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Planeta Cambiante: Carbón Negro – Una Situación Turbia

Resumen:

Los estudiantes investigan los efectos climáticos del incremento de las cantidades de carbón negro en la absorción de la radiación solar sobre la superficie de la Tierra.

Materials:

Por cada equipo de 3 a 4 estudiantes

  • 4 termómetros
  • Lámpara portable (puede ser una lámpara flexible de escritorio)
  • bombillo incandescente de 100 - 150 Watt
  • cronómetro
  • cinta clara
Fuente:

Adaptado por Missy Holzer, Jennifer Bergman y Roberta Johnson, integrantes del equipo de NESTA/Ventanas al Universo, de la actividad de Ventanas al Universo Mirando al Albedo Superficial.

Grade level:

6-9

Duración:
  • Introducción: 10 minutos
  • Colección de datos e interpretación: 60 minutos
  • Conclusiones: 20 minutos
Resultados en el aprendizaje de los alumnos:
  • Los estudiantes examinarán como el incremento de la cantidad de carbón negro, especialmente en las regiones polares, puede incrementar la cantidad de energía absorbida por la superficie terrestre.
  • Los estudiantes reunirán, presentarán y analizarán datos de un modelo simple.
Formato de la Lección:

Basado en investigación y práctica de laboratorio

Pautas Nacionales Observadas:

  • Contenido Nacional de Ciencia Estándares 5-12: Habilidades necesarias para desarrollar investigación científica
  • Contenido Nacional de Ciencia Estándares 5-8: Propiedades de materiales terrestres
  • Contenido Nacional de Ciencia Estándares 9-12: Ciclos Geoquímicos
  • Contenido Nacional de Ciencia Estándares 9-12: Calidad Ambiental

INSTRUCCIONES:

  1. Para obtener información general sobre el origen e impactos del carbón negro vea el video Planeta Cambiante: Carbón Negro. Adicionalmente, explore estos tópicos en los enlaces de Ventanas al Universo listados abajo.
  2. Reúna los materiales e imprima la hoja de trabajo del estudiante. Corte las holas con puntos en cuartos y entregue a cada equipo un cuarto de hoja blanca, y uno de papel puntuado de 10, 50 y 80 %.
  3. Esta lección puede hacerse a continuación de la Mirando en el Albedo Superficial de Ventanas al Universo. Previo a la lección revise el concepto de albedo de la superficie y qué superficies tienen albedos altos versus albedos bajos. Después discuta con la clase las maneras en que el albedo de una superficie puede ser alterado, guiando a los estudiantes hacia ejemplos de cómo la reflectividad de una superficie puede ser incrementado o disminuido. Pida a los estudiantes que lean Negro y Blanco: Hollín sobre Hielo o uno de los artículos listados más abajo, para presentarles el concepto de carbón negro. Si ya ha discutido vientos globales, este puede ser un buen momento para discutir la distribución global de carbón negro debida a estos vientos.
  4. Pida a sus estudiantes que formulen una hipótesis para esta pregunta: ¿Cómo impactaría el calentamiento de la superficie un incremento en carbón negro? Pídales que escriban su hipótesis en la hoja de trabajo y que lean el procedimiento antes de comenzar sus investigaciones. Remarque que serán evaluados por sus habilidades de laboratorio ya que esta investigación requiere estrictos controles para asegurar que los datos recogidos sean confiables. También informe a los equipos que sus resultados será compartidos con toda la clase.
  5. Inspeccione cada puesto de trabajo y asegúrese de que cada bombillo esta a la misma exacta distancia del termómetro, y a unos 30 cm de la mesa de laboratorio. Recuerde a los estudiantes tener mucho cuidado de no mover los termómetros cundo estén tomando los valores de temperatura. Continúe observando el trabajo de los estudiantes durante la recolección de datos.
  6. Después que han tomado los datos, ayúdelos a crear una gráfica multi-linear que incluya los 4 juegos de datos (tres de las hojas puntuadas y uno de la hoja blanca). Pida a los estudiantes que tracen una línea vertical en el gráfico limitando las dos partes del experimento, calentamiento y enfriamiento. Si se dispone de un programa de computadora para graficar, entrene a los estudiantes para crear gráficos usando el programa, los que pueden después ser proyectados durante la parte de discusión del laboratorio.
  7. Una vez que todos los estudiantes han terminado de crear sus gráficos, pida a cada equipo que compartan sus resultados con la clase. Discuta sus resultados con relación al tópico del carbón negro y si sus resultados confirman, o no, lo que está pasando a escala global. Este es un buen momento para discutir el diseño de experimentos y las limitaciones de modelos en la clase. Indague con sus estudiantes sobre sus técnicas de colección de datos y si cambiarían algo de repetir la práctica de laboratorio. Pregunte que datos adicionales serían útiles para estudiar el impacto del carbón negro sobre la absorción de la radiación solar.
  8. Resuma la lección con una discusión de cómo limitar las emisiones de carbón negro. Haga que los estudiantes investiguen la aplicabilidad de sus ideas, y que reporten lo encontrado al resto de la clase.

EVALUACIONES:

Evalúe los estudiantes en base a sus habilidades para controlar un experimento, recoger, analizar y presentar datos, y trabajar en equipo. También pueden ser evaluados por sus habilidades en presentar sus resultados a la clase, incluyendo el uso adecuado de la terminología correcta.

LAB SAFETY:

Siempre use prácticas de laboratorio seguras.

CLEAN-UP:

Guarde los materiales para su uso posterior.

ACTIVIDADES DE EXTENSIÓN:

  • Cree una cumbre global simulada con sus estudiantes para discutir métodos para reducir las emisiones de carbón negro. Incluya representantes de países con diferentes perspectivas sobre este asunto, para que los estudiantes estén conscientes de que hay diferentes ideas de cómo resolver este problema.

INFORMACIÓN DE FONDO:

Pequeñas partículas en la atmósfera llamadas aerosoles pueden ser muy pequeñas, pero tienen la habilidad de cambiar el clima. Estas minúsculas partículas, parte natural de la atmósfera, provienen de volcanes en erupción, sal marina, y fuegos naturales. Sin embargo, desde el inicio de la Revolución Industrial se han agregado aerosoles adicionales a la atmósfera, debido a la quema de combustibles fósiles. El producto de la combustión incompleta de combustibles fósiles, biocombustibles y biomasa es llamado carbón negro. Comúnmente se le conoce como hollín.

El carbón negro permanece en la atmósfera de varios días a semanas, y después se deposita sobre el suelo. Las fuentes de carbón negro son la quema abierta de biomasa (quema de valles y bosques que pueden comenzar por una causa natural, como descargas eléctricas, o artificial, como la quema de terrenos para limpiarlos), quema de biocombustibles, motores diesel, procesos industriales, y quema de carbón doméstico. El carbón negro es producido en todo el mundo, y el tipo de hollín emitido varía por región.

El carbón negro contribuye con el calentamiento global en dos maneras. Primero, cuando el hollín entra a la atmósfera, absorbe luz solar y genera calor, calentando el aire. Segundo, cuando el hollín se deposita sobre la nieve o hielo, cambia el albedo de la superficie, absorbiendo luz solar y generando calor, lo que causa el derretimiento del hielo y nieve, y que sean expuestas las superficies más obscuras de la Tierra o el océanos, las que reflejan menos energía solar, causando aún más calentamiento. Esto se conoce como la retroalimentación hielo-albedo.

Pero ¿qué es albedo? La cantidad de energía reflejada por una superficie es llamada albedo. El albedo se mide en una escala de cero a uno (o a veces como porciento).

  • Colores muy obscuros tienen un albedo cercano a cero (o cerca de 0%).
  • Colores muy claros tienen un albedo cercano a uno (o cerca de 100%).

Debido a que una buena parte de la superficie terrestre y marina es de color obscuro, tienen un albedo menor y absorben una gran cantidad de la energía que llega a ellos, reflejando sólo una mínima parte de la energía del Sol. Los bosques tienen un albedo bajo, cerca de 0.15. La nieve y hielo, por el contrario, tienen albedo muy alto debido a sus colores muy claros, tanto como 0.8 o 0.9, por lo que reflejan de vuelta la mayoría de la energía solar que les llega, absorbiendo muy poco.

La cantidad y tipo de aerosoles en la atmósfera tiene un impacto sobre el albedo de nuestro planeta. El albedo planetario de la Tierra es cerca de 0.31. Lo que significa que una tercera parte de la radiación solar que llega a nuestro planeta es reflejada al espacio, y dos terceras partes son absorbidas. Los aerosoles como el carbón negro tienen un albedo muy bajo y reflejan muy poco energía solar. Esta contaminación del aire está teniendo un gran impacto sobre el clima de la Tierra.

Los científicos Ramanathan y Carmichael estiman que las emisiones de carbón negro son la segunda causa más importante del calentamiento global, después de la emisión de dióxido de carbono. Una de las estrategias más rápidas para el desaceleramiento del calentamiento global es la reducción de las emisiones de carbón negro. Afortunadamente, muchas políticas recientes para reducir la producción de carbón negro han sido implementadas en todo el mundo, y la tecnología necesaria para aliviar la emisión de carbón negro ya existe. Para mejorar aún más, tenemos que regular mejor los procesos industriales que producen carbón negro, y los individuos necesitan una tecnología asequible y disponible para poder cambiar prácticas como cocinar usando biocombustibles y la combustión residencial de carbón que todavía se utilizan en gran parte del mundo.

La importancia del papel del carbón negro en el calentamiento global ha llegado a la vanguardia de las mentes de muchos ciudadanos interesados, y ya se dan los primeros pasos para hacer frente a varias cuestiones, como cocinas de combustión más limpia disponibles en paises en desarrollo .

Estas reducciones de carbón negro en el mundo no sólo ayudará a reducir el calentamiento global, también mejorarán la salud humana y la estética ambiental.

SECCIONES RELACIONADAS DEL PORTAL DE WINDOWS TO THE UNIVERSE:

OTRAS FUENTES:

Última modificación el 7 de marzo de 2011 por Missy Holzer.

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