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Usando Un Modelo Climático Muy Muy Sencillo en el Salón de Clases

Resumen:
A través de un modelo sencillo en línea, los estudiantes aprenden sobre la relación entre la temperatura y las emisiones globales medias de dióxido de carbono a la vez que predicen cambios de temperatura para el siglo XXI. Materials:
  • El Modelo Climático Muy Muy Sencillo (actividad interactiva en línea)
  • Laboratorio de computadora con acceso a Internet
  • Flash player instalado en las computadoras
  • Papel y lápices, cartelera y marcadores de cartelera, o PowerPoint para evaluación opcional
Fuente:
Modelo interactivo del clima desarrollado por Randy Russell. Guía para los educadores desarrollado por Lisa Gardiner.
Grade level:
Grados 6-12
Duración:
  • Introducción y Parte 1: 40 minutos
  • Parte 2 y resumen de la discusión: 40 minutos
  • Uno o dos períodos extras de clase para evaluación opcional
Resultados en el aprendizaje de los alumnos:
  • Los alumnos entienden el impacto del dióxido de carbono atmosférico en la temperatura media global de la Tierra.
  • Los alumnos entienden que la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera aumenta siempre que las emisiones sean mayores a cero.
  • Los alumnos entienden cómo los cambios en el índice de emisiones de dióxido de carbono afecta la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera y la temperatura media global.
  • Los estudiantes desarrollan y prueban un escenario usando un modelo.
  • Los estudiantes leen e interpretan gráficos de información.
Formato de la Lección:
Interacción con la computadora y evaluación opcional

Pautas Nacionales Observadas:

  • 5-8 y 9-12: Unificando conceptos y procesos: Evidencia, modelos, y explicación
  • 5-8 and 9-12: Contenido Pauta A: Ciencia como investigación
  • 5-8: Contenido Pauta B: Ciencia física: Características de objetos y de materiales
  • 5-8: Contenido Pauta D: Ciencia de la tierra y del espacio: Estructura del sistema terrestre
  • 5-8: Contenido Pauta F: Ciencia en perspectivas personales y sociales: Cambios en la Tierra, estructura del sistema terrestre
  • 9-12: Contenido Pauta F: Ciencia en perspectivas personales y sociales: Energía en el sistema de la Tierra, ciclos geoquímicos
  • 5-8 y 9-12: Contenido Pauta F: Ciencia en perspectivas personales y sociales: Comprensión sobre ciencia y tecnología
  • 5-8 y 9-12: Contenido Pauta G: Historia y naturaleza de la ciencia: Naturaleza del conocimiento científico

INSTRUCCIONES:

Introducción:

  1. Pregunte a estudiantes qué han oído del cambio de clima futuro en los periódicos, internet, y televisión. Si el tiempo lo permite, pida a sus alumnos que busquen y luego compartan artículos sobre el cambio de clima futuro. Discuta cómo los gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono, que se emiten hacia la atmósfera, están causando el cambio de clima actual. En Ventanas al Universo encontrará un resumen en la página titulada: Calentamiento del planeta: Los científicos dicen que la tierra se está calentando
  2. Diga a estudiantes que los modelos están utilizados para predecir cómo cambiará el clima de la Tierra en el futuro. Un modelo computarizado generalmente utiliza matemáticas para describir cómo trabaja la Tierra. Pida a sus alumnos que lean en Ventanas al Universo la página titulada ¿Qué es un modelo climático?, y luego discutan qué son los modelos. (Adicionalmente sus alumnos también pueden leer Cómo trabajan los modelos del clima y Exactitud e incertidumbre de los modelos de clima.)

Actividad Interactiva: Parte 1 - Aprendiendo cómo trabaja el modelo

  1. Diga a sus alumnos que usarán un modelo para probar qué sucederá a la atmósfera y al clima durante este siglo, dependiendo de la cantidad de dióxido de carbono lanzada a la atmósfera.
  2. Familiarice los alumnos con ejes del gráfico donde se trazarán datos de cada modelo (ver figura abajo.) El eje-x muestra años en el futuro. El eje-y tiene tres escalas: (1) tasa de emisiones de dióxido de carbono, (2) concentración de dióxido de carbono, y (3) temperatura global media.
  3. Introduzca las variables a la izquierda del gráfico (ver figura abajo) que los estudiantes pueden manipular mientras usan el modelo. La tasa de las emisiones de dióxido de carbono se mide en gigatones de dióxido de carbono por año. Dependiendo del nivel de formación de matemáticas de su alumno, puede que a este punto desee introducir el concepto de tasa o razón. model
  4. Pregunte a sus alumnos qué sucedería a la temperatura de la Tierra en el futuro si cada año lanzamos la misma cantidad de dióxido de carbono a la atmósfera que lanzamos en el año 2000. Esa tasa era de aproximadamente 6 gigatones de carbón por año (6 GtC/año). Oriente sus alumnos cómo fijar la tasa de emisiones de dióxido de carbono a 6 gigatones (debe aparecer en 6.) Diga a sus alumnos que fijen el "tamaño del factor tiempo" a 10 años, usando el menú que aparece. Esto significa que cada vez que piden al modelo que avance, éste se adelantará 10 años en el "modelo de tiempo".
  5. Oriente a sus alumnos pulsar para "adelantar"; pulse 10 veces para encontrar los datos a lo largo del siglo XXI. Cada vez que pulse, aparecerán tres puntos en el gráfico. El color de estos puntos está relacionado con los colores de las tres medidas del eje-y. (La figura superior muestra el gráfico resultante).
  6. Como clase, discuta qué está mostrando este gráfico.
    • Los puntos azules (tasa de emisiones) representan cuánto carbón agregamos a la atmósfera cada año. Puesto que la tasa permaneció igual para este modelo, los puntos azules forman una línea horizontal en el gráfico.
    • Los puntos negros representan cuánto carbón se ha acumulado en la atmósfera en un plazo determinado. Las unidades son "partes por millón por volúmen" (ppmv). Como referencia, la concentración real fue de aproximadamente de 368 ppmv en el año 2000. En este modelo, la concentración aumenta desde aproximadamente 400 ppmv hasta más de 600 ppmv para el año 2100.
    • Los puntos rojos representan la temperatura global media en grados centígrados. Como referencia, este valor estaba alrededor de 14.3° C en el año 2000. En este modelo, la temperatura aumentó hasta alrededor de 17.5° C para el año 2100. En este modelo simple, la temperatura se determina enteramente por la concentración atmosférica de CO2 a través del calentamiento por efecto invernadero de la atmósfera.

Actividad Interactiva: Parte 2 - Probando diversos panoramas de cambio de clima

  1. Pregunte a sus alumnos si creen que la primera corrida del modelo reflejará lo que harán las personas durante el siglo XXI. Las acciones de los seres humanos son la mayor incógnita en todo lo referente al cambio de clima futuro. Pida a sus alumnos que opinen: ¿Lanzaremos la misma cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera que hacemos ahora? ¿Lanzaremos menos? ¿Lanzaremos más?
  2. Dirija una tormenta de ideas en referencia a cómo y por qué las emisiones de carbono pueden cambiar en el futuro. Por ejemplo, las emisiones de carbono subirán si se crean más centrales eléctricas que queman combustibles de fósiles, sin embargo, las emisiones de carbono disminuirán si se inventan más tecnologías que reduzcan el uso de combustibles fósiles.
  3. De acuerdo a la tormenta de ideas pida a sus alumnos que trabajen en grupos para formular un panorama que quisieran probar. (Por ejemplo: las emisiones de dióxido de carbono aumentan hasta mitad del siglo XXI, y disminuyen después de eso). Para ser algo realistas, necesitarían comenzar con las emisiones en 6 GtC/año debido a que era el año 2000. Para ayudar a sus alumnos a enfocarse en el funcionamiento del modelo, pida a un grupos de alumnos a que antes de comenzar, pongan su panorama por escrito, en un párrafo.
  4. Para reajustar el modelo y ponerlo funcionar otra vez, oriente a los estudiantes pulsar sobre el botón de "Recargar) ("Reload") o "Refrescar" ("Refresh"). Indique a los alumnos qe fijen el 'paso de tiempo' en 10 años, como lo como hicieron anteriormente. Muéstreles cómo pueden cambiar las tasa de emisiones durante el siglo mediante el cambio de tasa, pulsando sobre "adelantar" ("forward") y luego cambiar la tasa otra vez. (Por ejemplo, si hubiera decidido aumentar las emisiones durante la primera mitad del siglo y después disminuirlas para la última mitad, necesitaría aumentar la tasa por cada 'paso de tiempo' durante los primeros 50 años y después disminuir la tasa para cada 'paso de tiempo' durante los últimos 50 años).
  5. Como clase, discuta los resultados de los varios panoramas de los estudiantes: ¿Qué ocurriño con las concentraciones de temperatura y de dióxido de carbono en un cierto plazo? ¿Es inevitable que haya un cierto calentamiento del planeta? ¿Cuál panorama tenía el menor calentamiento? ¿Cuál tenía el mayor?

EVALUACIONES:

Puede que desee que sus alumnos (o grupos de alumnos) presenten los resultados de la parte 2 al resto de la clase en un informe oral, carteles, o diapositivas de PowerPoint.

ACTIVIDADES DE EXTENSIÓN:

Pida a sus alumnos que hagan un experimento usando, El Modelo Climático Muy Muy Sencillo, probando si hay una diferencia en la temperatura global resultante entre dos panoramas.

Enfrentando el desafío del calentamiento del planeta y que luego hagan una tormenta de ideas acerca de las cosas que podrían hacer para disminuir la cantidad de gases de efecto invernadero que son lanzados a la atmósfera.

Combine esta actividad con Dióxido de Carbono - Fuentes y Sumideros y el Juego del Ciclo de Carbón para desarrollar la comprensión del estudiante acerca de dónde proviene el dióxido de carbono atmosférico, hacia dónde va, y cuánto tiempo permanece en la atmósfera.

INFORMACIÓN DE FONDO:

Los científicos de clima utilizan modelos para entender cómo está cambiando la Tierra. Los modelos de la Tierra se pueden experimentar para determinar el impacto de varias perturbaciones en el planeta. Los modelos de clima describen nuestro planeta con ecuaciones matemáticas. Debido a que la Tierra es compleja, toma centenares de ecuaciones muy complejas para modelar a la atmósfera, a los océanos, y a la superficie de la Tierra. Debido a la complejidad, los modelos de clima generalmente funcionan en supercomputadoras.

Un Modelo Climático Muy Muy Sencillo es, como indica el nombre, muy sencillo. En este modelo la temperatura global del promedio se determina enteramente por la concentración atmosférica de dióxido de carbono vía calentamiento del efecto invernadero de la atmósfera. Los impactos en la biosfera de la Tierra , los cambios en utilización de los suelos, los patrones del viento y de la precipitación, otros gases de efecto invernadero, la absorción de dióxido de carbono por los océanos, y otros factores no son considerados por este sencillo modelo. Muchos de estos factores disminuyen la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera en un plazo determinado.

George E.P. Box dijo una vez, "todos los modelos son incorrectos, pero algunos modelos son útiles". Mientras más se simplifica un modelo complejo como el sistema como la Tierra, más errado es el modelo. Sin embargo, la simplificación de este modelo a temperatura y dióxido de carbono, permite que los estudiantes se centren en las relaciones de causa-efecto de los gases de efecto invernadero y del cambio de clima. Un punto educativo importante incorporado a este modelo es que las temperaturas dependen de la concentración, que siempre aumenta toda vez que las emisiones sean mayores de cero. Cuando se oye a líderes de mundo decir que están trabajando arduamente para reducir el índice de crecimiento de emisiones de gases de efecto invernadero, recuerde que la reducción del índice de crecimiento no lleva a reducir las temperaturas. En cambio, la cantidad de gases de efecto invernadero continúa creciendo en la atmósfera siempre que las emisiones sean mayores a cero.

Las suposiciones detrás de este modelo, aunque son algo limitadas, son válidas. Los valores iniciales para la concentración, la tasa de emisión, y la temperatura correcta alrededor de los valores reales para el año 2000. Las gamas de opciones de las tasas de emisión coinciden con predicciones que los científicos creen es posible que veamos durante este siglo. La relación entre la concentración de dióxido de carbono y la temperatura atmosférica es establecida; básicamente, en aumentos de temperatura sobre 3° C para cada duplicación de la concentración del dióxido de carbono. Así pues, por ejemplo, si la concentración va desde 400 ppmv a 800 ppmv, esperamos ver que la temperatura aumente 3° C.

Según el informe 2007 del Panel Intergubernamental Para Cambios Climáticos (IPCC, por sus siglas al inglés, Intergovernmental Panel on Climate Change), la temperatura media de la Tierra aumentó 0.6° Celsius (1.1°F) durante el siglo XX. De acuerdo con los resultados de una docena de modelos computarizados, el IPCC proyecta que el calentamiento del planeta continuará. El modelo proyecta que la temperatura global media de la Tierra aumentará entre 1.8° y 4.0° Celsius (3.2° y 7.2° F), dependiendo en gran medida en cómo los seres humanos cambian como viven en el planeta.

SECCIONES RELACIONADAS DEL PORTAL DE WINDOWS TO THE UNIVERSE:

Última modificación el 3 de noviembre de 2008 por Lisa Gardiner.

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