Class Notes (811,290)
Canada (494,621)
Physics (341)
PCS 181 (133)

The Scientific Method + Plate Techtonics

18 Pages
Unlock Document

Ryerson University
PCS 181
Margaret Buckby

The Nature of Modern Science ⋅ If your hypothesis proves to be incorrect, revise it, or discard it in favour of another you can test. ⋅ Scientific progress sometimes happens by accident/by looking at nature (ex. Galileo) Hallmarks of Science ⋅ Seek explanations for observable, natural phenomena ⋅ Science progresses through creating and testing models that explain these phenomena as simply as possible. ⋅ If predictions do not agree with the observations, the scientific model must be/ can be abandoned.                Occam’s Razor: The simpler the explanation, the better. Easily explored, proved/disproved. Verifiable Observations: Eye witness testimony is not evidence. It can be used, however in support of a scientific model, if  backed by verifiable evidence, whom anyone can check. Scientific observations are pertinent. They can be observed by anyone with  the same tools and knowledge. Pseudoscience: Claims based on observational evidence about the natural world. Evidence is not “scientific” therefore it is “false  science.” Scientific claims involve all three hallmarks of science. Objectivity: Science is objective.  Paradigm: a general pattern of thought that shapes scientific beliefs during a particular time period. Theories cannot be proved beyond reasonable doubt, but they explain a great many observations and experiments. They aren’t like  hypotheses which can be changed at any point. Theories are only discarded if a better way of explaining the evidence that supports it. The Scientific Method ⋅ Observation  ⋅ Hypothesis ⋅ Experiment ⋅ Conclusion ⋅ Reproducibility (prevents one from making wild claims. Others must be able to come to the same conclusion by conducting the same  experiment). ⋅ Falsifiable(you can be proven wrong) (Example: O­ Why is the grass green? H­ Fairies make the grass green.  E­ I stay up late to watch fairies work their magic. C­ I realize that fairies are not responsible for grasses’ verdant colour. What is Life? Life can: ⋅ Assimilate: can take in and utilize nutrients ⋅ Respire: O2 in – oxidation releases chemical energy. (early earth was not an oxygen rich atmosphere) ⋅ Reproduce: Produce with individuals of the same species ⋅ Develop: become more complex as they segue into advanced stages of life ⋅ Grow: increase in size and maturity ⋅ Move: (exceptions) a change in location or position ⋅ Secrete: generate saliva, mucous, milk, hormones, digestive juices ⋅ Excrete: discharge waste materials (exhaling) Churring Test­ If there is a wall between you and something/someone, and you cannot discern whether the object/person is  living/robot, it is intelligent life. Created by Alan Churring who committed suicide by poisonous apple. Carbon based life: Us Silicone/ Crystalline based life Spectra (Light from tiniest to the longest wavelength. Light passes through a prism or diffraction gravity­ image is stored on  film/computer/charge coupled device) ⋅ White Light: mixture of all colours because the brain is incapable of comprehending all of the colours at one. ⋅ Wave/Particle Duality: light is both wave and particle – they hit your eye. Isaac Newton studied light as a particle. ⋅ Spectrograph: separates an incoming wave into a frequency spectrum.  ⋅ Spectrography: the study of spectrographs FREQUENCY ⋅ f­ the number of wave peaks passing a given point each second ⋅ the number of waves a second  ⋅ the number of cycles/second, cycles/s ⋅ Hz (one Hz=1cycle per second) ⋅ Red= 700nm, violet= 400nm Albert Einstein: Anything with mass cannot travel at the speed of light f= c/a   f=speed of light/wave length   c= 3x10(to the power of 8)m/s / 700x10(to ­9)m f red= 3x10(to the 8) m/s   1nm= 1/10(to the ­9) OR 10 (to­9) = 4.3x10(to 14) cycles/s  Life is Star Stuff We are CHON creatures Death of Middleweight and Massive Stars ⋅ Middleweight­ (8­20) M ⋅ Massive­ 25M ⋅ Only 8% of stars are more than 4M Hydrogen Nuclear Reaction: 1. Star undergoes several red giant phases, producing ever heavier  Hydrogen nuclei is fused to form elements in the core. Fusion creates energy and forms the next heaviest  helium. In the process energy is elements. As the star shrinks, the core gets stronger and produces more  released, which is why the sun helium (more hydrogen reactions) causing the sun will expand. The more  shines. it expands, the cooler it gets (thus being called a red giant). One day our  Helium has 4 particles. 2 protons sun will run out of hydrogen and collapse. Sun can’t go past carbon  production. and 2 neutrons.       RED GIANT STAR                                    Helium fusion (norm. Hydrogen)                                                                            3333333333333333333334H –> He (10 million K)                    3a ­> C (100 million K) EVOLUTIONARY STAGES OF A DYING MASSIVE STAR ⋅ Hydrogen fusion­ 7x10(to the 6) years ⋅ Helium fusion­ 7x10(to the 5) years ⋅ Carbon fusion 600 years ⋅ Oxygen fusion­ 6 months ⋅ Silicon fusion­ 1 day (iron is the product of this. Iron is inert and doesn’t fuse. Fusion stops here. ⋅ Core collapse­ ¼ seconds ⋅ Star collapses into the core causing a super nova explosion­ 10 seconds. Reactions keep stars buoyant. When reactions stop the star is susceptible to gravity. 2. When star has an iron core, iron will not fuse ­> outward radiation pressure decreases 3. Star collapses inward, squashing core to fantastic densities 4. Star’s layers are ejected into space…core bounce. Reaction is so hot that all nuclear reactions can take place to form all the  elements.                                                                               5/6. High temperatures and densities in the ejecta.                          7. All elements are created and ejected into space. 8. The elements > the hydrogen in our bodies etc…came from the violent death of star/stars Supernovae  ⋅ Massive stars don’t live long enough to foster civilizations. ⋅ Stars live for millions of years but “go supernova” in seconds ⋅ A supernova event can shine 10 to the 8 times brighter than the progenitor star ⋅ A SN may outshine its home galaxy ⋅ As material spreads, it becomes fainter/ the bright ejecta grows more diffuse and dim over a few tears. Ejected material incorporated into new generations of stars, planets, and the creatures that live in them. Production and dispersal of elements via supernovae occur throughout a galaxy ▯ ejected elements merge with intergalactic clouds of  ~75% H, ~24% He, ~1% other. Hydrogen is the predominant element in the Universe.  New star systems condense inside these clouds. They are born with appropriate materials to produce rocky/watery planets and life  forms. Environmental Requirements for Life Mass of Star Stars ~8M   are short lived, living for only millions of years Our sun/earth system: 4.54 billion years (humans have been around for 200 000 years. Intelligent life has been around for 50 000  years).  Life began on Earth when the system was ~1 billion years old. (Single celled organisms came ~3.7 billion years ago). ▯ Star must live  long enough for biology to develop (on planet around a star)  Stars >~8M  probably die before life arises (these are only ~8% of stars) Massive Planet(s) Jupiter­like massive planet(s) in system are important to life on other planets. If massive, it has a strong gravitational mass,  therefore it can attract of deflect incoming comets, meteors, asteroids that would cause mass extinctions if they impacted a smaller,  bio­planet system.  Radiation Levels Radiation can damage genetic material in cells: • Cells may stop functioning properly (cancer) • Cells may be unable to reproduce • Cells may reproduce chaotically • May cause reproductive sterility in organism • May cause mutations (some beneficial, most not) • Radiation sickness (may be fatal) Some microbes are very tolerant of high doses of radiation that would kill a more complex organism Natural sources of radiation influence the long­term evolution of species because some mutants may be better adapted to their  environment.  Radiation particles aren’t stable      Types of Radiation: • Alpha = a = helium nucleus = (2p+ and 2 neutrons). Ejected by large radioactive nucleus. The particle is heavy, very short­ range and cannot penetrate the skin/clothing. Helium is very stable • Beta▯ inside of a radioactive element nucleus spontaneously ejects electron= B. One of its neutrons turns into a proton and  then electron. Beta particle is light, short­range (several feet in the air) mildly penetrating…may cause skin injury. Comes from  heavy elements. Beta emitters may be harmful if ingested. • Gamma Rays and X­rays: short wavelength light = (electromagnetic radiation) high energy. High penetrating. Most energetic  EM waves. Must be shielded by lead. Earth Plate Tectonics ⋅ Earth’s crust­forests grow and upper mantle­ softer and hotter (litho {rock} sphere) are divided into large plates. Some planets  have no plate tectonics. ⋅ They are free to drift. (Collide= mountains. Slide past each other= earthquakes. 2 plates separating = rifts. Causes volcanoes.  When two ocean plates go in opp. Directions it’s called oceanic ridge spreading ) ⋅ Continental drift ▯ Plates carry continents with them (Pangaea). Good for a species to be separated. Increases separation  between species and allows them to evolve independently. Enhances biological diversity.  ⋅ Earth’s interior underwent early differentiation = materials were separated according to their density/mass ⋅ The lithosphere extends to a depth of ~100km and consists of cooler, rigid rock compared to softer, hotter interior. ⋅ Magnetic field = good. Heavy metals in the core send the sun’s charged particles (solar wind) to the north and south pole Lithosphere Mantle Metallic liquid outer core Solid Inner core ⋅ Lithosphere is fragmented into ~7 major plates (and many smaller plates)  Convection currents drive plate movement Continental crust ⋅ Lower density rock e.g., granite. 20­70 km thick. ⋅ Range of ages from very young rocks to the oldest rocks found on earth Subduction ⋅ Denser sea plate pushes under the less dense continental plate. Creates trenches­ when surface is pulled downward. ⋅ Sea plate heats up ▯ molten rock may erupt in a volcano Seafloor Crust ⋅ Mostly high­density igneous rock, basalt ⋅ Usually erupts from long ridges of undersea volcanoes such that the mantle material erupts onto the ocean floor and this  mantle material becomes new seafloor crust which pushes apart the existing seafloor  on either side Velocity Calculations: Two Atlantic seafloor plates are separating at a rate of 1km per year ▯(convert to meters­ 0.01m). How long before Europe is 1kn farther   from us. (1km = 1000m)  d= vt                        d/v= t                                  t= 1000m/0.01m                                   t= 1x10(to the 5) years Early Atmosphere Early Earth formed the accretion of planetesimals= smaller solar system bodies containing enclosed gasses and minerals­rock, metals,  ices, which were incorporated into Earth’s interior Volcanism violently expelled interior trapped materials= outgassing (where atmosphere came from) Volcanoes eject: ▯ water vapour ▯ condensed/ contributed to Earth’s oceans  Gasses that formed Earth’s earliest atmosphere: H2O, CO2, N2, H2S, SO2, H2, volcanoes still spew these noxious gasses.  Who/ what can live in this atmosphere? Not humans. No oxygen. But source of water. Oxygen comprises 21% of the Earth’s atmosphere. Nitrogen: 78% . Water Planet must be at a right distance from primary star ▯ the  habitable zone, distance where water can exist. Liquid water can exist to:  ⋅ Transport chemicals inside our bodies (to/ within cells) ⋅ Carry waste products ⋅ Dissolve organic molecules which float inside cells so that chemicals are available for reactions in cell ⋅ Participate in many metabolic reactions in cells.  ⋅ Ice= acts as an insulator Origins of Water ⋅ Volcanic activity released H2O and other gasses External Sources of Water 1. Comets: frozen dirty water arising in outer solar system. Deuterium (D or H2­ form of hydrogen­ normally 1 p+, D has 1p+ and  neuron, isotope) content measured by IR and sub mm spectroscopy.  Photosynthesis: organisms use carbon dioxide, water and the energy of sunlight to make carbohydrates (sugar, starches, fiber = food  and release oxygen as a by­product.) For example: 6CO2 + 6H2O + light energy ▯ C6H12O6 + 6O2 (glucose + free O2)  Anaerobic life forms were the first because they didn’t need oxygen.  Cyanobacteria­ form colonies: stromatolites Stromatolites ⋅ Cyanobacteria secrete a sticky film of mucus; sediment in water covers/sticks to bacteria colony ⋅ To reach the light cyanobacteria grow over sediment grains ⋅ Have no nucleus. Loose material in cell ⋅ More sediment filters onto colony ⋅ Another layer of microbes migrate upwards towards light. This continues as long as there is water. Structure is ostramatolite.  (Produced oxygen by photosynthesis. (Had chlorophyll. 1 cell). ⋅ One compounds that filter down and cements the structure is calcium carbonate = CaCO3= limestone­ precipitates from water­  durable ⋅ STOMATOLITE = layered colony of single celled microbes. When dirt settles over them, they can’t get the light and grow  above it. ⋅ Some fossilized stromatolites are 3.5 billion years old.  ⋅ Single celled cyanobacteria existed when the earth was ~10 (to the 9\0 years old/ perhaps earlier ⋅ Stromatolite colonies of cyanobacteria are largely responsible for oxygenation of Earth’s atmosphere. This was the oxygen  catastrophe because the anaerobic stuff created by the noxious gasses from volcanoes died. RNA World ⋅ Catalyst: a substance that increases the rate of a reaction without being changed itself.  ⋅ Polymer: long string of molecules of similar units bonded together. ⋅ RNA: Ribonucleic Acid. A single­strand polymer. Has 4 repeating subunits­ each unit is a nucleotide (complex). Earliest life  forms used RNA to tell the cell what to do.  ⋅ Things ending in ‘ose’ are sugars. ⋅ Each nucleotide contains C, H, O, N, P Arranged as: a sugar (always the same arrangement), a phosphate (always the same), and a nitrogenous base (4 different bases:  Adenine (A), Cystosine (C), Guanine (g), Uracil (U)). – a group of theme is a gene. RNA can: ⋅ Act as a catalyst inside the cell ⋅ Replicate itself ⋅ Stores genetic information as a sequence of the bases Origin of RNA ⋅ Space and atmosphere contain organic molecules. ⋅ Oceans of early earth were a dilute organic soup. ⋅ Clay (hydrous aluminum silicates) was on beaches HYPOTHESIS:  Water splashes onto clay and organic molecules in the water stick to it. More and more organic molecules build up on the wet surface (density of organics increases). Organics interact and form long chains  of complex molecules­ including short strands of RNA­like molecules. Early Cells Lipids= organic compounds that feel oily; so they do not dissolve/mix with water. Spontaneously form enclosed droplets in water. HYPOTHESIS: ⋅ Early organic and RNA molecules became trapped inside a lipid membrane ⋅ Genetic material of RNA strand is better protected by membrane and has advantage over free­floating RNA strands that are  ripped apart easily. RNA can reproduce­ primitive cell. Complex comp
More Less

Related notes for PCS 181

Log In


Don't have an account?

Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.