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Planeta Cambiante: Supervivencia de Árboles

Resumen:

Los estudiantes investigan el papel de los gases en el crecimiento de las plantas, y como los registros indirectos (proxy), el trabajo de campo y los experimentos controlados ayudan a los científicos a conocer los procesos terrestres.

Materials:
  • Hoja de Trabajo del Estudiante
  • Internet
  • Jarro o botella grande de cristal
  • Tapón para el jarro o botella
  • Tierra seca esterilizada
  • Grava
  • Carbón Activado
  • 3 ó 4 plantas interiores tolerantes a la humedad
  • Botella rociadora
Fuente:
Desarrollado por Missy Holzer, Jennifer Bergman y Roberta Johnson del equipo de NESTA/Ventanas al Universo.
Grade level:
Grados 7-10
Duración:
  • Lección Cosechas Debilitadas: 2 períodos de clases
  • Lección Dióxido de Carbono: Fuentes y Sumideros: 1 período de clase
  • Lección Construir un Árbol: 30 minutos
  • Lección Botella Ecosistema: 1 período de clase para preparar; múltiples semanas para recolección de datos; 1 período de clase para conclusiones
Resultados en el aprendizaje de los alumnos:
  • Los estudiantes identificarán los reactivos y productos de la fotosíntesis y la respiración celular
  • Los estudiantes comprenderán como datos de trabajo de campo pueden ser utilizados para inferir información sobre climas pasados
  • Los estudiantes observarán y registrarán cambios en un ambiente controlado y sacarán conclusiones sobre los procesos
Formato de la Lección:

Demonstraciones, investigación interactiva en Internet, colección y análisis de datos

Pautas Nacionales Observadas:

  • 5-8: Estándar de Contenido A: Ciencia como Investigación
  • 5-8: Estándar de Contenido C: Poblaciones y Ecosistemas
  • 5-8: Estándar de Contenido C: Diversidad y Adaptaciones de Organismos
  • 5-8: Estándar de Contenido D: Estructura del Sistema Terrestre, Historia de la Tierra
  • 5-8: Estándar de Contenido F: Poblaciones, Recursos, y Medios Ambientes
  • Todos los Niveles: Historia y Naturaleza de la Ciencia: Ciencia como una Aventura Humana, Naturaleza de la Ciencia, Historia de la Ciencia
  • Todos los Niveles: Estándar de Ciencia y Tecnología: Comprendiendo Ciencia y Tecnología
  • Todos los Niveles: Ciencia en el Estándar Perspectiva Personal y Social
  • Todos los Niveles: Evaluaciones Estándar B: La Habilidad de Comunicar Efectivamente sobre Ciencia

INSTRUCCIONES:

  1. A manera de información general sobre como el cambio climático afecta la supervivencia de los árboles en todo el mundo, vea Planeta Cambiante: Supervivencia de Árboles. También explore estos tópicos en el sitio web Ventanas al Universo, y en los enlaces listados más abajo.
  2. Reúna los materiales necesarios para cada parte que haya escogido de la lección e imprima la hoja de trabajo del estudiante. Puede omitir partes de esta lección de acuerdo al nivel y conocimiento previo de sus estudiantes.
  3. El foco de este programa está en los efectos de la combinación del incremento global del dióxido de carbono y del incremento de la temperatura sobre los árboles. El Dr. Ward usa datos de núcleos de hielo junto a árboles preservados en depósitos de brea (estos árboles provienen de la última edad de hielo, hace unos 40 000 años). Ella observó que algunas plantas pueden sobrevivir en los menores niveles de dióxido de carbono y bajas temperaturas típicas de esos tiempos, y está usando esos registros como una referencia para determinar el impacto que el incremento de estos dos parámetros tendrá sobre el crecimiento de los árboles en el futuro. Los estudiantes deben tener una comprensión básica de los mecanismos de la fotosíntesis, ya que esta es la manera en que los árboles usan el dióxido de carbono. Si se requiere una revisión de estos conceptos, puede utilizar el plan de clases de Ventanas al Universo denominada Planeta Cambiante: Plantas Debilitadas- Sufriendo la Pérdida de Agua. Para ayudar a sus estudiantes a entender mejor el proceso, considere usar las Partes 3 y 4 de Dióxido de Carbono: Fuentes y Sumideros donde los estudiantes usan un indicador químico (BTB) para detectar la presencia del dióxido de carbono.
  4. Una vez que los estudiantes entiendan el papel de la fotosíntesis en el crecimiento de las plantas, introduzca el concepto de dendroclimatología, y como los árboles "registran" los climas pasados en sus anillos. Visite los enlaces que aparecen más abajo para obtener información adicional sobre este tópico, y haga que los estudiantes Construyan un Árbol (esta es una herramienta en línea que modela los efectos de la temperatura y humedad en el crecimiento de los anillos). Un importante punto que se destaca en esta actividad es que hay otras variables, además de temperatura y precipitación, que afectan el crecimiento de los anillos de los árboles. Provoque una discusión sobre cuales otros factores pueden tener influencia sobre el crecimiento de los árboles, y pida a los estudiantes que imaginen formas de medir el impacto de esos factores. Los estudiantes deberán pensar en factores como el dióxido de carbono, cantidad de energía solar, disponibilidad de nutrientes, así como eventos que pueden impactar el crecimiento, como plaga de insectos, fuegos forestales, o competencia local por luz o nutrientes. Imaginar formas de medir estos impactos puede ser difícil, los estudiantes podrían sugerir experimentos controlados de laboratorio para probar algunos de estos factores (esto es similar a lo que la Dr. Ward está haciendo para probar sus hipótesis sobre los efectos de la elevación de los niveles de dióxido de carbono y de la temperatura sobre las plantas).
  5. Este episodio es útil para exponer los estudiantes a una variedad de prácticas científicas - de la determinación de registros indirectos basados en evidencia recogida en trabajos de campo, a experimentos de laboratorio controlados, a la creación de modelos para el futuro. Los estudiantes aprenderán sobre las dificultades de aplicar los resultados experimentales a lo que ocurre en la vida real. Como se mencionó antes, hay muchos factores bióticos y abióticos que afectan el crecimiento de las plantas, y no todos pueden ser controlados simultáneamente en el laboratorio para modelar con precisión lo que ocurre en un ecosistema natural. Para promover el pensamiento científico en los estudiantes, pregúnteles como podrían poner a prueba las hipótesis de la Dra. Ward en la clase. Muy posiblemente los estudiantes tendrán dificultades para describir un experimento controlado debido al gran número de factores que pueden influir sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas.
    Muestre a los estudiantes la botella o jarro que será usado para crear el ecosistema. Pídales que le ayuden a crear el ecosistema. Selecciona un jarro o botella lo suficientemente grande como para contener 3 ó 4 plantas tolerantes a la humedad y que aún les quede espacio para crecer. Las plantas no deben tocar las paredes de la botella. Ponga una mezcla de carbón activado y grava en el fondo de la botella, sobre esta mezcla agregue la tierra seca hasta una profundidad que pueda sostener cómodamente el sistemas de raíces de las plantas durante su crecimiento. Rocíe la tierra con agua suficiente como para humedecerla, pero sin llegar a mojarla. Agregue las plantas utilizando un palillo largo si el cuello de la botella es muy estrecho. Rocíe las plantas para humedecerlas, agregue ahora unas piezas de cortezas a la superficie, selle la botella con una tapa y póngala en un lugar donde reciba luz solar de forma indirecta. Observe las plantas durante los próximos días para asegurarse que se mantienen saludables. Puede que tenga que reemplazar una o dos de ellas, o agregas un poco más de agua a medida que su ecosistema se establece.
  6. Pida a los estudiantes que comparen su ecosistema con un ecosistema natural, buscando respuestas relacionadas con ecosistemas cerrados y abiertos, y el reciclado de nutrientes, gases y agua. Pídales que creen un diario de los cambios que observen en su ecosistema. Pregúnteles que factores creen que podrían ser monitoreados (número de hojas -saludables, muriendo, muertas; ancho y altura de la planta; humedad y temperatura dentro del jarro, etc.), y pídales que cada uno o dos días registren sus observaciones. Haga que continúen sus observaciones sobre un período de dos meses. Guíe una discusión con los estudiantes sobre los procesos relacionados con el reciclado de gases y de agua dentro de la botella. Pregunte a los estudiantes como pueden confirmar que está ocurriendo el intercambio de gases, y ellos deben sugerir que las plantas deben estar recibiendo el dióxido de carbono del aire en la botella porque se ven saludables. Pídales que generen una hipótesis de que ocurriría si se incrementara la cantidad de dióxido de carbono en la botella. Para incrementar el dióxido de carbono, puede descender en la botella del ecosistema un pequeño recipiente (un tubo de ensayo, por ejemplo) de ácido hidroclórico y pedacitos de mármol (permita que esta reacción, que crea el dióxido de carbono, ocurra por 30 minutos antes de sacarla del frasco). Haga que los estudiantes continúen sus observaciones por otras dos semanas. Si tiene acceso a una sonda de dióxido de carbono, puede medir la cantidad de este gas sobre el curso del experimento, y correlacionarla con los datos recogidos.
  7. Al final del período de observaciones, dirija los estudiantes a la hoja de trabajo para que respondan preguntas relacionadas con las debilidades y fortalezas de su modelo de ecosistema. Los científicos saben las limitaciones que tienen los experimentos de laboratorio que estudian ecosistemas naturales, y crean ecosistemas para "Estudio del Enriquecimiento del Dióxido de Carbono en el Aire Libre" (FACES, por sus siglas en inglés) para estudiar la respuesta de los árboles al incremento del dióxido de carbono. En estos sitios FACES en todo el mundo, se fuerza una cantidad excesiva de dióxido de carbono y los árboles son monitoreados para seguir los cambio en la fenología, biomasa y muchos otros parámetros. Visite el enlace más abajo para aprender más sobre estos estudios.

EVALUACIONES:

Evalúe las conclusiones sobre el crecimiento y la fotosíntesis de las notas o diarios de los estudiantes, remarque claramente que las observaciones del ecosistema en una botella representan las reacciones ocurriendo durante la fotosíntesis. También refiera los estudiantes a sus observaciones durante la lección Dióxido de Carbono: Fuentes y Sumideros. Observe la calidad de los diarios de los estudiantes, y si incluyen fecha y hora con cada entrada, junto a observaciones detalladas. Cuando desarrolle un examen para este tópico, incluya preguntas sobre las prácticas científicas empleadas en esta lección.

LAB SAFETY:

Siempre use prácticas seguras de laboratorio, especialmente cuando use químicos. Siga las recomendaciones del fabricante para el desecho seguro de todos los químicos usados.

CLEAN-UP:

No re-use materiales del ecosistema, aunque si las plantas están saludables (pueden durar un par de años en la botella sellada), trasplántelas a macetas de tamaño adecuado y disfrute de ellas. Si al mismo tiempo que el ecosistema en una botella se usan las otras lecciones, asegúrese de seguir los procedimientos adecuados de limpieza indicados en esas lecciones.

ACTIVIDADES DE EXTENSIÓN:

  • Considere usar Árboles: Registros de los cambios Climáticos para identificar el crecimiento anual y por temporadas de los anillos de un árbol; entender que el grosor de un anillo es afectado por condiciones ambientales; entender que los anillos registran evidencias de las condiciones climáticas pasadas; y recolectar y analizar datos de los anillos de árboles, probando una hipótesis y sacando conclusiones.
  • También considere usar Paleoclimas y Polen donde los estudiantes analizan un modelo de granos de polen en muestras de suelos de Washington o Colorado para determinar el tipo y cantidad de "polen" en las muestras, el tipo de vegetación y edad de las muestras, y concluir sobre el tipo más probables de clima cuando el polen fue liberado.

INFORMACIÓN DE FONDO:

Los árboles contienen algunas de las evidencias mas precisas del pasado. Sus capas de crecimiento, que se ven como anillos en la sección transversal del tronco, registran evidencias de inundaciones, sequías, ataques de insectos, impactos de rayos , terremotos e incluso los cambios en los niveles de dióxido de carbono que ocurrieron durante la vida del árbol. Cambios en el grosor de los anillos, indican cambios en la longitud de, o disponibilidad de agua durante, la temporada de crecimiento.

Cada año, un árbol incrementa su grosor, y este crecimiento es llamado un anillo de árbol. El crecimiento de los árboles depende de las condiciones ambientales locales. En algunas áreas el factor limitante para el crecimiento es la disponibilidad de agua, en otras áreas (especialmente en altas latitudes) es la longitud de la temporada de crecimiento. En áreas donde el agua es limitada y donde la cantidad de agua varía de año a año, los científicos usan los patrones de los anillos para reconstruir los patrones regionales de sequía. En áreas donde la longitud de la temporada de crecimiento es el factor limitante, el grosor de los anillos pueden indicar cuando la temporada de crecimiento fueron más largas (períodos más cálidos) o más cortas (períodos más fríos).

El estudio del crecimiento de los anillos de los árboles se conoce como dendrocronología. El estudio de la relación entre el clima y los anillos de crecimiento en un esfuerzo para reconstruir los climas pasados se conoce como dendroclimatología.

Imagen en dominio público

Como se observa en esta imagen, los anillos de árboles consisten de dos capas:
Una capa de color claro que crece en la primavera
Una capa obscura que se forma a finales del verano

En lugares donde el crecimiento de los anillo es limitado por la disponibilidad de agua, los árboles producirán anillos más anchos durante años frescos y húmedos, y menos anchos en años calientes y secos. Un invierno severo puede también producir anillos menos anchos. Si los anillos muestran el mismo grosor consistentemente, el clima fue el mismo año tras año. Contando los anillos de los árboles se puede calcular con bastante exactitud la edad y salud del árbol y la temporada de crecimiento de cada año.

Los dendrocronologistas actuales muy pocas veces cortan un árbol para analizar sus anillos, en vez utilizan una sonda que se atornilla en el árbol y después se saca, extrayendo consigo una muestra del tamaño de una paja de madera de unos 4 milímetros de diámetro. El hueco dejado se sella para evitar enfermedades.

Los análisis digitales y otros métodos han permitido a los científicos entender mejor ciertos cambios climáticos de gran escala de siglos pasados. Estos métodos permiten análisis altamente localizados. Por ejemplo, los arqueólogos usan los anillos de árboles para fechar los troncos con los que se construyeron cabañas y pueblos Nativos-Americanos a través de la comparación de los anillos de los troncos en las construcciones con los anillos en árboles cercanos muy viejos. La coincidencia entre estos patrones puede mostrar el año en que el árbol fue cortado, revelando así la verdadera edad de estos asentamientos.

Los datos de los anillos de árboles son sólo recogido fuera de los trópicos. Los árboles en climas fríos tienen periodos de crecimiento anual en el verano y períodos de inactividad en el invierno, lo que genera el patrón característico de bandas claras y oscuras. Los árboles tropicales crecen todo el año, y no tienen el patrón de bandas alternas oscuras y claras que nos permite leer los registros de anillos de árboles.

Los registros de anillos de árboles son combinados para crear registros climáticos que cubren períodos de tiempo mayores que la vida de un sólo árbol. Por ejemplo, los registros de un árbol vivo de 200 años pueden ser combinados con los de un árbol que cayó hace 150 años (después de vivir un par de siglos) para producir un juego de datos compuestos que abarcan varios centenares de años.

Los árboles, vivos o muertos, no son la única fuente de registros utilizados para construir estos extensos registros. Vigas de ruinas o edificios viejos, muestras de los marcos de madera de pinturas antiguas, astillas de violines, etc. han sido utilizados para agregar muestras de madera de árboles que murieron hace mucho tiempo a las cronologías climáticas. En algunos casos, los anillos de los árboles en madera petrificada han arrojado luz sobre las condiciones climáticas en tiempos verdaderamente antiguos .

Los árboles más viejos de la Tierra, los pinos erizos del oeste de América del Norte, pueden vivir por más de 4 000 años. Troncos muertos de pinos erizos, a menudo bien conservados en el terreno seco en el que crecen, puede tener hasta 9 000 años.

Los registros indirectos de clima preservados por los anillos de árboles abarcan un período de unos 9 000 años. La resolución de los anillos es de un año. Los anillos de árboles son uno de los registros indirectos de datos climáticos de mayor resolución, pero tienen uno de los menores períodos de cobertura sobre el que pueden ser utilizados cuando se comparan con otros registros indirectos (como las muestras de hielo).

SECCIONES RELACIONADAS DEL PORTAL DE WINDOWS TO THE UNIVERSE:

OTRAS FUENTES:

Última modificación el 23 de septiembre de 2011 por Jennifer Bergman.

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