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Planeta Cambiante: Elevación de Temperaturas Oceánicas - Incremento del Nivel del Mar

Resumen:

Los estudiantes investigan como la expansión térmica del agua afecta el nivel del mar.

Materials:
  • Hoja de Trabajo del estudiante
  • Matraz Cónico
  • Corcho con dos perforaciones para el matraz
  • Tubo de vidrio delgado
  • Termómetro largo
  • Lámpara Portable (una lámpara de escritorio flexible sirve)
  • Bombillo incandescente de 100 - 150 Watt
  • Colorante de comida
  • Agua
  • Sal
  • Alcohol etílico
  • Marcador
  • Regla pequeña
  • Cronómetro
Fuente:
Adaptado por los miembros del equipo de NESTA/Ventanas al Universo Missy Holzer, Jennifer Bergman, y Roberta Johnson a partir de la actividad Expansión Térmica e Incremento el Nivel del Mar de Ventanas al Universo
Grade level:
5-9, aunque puede ser adaptado a grados superiores utilizando las extensiones.
Duración:
  • Aproximadamente un período de laboratorio
  • Resultados en el aprendizaje de los alumnos:
    • Los estudiantes serán capaces de describir el cambio del nivel del agua cuando es calentada
    • Diferenciar entre los efectos de la expansión térmica y del derretimiento de los campos de nieve y agua terrestres, en relación con el incremento del nivel del mar
    • Predecir el impacto del incremento del nivel del mar sobre áreas costeras
    Formato de la Lección:
    Demostración o investigación manual.

    Pautas Nacionales Observadas:

    • Estándares de los Contenidos de Ciencia 5-12: Habilidades necesarias para la investigación científica
    • Estándares de los Contenidos de Ciencia 5-12: Entendiendo la investigación científica
    • Estándares de los Contenidos de Ciencia 5-8: Propiedades de los materiales terrestres

    INSTRUCCIONES:

    1. Vea el episodio de Planeta Cambiante: Temperaturas Oceánicas para obtener información general sobre las consecuencias del calentamiento de los océanos. También puede explorar estos tópicos en el sitio web de Ventanas al Universo y en los enlaces listados más abajo.
    2. Prepare los materiales e imprima la hoja de trabajo. Los materiales listados anteriormente son para cada equipo de estudiantes si la lección es conducida como laboratorio, o para el maestro si se hace como demostración. Si no tiene todos los materiales, modifique la lección usando materiales similares, sólo asegurándose que el contenedor quede bien sellado, como quedaría si usara un corcho y un matraz.
    3. Discuta con los estudiantes las implicaciones del incremento de temperatura oceánica, y los impactos sobre la vida marina y las propiedades costeras. Explore el conocimiento de los estudiantes sobre las causas del incremento del nivel del mar. Pregunte si el deshielo en las regiones polares afectaría los niveles del mar a latitudes bajas, y si no, ¿cuál es la causa de que el nivel del mar aumente? Tenga en cuenta que los estudiantes podrían tener la errónea concepción de que el derretimiento del hielo marino y del hielo y los glaciares terrestres contribuyen ambos al incremento del nivel del mar, cuando sólo contribuye el derretimiento de nieve, hielo y glaciares terrestres.

      Siga estos pasos si es una demostración:

    4. Llene completamente el matraz con agua muy fría (puede utilizar unas gotas de colorante para mejorar la visibilidad).
    5. Ponga el termómetro y el tubo de vidrio de la manera mostrada en la hoja de trabajo del estudiante.
    6. Ponga el corcho, con tubo y termómetro, en la boca del matraz. El agua debe elevarse ligeramente en el tubo de cristal. No debe quedar ningún espacio vacío entre la superficie del agua y el corcho - cuando ponga el corcho, algo del agua debe derramarse, así queda el matraz completamente lleno de agua, y el agua se eleva ligeramente en el tubo de cristal.
    7. Haga que un estudiante registre la temperatura del agua y que marque el nivel de agua en el tubo de cristal con el marcador.
    8. Pida a los estudiantes que predigan que ocurrirá al nivel del agua si es expuesta al calor. Forme una o varias hipótesis.
    9. Ponga el matraz bajo la lámpara, la lámpara debe estar dirigida hacia el agua, es decir, iluminando a unos cms por el lado, no desde arriba.
    10. Enciende la lámpara y en unos 5-10 minutos el agua en el tubo habrá ascendido. El nivel del agua continuará incrementando, típicamente subiendo unos 9 cm en 50 minutos.
    11. Discuta los resultados, hipótesis, y como este ejemplo se relaciona con el efecto del calentamiento global sobre el nivel del mar (remarcando las diferencias entre el matraz y las cuencas oceánicas).
    12. Siga estos pasos si es u laboratorio de los estudiantes.

    13. Distribuya la hoja de trabajo del estudiante, y antes que comiencen a manipular el equipo pídales que desarrollen una hipótesis sobre la pregunta del laboratorio.
    14. Advierta a los estudiantes que manipules todos los materiales con cuidado, y siga de cerca todo el procedimiento para asegurarse de que se recolectan datos de calidad.
    15. Para ahorrar tiempo en la segunda mitad del laboratorio, asigne a la mitad de la clase que investigue la expansión térmica del alcohol, y a la otra mitad la expansión térmica del agua salada.
    16. Use este último paso en ambos casos.
    17. Termine la lección indicando a los estudiantes que lean y escuchen el artículo de la National Geographic y el podcast Pulse of the Planet (Pulso del Planeta) listados en los recursos más abajo. Después que los estudiantes terminen de leer y escuchar el artículo y podcast, tenga una discusión de clase sobre los resultados del laboratorio junto al contenido del artículo y el podcast. Asegúrese de discutir las ventajas y desventajas del modelo de laboratorio de la expansión térmica.

    EVALUACIONES:

    Debe evaluar a los estudiantes por sus habilidades y análisis en el laboratorio. Considere usar las extensiones anteriores para evaluar la comprensión de los estudiantes sobre los conceptos de la lección y sus habilidades de laboratorio. También puede pedir a los estudiantes un reporte escrito sobre el impacto del incremento de las temperaturas oceánicas contextualizándolo en una carta que a los pobladores de una pequeña isla enfrentando el peligro del incremento del nivel del mar, o una carta a un periódico local sobre como los impactos del incremento del nivel de mar afectarán a todos.

    LAB SAFETY:

    El alcohol es una sustancia inflamable. Manipúlese con cuidado cerca del calor. Manténgase siempre al tanto de los estudiantes cuando usan objetos filosos o de cristal. Los objetos de cristal se pueden romper dejando pedazos extremadamente filosos. Tenga a la mano instrumentos de limpieza adecuados por si ocurre una rotura.

    CLEAN-UP:

    Lave y seque todo el equipamiento y guárdelo adecuadamente para su uso futuro.

    ACTIVIDADES DE EXTENSIÓN:

    • Una manera efectiva de transmitir la información sobre el incremento del nivel del mar es hacer que los estudiantes representen en mapas los cambios en el nivel del mar. Mapeando Líneas Costeras Antiguas es una excelente actividad para comenzar, después los estudiantes pueden mapear los cambios del nivel del mar en propiedades costeras de los EEUU usando USGSmapas topográficos.
    • Observaciones satelitales de Topex Poseidon ofrece a los científicos datos que les permiten monitorear los cambios en el nivel del mar. El sitio web MY NASA DATA le facilita a los estudiantes el acceso a datos satelitales que pueden ser fácilmente correlacionados. Por ejemplo, la altura del nivel del mar puede ser correlacionada con la temperatura. Los Impactos Oceánicos de un Evento El Niño usa tanto temperatura superficial como altura del nivel del mar, y puede ser fácilmente adaptado para esta lección.

    INFORMACIÓN DE FONDO:

    Los océanos de la Tierra cubren más del 70% de la superficie de nuestro planeta. Debido al tamaño y profundidad del océano, los cambios que ocurran en él afectan de manera importante nuestro planeta, y eso concierne a todos los que habitamos aquí.

    La mayor parte de la radiación solar (luz y calor) que llega al océano es absorbida en las primeras decenas de metros de agua. Las olas y turbulencias mezclan esta calor hacia abajo rápidamente. La capa superficial del océano está bien mezclada de la superficie al fondo de esa capa. La temperatura de las aguas superficiales (la capa mezclada) cambia principalmente con la latitud . Los mares polares (latitudes altas) puedes estar tan fríos como -2 grados Celsius (28.4 grados Fahrenheit) mientras el Golfo Pérsico (latitudes bajas) puede estar tan caliente como 36 grados Celsius (96.8 grados Fahrenheit). La temperatura promedio de las aguas superficiales del océano es aproximadamente 17 grados Celsius (62.6 grados Fahrenheit).

    Hay una división entre las capas superficiales, bien mezcladas, y las capas profundas que no se mezclan.. Esta frontera comienza usualmente alrededor de 100-400 metros de profundidad y se extiende hacia abajo varios cientos de metros. Esta zona divisoria, donde ocurre una rápida disminución de temperatura, es llamada la termoclina. Aproximadamente el 90% del volumen total del océano se encuentra bajo la termoclina, en el océano profundo. Aquí, la temperatura se aproxima a 0 grados Celsius. Así, aún cuando la temperatura de las aguas superficiales puede ser tan agradable como 20 grados Celsius (¡bueno para nadar!), la mayoría del océano tiene temperaturas entre 0 y 3 grados Celsius (32-37.5 grados Fahrenheit).

    Termómetros fijados a boyas en la superficie del océano pueden medir la temperatura. En la última década, el programa Argo se ha responsabilizado con el monitoreo del estado de las aguas superficiales oceánicas en todo el planeta. El programa despliega flotadores que miden la salinidad y temperatura a través de la capa superficial del océano. Mas de 3 000 flotadores han sido desplegados sobre todo el océano, y cada flotador esta programado para hundirse 2 000 metros, derivando a esa profundidad por 10 días. Entonces los flotadores regresan a la superficie, midiendo temperatura y salinidad todo el tiempo. Una vez que el flotador llega a la superficie, los datos son transmitidos vía satélite, para que los científicos y el público tengan acceso al estado del océano sólo a horas de la recolección de datos. Las mediciones in situ a mayores profundidades son frecuentemente realizadas con un instrumento CTD (CTD = conductividad, temperatura, profundidad, en Inglés), que es descendido desde una plataforma o barco. Estos instrumentos son usados por el Instituto de Ciencias Oceánicas de Bermudas (BIOS, por sus siglas en Inglés), que ha estado registrando mediciones oceánicas como temperatura, salinidad y concentración de oxígeno por más de 55 años.

    Los programas Argos y BIOS han publicado resultados que confirman que el océano se está calentando . El agua superficial lógicamente cambia de estación a estación y de año a año, pero el océano completo se ha calentado aproximadamente 0.1 grado Fahrenheit (0.55 grado Celsius) en los últimos 30-50 años. Pudiera no parecer mucho, pero es un cambo significativo. Piense en una cazuela de agua calentándose en una estufa. Una cazuela pequeña se calentará muy pronto, mientras una grande, si la estufa se mantiene a la misma temperatura, se calentará muy lentamente. Esto se debe a la diferencia de capacidad térmica. El océano tiene una enorme capacidad térmica debido a su inmenso tamaño, por esto, como una enorme cazuela de agua, se requiere de una gran cantidad de calor para calentar el océano. Es remarcable el hecho de que el océano se haya calentado notablemente en los últimos 30 a 50 años.

    La elevación de la temperatura oceánica preocupa a los científicos por diversas razones. La elevación de la temperatura del océano afecta la cadena alimenticia global del océano. También, debido a las interacciones océano-atmósfera, el calentamiento del océano provocara cambios globales de los patrones meteorológicos. De hecho, hay fuerte evidencia de que el calentamiento global ha causado el incremento de la intensidad de los huracanes en las últimas décadas. De acuerdo al científico Kerry Emmanuel, de MIT, los huracanes se han hecho 70-80% más poderosos en este período. Los huracanes toman su energía de los océanos y la convierten en energía de la tormenta. Así, océanos más calientes ofrecen más energía a los huracanes, permitiéndoles ser más poderosas y durar más tiempo. El estudio del efecto del calentamiento global sobre los huracanes continúa siendo un área de investigación activa.

    Otra preocupación importante de los científicos es que el calentamiento global está causando un incremento del nivel del mar. Actualmente, el nivel del mar incrementa a razón de 3 mm por año (aproximadamente 1/8 pulgada.) Los científicos están aún tratando de calcular con exactitud cuanta elevación del nivel del mar podríamos esperar en el Siglo 21. El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático estima entre 18 y 59 centímetros (7 a 23 pulgadas) de elevación del nivel del mar. ¿Cómo el calentamiento global provoca que el nivel del mar se incremente? Hay dos mecanismos. Primero, cuando el clima se calienta, el agua que se encuentra en tierra, en glaciares y placas de hielo se derrite y llaga a los ríos y océanos. Segundo, cuando el agua de mar se calienta, las moléculas se separan, lo que provoca que el agua ocupe más espacio. Los científicos sospechan que más de la mitad del incremento del nivel del mar actual se debe a la expansión del agua de mar por el calentamiento global.

    Actualmente, en todo el mundo viven grandes poblaciones humanas en áreas costeras que serían afectadas por incrementos del nivel del mar, y las inundaciones y erosión que esto provoca. Los suministros de agua potable podrían ser contaminados con agua salada, y las tierras agrícolas podrían ser inundadas. Muchos países están buscando nuevas tecnologías para proteger las poblaciones de los peligros del incremento del nivel del mar.

    SECCIONES RELACIONADAS DEL PORTAL DE WINDOWS TO THE UNIVERSE:

    OTRAS FUENTES:

    Última modificación el 16 de febrero de 2011 por Missy Holzer.

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