los 26 protones, en el núcleo hay unos 30 neutrones, que unen su fuerza nuclear para mantener estable el núcleo atómico.

Añadir más protones a un núcleo atómico requiere gran cantidad de energía, mayor mientras más protones contenga el núcleo. En un núcleo de Hierro es muy difícil, casi imposible, que se unan más protones, pero sí se pueden unir neutrones. Y con dos posibles resultados. Algunos protones pueden ser expulsados, dando lugar a dos átomos más pequeños y despidiendo neutrones hacia su entorno. O algunos neutrones se desintegran, convirtiéndose en un protón y un electrón y desprendiendo energía. Este proceso no es propiamente una fusión, y es conocido como Desintegración Beta.

En las estrellas formadas a partir del polvo remanente de una Supernova existe gran cantidad de Hierro y muchos neutrones que se van añadiendo a los núcleos de Hierro y tras desintegrarse forman núcleos de elementos más pesados que el Hierro, como el Cobre del que están hechos todos los cables conductores de electricidad que hay en nuestros coches.

Los Metales más Pesados

En las puntas de las bujías también se incorporan pequeñas cantidades de Iridio, un metal muy pesado cuyos átomos tienen 77 protones. Y en los conectores eléctricos usamos pequeñas cantidades de Oro, con 79 protones. El átomo más pesado que se usa en la fabricación de los coches es el Plomo de las baterías, con 82 protones.

Estos átomos tan grandes, con tantos protones juntos, no se pueden formar por medio de la fusión, ni por la adición de neutrones y la consiguiente Desintegración Beta. Hace falta una cantidad de energía mucho más intensa, cataclísmica.

Durante mucho tiempo se pensó que la explosión de una Supernova sería lo bastante cataclísmica para que en ella se creasen los elementos pesados, pero diversos estudios y simulaciones han revelado que esas gigantescas explosiones no son suficientes.

Recientemente se ha propuesto la teoría de que los átomos pesados se han podido formar durante la colisión de dos Estrellas de Neutrones, lo que produciría una explosión aún más fuerte que la de una Supernova.

Las Estrellas de Neutrones se forman tras la explosión de una supernova en el núcleo de la estrella que estalla. Contiene la masa de una estrella diez veces más masiva que el Sol en una esfera de pocos Km de diámetro, en la que los protones y electrones se han unido para formar neutrones.

Como aproximadamente la mitad de las estrellas de la galaxia están en sistemas binarios, y algunas en ternarios, en ocasiones se forman dos estrellas gigantes en el mismo sistema que con el tiempo se convertirán en dos Estrellas de Neutrones.

Las fuerzas de atracción mutua las mantendrán en órbitas comunes, pero la intensidad de su gravedad es tan elevada que poco a poco sus órbitas se irán estrechando hasta que entren en contacto. Y cuando esto ocurre se produce una explosión gigantesca, mucho más fuerte que la más potente Supernova, y sólo superada por la misma explosión del Big Bang.

Esta teoría pareció confirmarse cuando en Junio de 2.013 se descubrió una intensa emisión de rayos Gamma procedentes de una cercana galaxia. El origen de esa intensa radiación fue el choque de dos Estrellas de Neutrones.

Analizando el espectro lumínico de la emisión se comprobó que en ella existía una inmensa cantidad de oro y otros elementos pesados. Y las cifras sorprendieron a los astrónomos. La cantidad de Oro producida era mayor que la de TODA la masa de la Tierra.

La teoría es muy reciente, pero parece que puede ajustarse a la realidad.

El Oro, el Iridio, el Plomo y los demás elementos pesados fueron fabricados durante la energética fusión de dos Estrellas de Neutrones.

El espacio se llenó de polvo y gases de materiales diversos, desde el ligero Hidrógeno, pasando por los bioelementos, Oxígeno, Carbono, Nitrógeno, los minerales y metales ligeros, hasta el Hierro, y los elementos pesados, como el Iridio, el Oro y el Plomo.

Las nubes de gas y polvo vagaron por el espacio, uniéndose a otras nubes en una galaxia que cada vez estaba más llena de las cenizas de las estrellas muertas. Y de vez en cuando, algunas de esas nubes se condensaban para hacerse más densas e iniciaban el proceso de formación de nuevos sistemas solares.

Hace 4'5 Ga se formó nuestro Sistema Solar. La mezcla de todo ese polvo hizo que la composición inicial de todos los planetas, incluido el Sol, fuera la misma.

Los cuerpos pequeños no fueron más que una aglomeración de todo ese polvo, pero los cuerpos más grandes atrajeron más polvo y a otros fragmentos menores. Las colisiones al principio eran más o menos 'blandas' pero conforme los protoplanetas se iban volviendo más grandes las colisiones fueron cada vez más veloces, convirtiendo parte de la energía cinética en calor que llegaba a fundir los minerales.

Mientras más masivos eran los protoplanetas más calor se generaba en la superficie y los minerales fundidos, que iniciaron este proceso como una mezcla homogénea, se fueron separando según su masa, los más pesados hacia el fondo y los más ligeros en la superficie. Entre todo ese polvo había también elementos pesados radiactivos que, al decaer, generaban calor, y el calor de la radiactividad y de las frecuentes colisiones fue transmitiéndose hacia el interior del planetesimal hasta fundirse todo el interior del planeta.

Los materiales se separaron en capas. En el núcleo de la Tierra los elementos más pesados, casi todos ellos radiactivos. Sobre ellos los metales pesados y por encima el metal más abundante, el Hierro, formando una gigantesca bola ardiente pero que debido al peso que tiene por encima se mantiene en estado sólido cristalizado, a pesar de estar más caliente que la temperatura de fusión del Hierro. Por encima de esta bola de Hierro Sólido se extendía una gruesa capa de Hierro y Níquel fundidos, y sobre ésta un grueso manto de Silicio y Aluminio. Los silicatos más ligeros quedaron en la superficie.

Y aquí, una aportación mía, que no sé si es compartida por la comunidad científica pero que a mí me parece bastante lógica.

Si la fusión del interior del planeta hace que los elementos más pesados, casi todos ellos radiactivos, se hundan hasta el centro, formando una esfera en el centro de la Tierra de varios cientos de metros, no sólo se produce calor por la radiactividad de esos materiales, sino que al llegar a una cierta densidad crítica se produce FISIÓN atómica.

En el centro de la Tierra y, en general, de todos los planetas grandes, se produce una gigantesca explosión atómica.

Como hay 6.000 Km de material entre el núcleo radiactivo y la superficie, la explosión queda contenida, pero es continua. En el centro de la Tierra hay un horno nuclear, desde muy poco después de su formación, y que aún sigue ardiendo, manteniendo fundido el interior de nuestro planeta a pesar de que hace mucho tiempo que hemos dejado de recibir impactos de asteroides tan frecuentes como en su origen.

Esto ocurrirá en todos los planetas en los que se produzca una fusión de los materiales que lo componen. En los planetas más pequeños, como Marte, el núcleo radiactivo tendrá menos de cien metros y esa cantidad de material fisionable se agotará en poco tiempo, unos mil millones de años o menos.

La Tierra formó un núcleo radiactivo de unos 300~400 metros y aún continúa fisionándose y manteniendo fundido el núcleo de la Tierra. Esperemos que siga haciéndolo un par de miles de millones de años más.

En los planetas Gigantes Gaseosos como Júpiter, el núcleo radiactivo puede llegar a tener varios Km de diámetro y seguirán generando mucho calor, bastante más del que reciben del Sol, al menos durante más tiempo de lo que el Sol tarde en apagarse.

Esto, como digo, es una teoría mía, pero creo que es bastante lógica y explica el hecho de que el interior de la Tierra aún siga estando tan caliente para que el manto esté fundido.

Tras este proceso de fusión, en la superficie sólo quedaron los minerales más ligeros que, al irse enfriando, formaron una superficie sólida.

De vez en cuando la actividad volcánica del interior de la Tierra expulsaba a la superficie minerales más pesados, en forma de erupciones que dejaron numerosas vetas de metales de Cobre, Oro, Hierro y otros muchos. Aunque son mucho más abundantes en el centro de la Tierra, algo ha quedado en la superficie, o ha brotado posteriormente, y ha podido ser localizado y extraído para que podamos fabricar muchas de las piezas de nuestros coches.

Aire y Agua

Pero no solo de polvo se fabricó nuestro planeta. También había gran cantidad de gases que formaron una atmósfera rodeando el planeta. Y Agua.

Hace 3'8 Ga se formaron los primeros océanos. El agua reaccionó con el Hierro que quedó en la superficie y los océanos tomaron un turbio color verde rojizo.

Entonces apareció la Vida.

Una de las primeras formas de vida que aparecieron en la Tierra Primigenia fueron las Cianobacterias, pequeñas algas verdeazuladas capaces de producir la fotosíntesis. El proceso de la fotosíntesis hace que las plantas absorban fotones de luz y descompongan las moléculas de agua en Hidrógeno y Oxígeno. El Oxígeno lo desechaban y al mezclarse con los átomos de Hierro disueltos en los mares reaccionaba formando óxidos que se hundían hasta el lecho marino. Durante unos dos mil millones de años el Oxígeno exhalado por las algas fue limpiando el agua de los océanos y todo el hierro que contenía disuelto acabó en el fondo de los mares formando una gruesa capa de mineral de Óxido de Hierro que hoy se encuentra repartido en numerosos yacimientos de donde es extraído para fabricar gran parte de las piezas de los coches.

La Vida hizo posible que pudiéramos fabricar los coches.

Y la Muerte hizo posible que funcionaran.

Las plantas muertas también fueron depositándose a lo largo de miles de millones de años y en los lugares donde las capas de plantas muertas quedaran cubiertas por tierras que las mantuvieran aisladas de la atmósfera, las plantas se convirtieron, al cabo de millones de años, en Hidrocarburos, de los que hemos encontrado numerosos yacimientos y que explotamos para producir el combustible que hace funcionar los coches así como los plásticos con los que fabricamos los asientos, el salpicadero y las gomas y tuberías de los coches.

El plomo de las baterías también manó por los volcanes, mezclado en aleaciones con otros minerales más ligeros. Y el oro surgió mezclado con el agua a 500 grados que no llegaba a hervir por la inmensa presión del manto de la Tierra. Pero cuando se producía una fisura volcánica el agua supercaliente manaba hasta la superficie y al llegar a pocos cientos de metros de profundidad, liberada de la presión, rompía a hervir surgiendo a la superficie en forma de géiseres de vapor de agua. Entonces el Oro que tuviera disuelto se precipitaba y depositaba en las grietas de las rocas donde millones de años más tarde lo encontraríamos para fabricar los contactos eléctricos de los circuitos electrónicos.

Pero el Iridio es un metal pesado que no tiene esa facilidad para mezclarse ni con agua ni con otros minerales ligeros, de ahí que casi todo el Iridio de la Tierra quedó en el centro del planeta, lejos de nuestro alcance.

Afortunadamente el Iridio sigue siendo más o menos abundante en el espacio y hay asteroides rocosos, restos de la formación del Sistema Solar, que de vez en cuando caen a la Tierra y sus restos quedan en la superficie.

El asteroide de más de 10 Km que hace 65 Ma cayó en Yucatán provocando la extinción de los Dinosaurios trajo consigo una gran cantidad de Iridio que, pulverizado por el impacto, se distribuyó por todo el planeta en forma de polvo arrastrado por el viento precipitándose después sobre toda la superficie terrestre en una capa de unos pocos centímetros de grosor. En esa capa se encuentra casi todo el Iridio que hay en la superficie de la Tierra y que usamos en los terminales de las bujías.

Como el Iridio, otros minerales pesados que se han hundido en la Tierra es posible encontrarlos gracias a los asteroides. Es poca la cantidad de Oro, Plomo o Platino que ha conseguido permanecer en la superficie de la Tierra desde su origen, pero una vez que la corteza terrestre se solidificó, cada asteroide que ha caído en la Tierra ha traído con él gran cantidad de elementos pesados que han hecho posible que podamos extraerlo.

Minería en el Espacio

A la larga agotaremos todos estos yacimientos. La población mundial sigue creciendo y la cantidad de coches que hay en el planeta también. Cada vez fabricamos coches más baratos y asequibles, y todos esos minerales acabarán por agotarse. Pero aún podremos encontrarlos. En los asteroides.

Todavía resulta una empresa demasiado cara, pero dentro de pocas décadas, cuando los viajes espaciales sean más rutinarios, podremos viajar al Cinturón de Asteroides y extraer las ingentes cantidades necesarias para continuar fabricando coches, o naves espaciales, durante millones de años.

La NASA ha calculado los minerales contenidos en TODO el Cinturón de Asteroides y su valor, a precio actual, se calcula en 600 quintillones de Dólares (quintillones americanos=trillones europeos). Si los repartiéramos entre toda la población mundial tocaríamos a Cien Mil Millones de Dólares por cada persona del planeta.

Así es como el Universo ha fabricado todos los elementos necesarios para la fabricación y funcionamiento de los coches de combustión interna.

Los Coches Eléctricos

En los últimos años se han comenzado a fabricar también coches eléctricos, que no requieren más combustible que la electricidad.

Para almacenar esa electricidad los coches están dotados de baterías de alta capacidad y para fabricarlas se requiere un elemento que hasta ahora hemos pasado por alto: El Litio.

El Litio es el tercer elemento de la tabla periódica, conteniendo tres protones y cuatro neutrones. En el mismo momento del Big Bang se creó todo el Hidrógeno del Universo y una pequeña cantidad de Helio. Y también una cantidad muy reducida de Litio.

Pero las siete partículas de un núcleo de Litio no son capaces de encajarse en una estructura suficientemente estable y forma núcleos frágiles que se rompen con mucha facilidad, convirtiéndose en un átomo de Helio y otro de Hidrógeno. Casi todo el Litio, que ya era muy escaso inicialmente tras el Big Bang, se ha degradado y desaparecido.

En las estrellas, la fusión de Hidrógeno en Helio y otros elementos más pesados, produce también Litio en grandes cantidades, pero tan rápido como se crean la mayoría de los átomos vuelven a desintegrarse por la violenta radioactividad de la estrella.

Lejos del Sol, en los planetas, el Litio dura más tiempo, pero igualmente se va degradando de forma continua, por lo que parece que el destino del Universo es que no tengamos Litio suficiente más que para fabricar unas pocas baterías de coche.

Afortunadamente el Litio puede formarse de otra forma, aparte de la Fusión Atómica. También puede formarse por la Fisión Atómica.

Los elementos pesados radioactivos como el Uranio pueden romperse en dos o más núcleos más pequeños, y entre ellos se desprenden cantidades apreciables de Litio. La mayor parte del Litio que podemos encontrar en la Tierra se ha formado por la desintegración de átomos radiactivos más pesados. Eventualmente, el Litio seguirá desintegrándose, pero también será reemplazado por nuevo Litio procedente de la desintegración de elementos radiactivos pesados.

Y gracias a ello tendremos Litio suficiente para fabricar las baterías para todos los coches eléctricos del futuro.

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