El efecto Invernadero y el Calentamiento Global

El efecto Invernadero y el Calentamiento Global

El efecto Invernadero y el Calentamiento Global Guía para el Profesor INTRODUCCIÓN La Tierra se divide en tres capas. La capa sólida es la litósfera, la capa acuosa en la superficie de la Tierra es la hidrósfera y la capa de aire sobre la litósfera es la atmósfera. La atmósfera es una mezcla de varios gases y aerosoles (partículas sólidas y líquidas en suspensión) que dan forma el sistema ambiental integrado con todos sus componentes. Dentro de los gases que la componen, están los gases de efecto invernadero (GEI) los cuales permiten la retención de energía solar como calor de manera similar a un invernadero.

Un invernadero tiene techo y paredes de plástico o vidrio y se utiliza para el crecimiento de plantas debido a que su interior es templado incluso en invierno. La atmósfera de la Tierra cumple el mismo objetivo que las paredes del invernadero: mantener energía calórica en la superficie de la Tierra. Gracias a este efecto invernadero natural, es posible que existan temperaturas adecuadas para la vida. Los GEI (dióxido de carbono, metano, vapor de agua) tienen la capacidad de absorber y emitir radiación infrarroja. Si no fuera por los GEI, la temperatura de la tierra descendería a -18°C y los océanos estarían congelados.

En otras palabras, la atmósfera es una capa que protege y aísla la Tierra.

Desde el comienzo de la Revolución Industrial, los seres humanos han cambiado la composición de los gases en la atmósfera. El aumento antropogénico de la concentración de los GEI ha amplificado el efecto invernadero natural. Como consecuencia, la temperatura de la superficie de la tierra se ha elevado, fenómeno conocido como Calentamiento Global. EXPLICACIÓN DEL EXPERIMENTO En este experimento se investigará el rol natural de los GEI y cómo su acumulación excesiva afecta la temperatura de la Tierra. Para ello se construirán dos modelos: uno representando el efecto invernadero natural (“Mini Planeta Tierra natural”), y el otro, el efecto invernadero amplificado o antropogénico (“Mini Planeta Tierra con muchos GEI”).

Estas dos condiciones atmosféricas serán representadas por dos “Mini Planeta Tierra” (cada uno representando a todo nuestro planeta) que serán cubiertos con dos botellas sin fondo. Una botella tendrá agujeros en sus paredes para representar la cantidad natural de GEI presentes en la atmósfera. Mientras que la otra botella no tendrá agujeros en sus paredes para representar el exceso de GEI en la atmósfera. Para estudiar el efecto de la acumulación excesiva de los GEI en la atmósfera se pondrán ambos modelos bajo la luz de una lámpara o la luz directa del sol y se monitoreará la temperatura dentro de cada modelo.

Los alumnos deben comprender que en el modelo con la botella sin agujeros las paredes selladas evitan que el aire caliente dentro del “Mini Planeta Tierra” escape, mientras que en el modelo con la botella con agujeros el aire circula libremente. Esto lleva a que el aire dentro del “Mini Planeta Tierra con muchos GEI” se caliente más rápido que el “Mini Planeta Tierra natural”. En esta actividad, las botellas funcionan con los mismos principios que un invernadero.

La temperatura dentro de las botellas refleja las propiedades radiativas y la capacidad de aislamiento eficaz de la envoltura de plástico que cubre a los “Mini Planeta Tierra”. Este es un modelo simple del efecto invernadero de la atmósfera y su capacidad para atrapar el calor. Cuando la energía del Sol llega a la atmósfera de la Tierra, parte de ella es reflejada de vuelta al Espacio por las capas más densas de la atmósfera, las partículas en suspensión, la parte superior de las nubes, y las propiedades reflectantes de la superficie de la Tierra, océanos y los casquetes polares. La energía restante pasa a través de la capa en que se encuentran los GEI y es absorbida por la superficie de la Tierra (tierra y agua).

Eventualmente, la tierra y el agua liberan parte de esa energía en forma de radiación infrarroja hacia la atmósfera. Cuando la radiación infrarroja se encuentra con los GEI, gran parte es absorbida e irradiada nuevamente a la tierra y los océanos, los que la que absorben otra vez. Si no fuera por las propiedades aislantes del efecto invernadero de la atmósfera, la vida tal como la conocemos no sería posible en Tierra.

Uno de los “Mini Planeta Tierra” se cubrirá con una botella sin agujeros en sus paredes, mientras que el otro “Mini Planeta Tierra” se cubrirá con una botella con agujeros en sus paredes. ¿Por qué se debe tener un “Mini Planeta Tierra” cubierto con una botella con agujeros? Funcionaria el experimento observando solo un “Mini Planeta Tierra” cubierto con una botella sin agujeros? Explicar a los alumnos la importancia de tener un punto de referencia, comparación o control. En este caso el control será el “Mini Planeta Tierra” cubierto con una botella con agujeros, puesto que esta botella representa una atmósfera con una cantidad natural de GEI.

Luego se podrá comparar lo que ocurre en el “Mini Planeta Tierra” que tiene una atmósfera con una cantidad excesiva de GEI, representada por la botella sin agujeros. ¿Es importante tener los mismos “Mini Planeta Tierra” y las botellas del mismo tamaño? ¿Por qué? Explicar a los alumnos que los “Mini Planeta Tierra” y las botellas se llaman variables. Y que es muy importante mantener todas las variables iguales y sin cambios para así poder estudiar nuestra variable de interés: el cambio de la temperatura dentro de cada modelo. Esta variable se registrara midiendo la temperatura dentro de cada modelo durante su exposición a la luz de la lámpara o a la luz solar.

De esta forma, si se observa una diferencia de temperatura entre los modelos, sabremos que la diferencia es causada por la presencia o ausencia de agujeros en las botellas, los cuales representan una cantidad natural o excesiva de GEI en la atmósfera, respectivamente.

NOTA IMPORTANTE: La analogía entre la cubierta de plástico de la botella y la atmósfera no es perfecta. Las cubiertas de un invernadero evitan la pérdida de calor por convección (circulación de aire que remueve calor), así como por radiación (transferencia directa de energía calórica). La atmósfera previene la pérdida de calor sólo por radiación. Los invernaderos utilizados en esta actividad son representaciones altamente simplificadas del proceso atmosférica real y sólo son de uso limitado en la comprensión de la naturaleza y el alcance del efecto invernadero real. PREPARACIÓN PREVIA AL DÍA DEL EXPERIMENTO Esta actividad tiene una duración aproximada de dos bloques de clase.

**ALTERNATIVA: Si el dia esta soleado, se puede reemplazar la lámpara por luz solar. Para ello, el experimento se deberá poner cerca de una ventana donde le llegue la luz directa del sol en todo momento.

1. Materiales para el profesor: - Cinta adhesiva - Tijeras - Plumón - Cuchillo cartonero o cortacartón - 1 Clavo grueso (9 pulgadas) - Cocina o mechero - Guantes de cocina - Papel blanco para rotular - Regla 2. Reunir los materiales necesarios por grupo (4 alumnos). - 2 vasos grandes iguales de plástico - 2 botellas de 2 litros de plástico transparente sin coloración (para que los alumnos puedan observar lo que ocurre en el interior). Para poder recopilar suficientes botellas pedir a cada alumno llevar una botella de 2 litros, con las características mencionadas, a clase.

- 2 termómetros de laboratorio - 2 vasitos chicos de plástico - Tierra - Agua de la llave - 1 barrita de plasticina - 4 palitos de helado - 20 palitos de fósforo - Cartulina negra - Lápices y plumones de colores - Reloj o cronómetro para medir el tiempo (puede ser un celular) - 1 lámpara con una ampolleta corriente de 100 watts 3.

Retirar las etiquetas de las botellas de plástico. Para ello, sumergir las botellas en agua tibia. 4. Retirar las tapas a las botellas, pero no descartar porque serán utilizadas para crear lagos en los “Mini Planeta Tierra”.

5. Cortar las 2 botellas para utilizar la parte superior de estas. Para lograrlo, hay que dividir imaginariamente (utilizando la regla) cada botella en cinco partes, marcar con el plumón el quinto inferior de cada botella y cortar a lo largo de esta marca con las tijeras o cortacartón. Desechar la parte inferior de la botella. 6. Hacer agujeros en una de las botellas. Para ello, encender el mechero o cocina, tomar el clavo con los guantes de cocina y calentarlo en la llama. Una vez caliente, presionar el clavo contra la pared de una de las botellas para hacer agujeros grandes. Repetir este paso hasta que toda la botella esté cubierta de agujeros.

7. Pegar los termómetros a la boca de cada botella por dentro utilizando cinta adhesiva. La lectura del termómetro se debe hacer por fuera de la botella, para lograr esto, se debe hacer coincidir el borde de la boca de la botella con la marca de los -10°C en el termómetro. Una vez que los termómetros estén fijos, rellenar por completo la boca de la botella con plasticina. Este procedimiento se puede observar en las fotos que

aparecen en la Guía Resumen con fotos para el Profesor, Preparación de la actividad ANTES de la clase, HOJA 1. 8. Rotular una de las botellas con las palabras “Mini Planeta Tierra natural” y la otra botella “Mini Planeta Tierra con muchos GEI”. 9. Cortar el fondo de los vasos grandes de plástico para ser utilizados como bases para el “Mini Planeta Tierra”. Para ello, medir 3 cms desde el fondo del vaso y hacer una marca con el plumón alrededor del vaso. Luego, cortar a lo largo de esta marca y desechar la parte de arriba del vaso. Este procedimiento se puede observar en las fotos que aparecen en la Guía Resumen con fotos para el Profesor, Preparación de la actividad ANTES de la clase, HOJA 1.

10. Cortar los 4 palitos de helado por la mitad para que los alumnos los puedan usar como edificios (dibujando ventanas y puertas). 11. Agregar tierra a uno de los vasitos chicos de plástico. Es ideal que para el dia del experimento la tierra esté húmeda, así los alumnos podrán observar mayor condensación dentro de los “Mini Planeta Tierra”. Esto se puede observar en las fotos que aparecen en la Guía Resumen con fotos para el Profesor, Desarrollo de la Actividad, HOJA 2.

12. Agregar agua de la llave al otro vasito chico de plástico. DÍA DEL EXPERIMENTO 1. Discusión antes de comenzar el Experimento Preguntar a los alumnos quienes han escuchado sobre el Efecto Invernadero y el Calentamiento Global.

Crear una pequeña discusión sobre qué entienden por estos dos términos: ¿son efectos beneficiosos o perjudiciales? ¿por qué? Luego, preguntar a los alumnos: si el Espacio exterior es frío, ¿por qué la Tierra se mantiene templada? [El Sol es la fuente de energía de la Tierra y nos entrega calor]. ¿Qué característica tiene la Tierra que nos permite sobrevivir en comparación con otros planetas del sistema solar? [Nuestro planeta tiene una atmósfera, que corresponde a la capa más externa que cubre la Tierra.] Explicar que la atmósfera de la Tierra es especial. Entre sus variadas funciones, mantiene condiciones aptas para la vida: nos protege de los rayos ultravioleta del sol, nos permite respirar y nos mantiene templados.

Preguntar a los alumnos, ¿de qué está compuesta la atmósfera? [Está compuesta de gases. Los principales gases son: nitrógeno y oxígeno. Y en cantidades más pequeñas existen, argón, dióxido de carbono, vapor de agua, ozono, metano y muchos otros.] Preguntar a los alumnos si han escuchado sobre los GEI y si saben qué son. [Los GEI son los gases encargados de mantener una temperatura adecuada en la Tierra para el desarrollo de la vida. Los GEI son: el dióxido de carbono, el vapor de agua y el metano.] Preguntar a los alumnos si saben por qué se llaman GEI. ¿Qué es un invernadero y para qué se utiliza? [Un invernadero es una construcción cuyo techo y paredes son de plástico o vidrio.

Se utiliza para el crecimiento de plantas debido a que su interior permite mantener una temperatura cálida, incluso en invierno.] Explicar a los alumnos que las paredes de un invernadero representan a los GEI de la atmósfera. Estos gases sirven como una manta que evita que la Tierra pierda energía calórica en forma de radiación hacia el Espacio, haciéndola rebotar hacia la Tierra nuevamente. Es un fenómeno natural que permite mantener una

temperatura adecuada para la sobrevivencia de la vida en la Tierra. PERO, si hay acumulacion excesiva de uno o mas de los GEI, entonces esta manta se transforma en una barrera más gruesa, se acumula mayor calor provocando un aumento de la temperatura de la Tierra. Explicar a los alumnos que la Tierra tiene 4 mil millones de años, y los GEI han estado trabajando durante mucho tiempo para mantener la tierra caliente con el fin de sostener la vida. Los GEI se liberan de forma natural a través de los procesos geológicos y la actividad metabólica de la vida. Pero, en los últimos 300 años, los humanos han comenzado a cambiar la composición de los gases en la atmósfera.

A través del talaje de árboles y la quema de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) se ha aumentado la concentración de algunos GEI (dióxido de carbono, metano, ozono). Incluso, se han sumado nuevos gases creados por el hombre como los clorofluorocarbonos. Como consecuencia, menos calor puede escapar al Espacio y la Tierra se esta calentando. Este fenómeno perjudicial se conoce como Calentamiento Global.

2. Explicación de los Materiales y Procedimiento de la Guía Experimental para el Alumno Materiales: - 1 botella con un letrero que dice: “Mini Planeta Tierra natural”. - 1 botella con un letrero que dice: “Mini Planeta Tierra con muchos GEI”. Explicar a los alumnos que cada botella representa a la atmósfera en dos condiciones distintas. La botella con agujeros representa una atmósfera natural y la botella sin agujeros representa una atmósfera con muchos GEI. Explicar que deben ser cuidadosos con los termómetros y que no deben tocar o empujar la plasticina. - 2 fondos de vasos. Explicar a los alumnos que cada fondo de vaso representará a nuestro planeta a una mini escala que serán expuestos a dos condiciones atmosféricas distintas, una natural y otra con muchos GEI.

- 20 palitos de fósforo (10 para cada fondo de vaso). - 8 mitades de palitos de helado (4 para cada fondo de vaso). - 1 vasito chico de plástico con tierra. - 1 vasito chico de plástico con agua de la llave. - 2 tapas de botella. Explicar a los alumnos que deben utilizar estos materiales para crear un “Mini Planeta Tierra” en cada fondo de vaso. Deben echar tierra dentro de cada fondo de vaso y meter una tapa de botella en la tierra y agregarle agua para que represente un lago. También deben meter los palitos de fosforo y helado en la tierra. Los palitos de fósforo servirán para representar un bosque (los pueden pintar verdes con los plumones) y los palitos de helado serán edificios (pueden pintar ventanas y puertas).

Este procedimiento se puede observar en las fotos que aparecen en la Guía Resumen con fotos para el Profesor, Desarrollo de la Actividad, HOJA 2.

- Cartulina negra. Explicar a los alumnos que la cartulina negra ayudará a que la temperatura dentro de los vasos aumente aún más ya que absorberá mayor radiación solar. - Lápices y plumones de colores. Serán necesarios para que los alumnos dibujen sus observaciones y dibujen ventanas y puertas en las tapas de botellas y los palitos de

helado para simular edificios. - 1 lámpara con una ampolleta corriente de 100 watts. Explicar a los alumnos que la lámpara representará la Energía solar. - Reloj o cronómetro para medir el tiempo (puede ser un celular). Procedimiento: El profesor entregará los materiales para realizar el experimento.

Pon mucha atención a las explicaciones que él dará sobre la importancia de cada material. 1. Rellena la siguiente Tabla. Anota las mediciones de temperatura que harás, en cada “Mini Planeta Tierra”, durante el experimento. Tu tabla debe tener: un título, el tiempo (en minutos) en que se tomará cada medición de temperatura, espacio para las mediciones de temperatura (en grados Celsius) en los dos “Mini Planeta Tierra”. Titulo de la Tabla _ _ Tiempo (minutos) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Temperatura de “Mini Planeta Tierra natural” (⁰C) Temperatura de “Mini Planeta Tierra con muchos GEI” (⁰C) 2.

Fabrica edificios: pinta con los plumones ventanas y puertas a los palitos de helado. 3. Fabrica árboles: pinta con los plumones los fósforos de color verde. 4. Fabrica con tus compañeros, dos “Mini Planeta Tierra”. Para ello, echa tierra dentro de cada fondo de vaso. Forma un lago metiendo una tapa de botella en la tierra y agrégale agua. Forma una ciudad y un bosque metiendo los edificios y árboles en la tierra. Explicar que deben incrustar delicadamente el bosque y edificios en la tierra.También deben agregar el agua a la tapa de botella con mucho cuidado para no rebalsar la tapa y mojar la tierra.

5. Pon la cartulina negra sobre la mesa. 6. Pon la lámpara sobre la cartulina negra. 7. Pon cuidadosamente los “Mini Planeta Tierra” sobre la cartulina negra a cada lado de la lámpara. Es importante que los dos vasos queden a la misma distancia de la lámpara (unos 10 cms de distancia) para que reciban la misma cantidad de luz y trata que el calor no le llegue directamente al bulbo del termómetro. Explicar a los alumnos que es muy importante que calor del sol o la lámpara no lleguen directamente al bulbo del termómetro para que así no haya distorsión en los resultados. Este procedimiento se puede observar en las fotos que aparecen en la Guía Resumen con fotos para el Profesor, Desarrollo de la Actividad, HOJA 2.

8. Cubre los “Mini Planeta Tierra” con distintas atmósferas. Para ello, cubre uno de los “Mini Planeta Tierra” con la botella que dice: “Mini Planeta Tierra natural” y el otro “Mini Planeta Tierra” con la botella que dice: “Mini Planeta Tierra con muchos GEI”.

Explicar a los alumnos que no se deben remover las botellas de plastico hasta que finalice el experimento para evitar que se alteren las condiciones atmosféricas de cada “Mini Planeta Tierra”. 9. Un compañero debe prender la lámpara. Tú y otro compañero deben mirar el termómetro en cada “Mini Planeta Tierra” y anotar la temperatura en la Tabla.

Esta será la primera medición. Explique a los alumnos que esta será la medición del tiempo cero (t=0 minutos). Al mismo tiempo, otro compañero debe comenzar el cronómetro. Es importante destacar que el experimento se debe hacer en equipo y que cada alumno tiene un rol clave para que el experimento funcione.

10. Mira el termómetro en cada “Mini Planeta Tierra” cada 5 minutos y anota la temperatura en tu Tabla. Debes hacer esto durante 40 minutos. 11. Anota cualquier cambio que observes en cada “Mini Planeta Tierra” durante el experimento (también debes incluir si es que no ves cambios). Ejemplos: Deben mencionar condensación en las paredes de las botellas, a veces puede ocurrir goteo de agua por las paredes de las botellas en el “Mini Planeta Tierra con muchos GEI”. No deberían ver cambios en el vaso “Mini Planeta Tierra natural”. Resultados: 1. Dibuja los “Mini Planeta Tierra” con sus atmósferas y lo que viste al principio y al final del experimento.

Es importante que los alumnos dibujen cada detalle de lo observado al principio y al final del experimento.

2. Construye un gráfico de Tiempo versus Temperatura con los datos de la Tabla. Tu gráfico debe tener un título y nombres para el eje X o abscisa (tiempo, en minutos) y para el eje Y u ordenadas (temperatura, en grados Celsius). Para graficar, haz un punto para cada dato de temperatura que anotaste de “Mini Planeta Tierra natural” con un lápiz azul. Luego, con el mismo lápiz, une los puntos dibujando una línea o curva suave. Haz lo mismo para los datos de temperatura de “Mini Planeta Tierra con muchos GEI” pero con un lápiz rojo. Explicar a los alumnos, mediante una demostración en el pizarrón, cómo deben graficar.

3. Discusión final una vez realizado el Experimento Leer a los alumnos el siguiente extracto de un discurso pronunciado por el Jefe Seattle (1786-1866) quien fuera Jefe de los indios piel roja Duwamish de Norteamérica. Cada pedazo de esta tierra es sagrado para mi pueblo. Cada rama brillante de un pino, cada puñado de arena de las playas, la penumbra de la densa selva, cada rayo de luz y el zumbar de los insectos son sagrados en la memoria y vida de mi pueblo. La savia que recorre el cuerpo de los árboles lleva consigo la historia del piel roja. Los muertos del hombre blanco olvidan su tierra de origen cuando van a caminar entre las estrellas.

Nuestros muertos jamás se olvidan de esta bella tierra, pues ella es la madre del hombre piel roja. Somos parte de la tierra y ella es parte de nosotros. Las flores perfumadas son nuestras hermanas; el ciervo, el caballo, el gran águila, son nuestros hermanos. Los picos rocosos, los surcos húmedos de las campiñas, el calor del cuerpo del potro y el hombre, todos pertenecen a la misma familia…” “ No hay un lugar quieto en las ciudades del hombre blanco. Ningún lugar donde se

pueda oír el florecer de las hojas en la primavera o el batir las alas de un insecto. Mas tal vez sea porque soy un hombre salvaje y no comprendo. El ruido parece solamente insultar los oídos…” “Ustedes deben enseñar a sus niños que el suelo bajo sus pies es la ceniza de sus abuelos. Para que respeten la tierra, digan a sus hijos que ella fue enriquecida con las vidas de nuestro pueblo. Enseñen a sus niños lo que enseñamos a los nuestros, que la tierra es nuestra madre. Todo lo que le ocurra a la tierra, le ocurrirá a los hijos de la tierra. Si los hombres escupen en el suelo, están escupiendo en sí mismos…” “Lo que ocurra con la tierra recaerá sobre los hijos de la tierra.

El hombre no tejió el tejido de la vida; él es simplemente uno de sus hilos. Todo lo que hiciere al tejido, lo hará a sí mismo…” “¿Qué ha sucedido con el bosque espeso? Desapareció. ¿Qué ha sucedido con el águila? Desapareció. La vida ha terminado. Ahora empieza la supervivencia…” Una vez leído el extracto, preguntar a los alumnos qué opinan de los pensamientos del Jefe Seattle. ¿Cómo deberíamos tratar a nuestro planeta? ¿Qué actitud deberíamos tomar ante la gran contaminación creada por el hombre?

PREGUNTAS Y RESPUESTAS DE LA GUÍA EXPERIMENTAL PARA EL ALUMNO 1. Calcula el cambio de temperatura en cada “Mini Planeta Tierra” restando el valor de la TEMPERATURA MÍNIMA al valor de la TEMPERATURA MÁXIMA. Los alumnos deben calcular el cambio de temperatura para cada “Mini Planeta Tierra”. ¿En qué “Mini Planeta Tierra” hay un cambio de temperatura grande? Hay un mayor cambio de temperatura en el “Mini Planeta Tierra con muchos GEI” en comparación con el cambio de temperatura del “Mini Planeta Tierra natural”. ¿A qué se debe esta diferencia? Esto se debe a que la energía lumínica de la lámpara que pasa dentro del “Mini Planeta Tierra con muchos GEI” se ha convertido en calor que no puede escapar porque la botella no tiene agujeros.

En cambio en el “Mini Planeta Tierra natural” la botella deja escapar el calor y por eso su temperatura no varía tanto.

2. ¿Cómo crees tú que este experimento sirve para mostrar que la contaminación del aire influye en el calentamiento global? La atmósfera de la Tierra esta compuesta por gases que cumplen una función similar a la botella; permiten que la energía del sol pase a través y evitan que se escape al Espacio en forma de calor. Esto permite que nuestra Tierra tenga una temperatura apta para la vida. Al haber contaminación del aire, la atmósfera se llena de más GEI y otros gases contaminantes que evitan que el calor escape al Espacio. Como consecuencia, aumenta la temperatura en la superficie de la Tierra causando Calentamiento Global.

3. Da al menos 3 ejemplos de cómo el Calentamiento Global está cambiando nuestro Planeta. Aumento del nivel del mar, aumento de grandes tormentas, huracanes en nuevos lugares de todo el mundo, olas de calor más frecuentes, cambios en la ubicación de la tierra cultivable, más incendios forestales y la migración de los animales a nuevos hábitats.