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ANEXO 4.1c
Ejemplos de secuencias de indagación
“En busca de la fuente de los volcanes, investigando el interior terrestre”
(Dirigida: tercer ciclo de primaria // ESO)
1) Planteamiento del problema
Con relativa frecuencia, en los medios de comunicación se publican noticias sobre
erupciones volcánicas. Podemos aprovechar una de ellas como punto de partida de
nuestra secuencia de actividades de indagación. Al hilo de la misma pueden surgir
preguntas como estas: ¿de dónde viene la lava que sale por los volcanes?, ¿Qué
posición ocupa en el interior terrestre, cómo es la Tierra por dentro?, en
definitiva, ¿estamos en peligro y algún día una erupción volcánica puede ocurrir
también aquí?
También se puede plantear que el interior terrestre ha sido un misterio para la
humanidad, que ha suscitado interés y despertado la imaginación, expresado, por
ejemplo, en obras de la literatura clásica como “Viaje al centro de la Tierra” de
Julio Verne.
2) Formulación de explicaciones iniciales e hipótesis
Se pide al alumnado que trate de responder al interrogante planteado;
específicamente al de cómo es la Tierra por dentro, centrándose en la localización
del magma que luego saldrá en forma de lava (también gases y sólidos –lava
solidificada-) por los volcanes. Conociendo esto, en gran medida sabremos también
si estamos en “peligro o riesgo volcánico”. Para que ofrezcan su explicación, se les
pide que la expresen mediante un dibujo esquemático de la Tierra o una sección
de la misma (a modo de “quesito”), que vaya desde el centro de la misma hasta la
superficie. En el esquema, el magma lo pueden representar con relleno sólido de
lápiz. Así mismo, pueden añadirle las justificaciones sobre su modelo que
consideren necesarias. Es muy probable que el alumnado, en sus dibujos, muestre
una capa continua de magma, a modo de “manto” terrestre fundido, o, más aun,
que dibuje una parte central de la Tierra (o “núcleo”) fundido como origen del
magma (Fig. 1). Este es un modelo muy arraigado sobre el interior terrestre, que
en gran parte coincide con el que sostenían los científicos hasta hace no mucho
tiempo.
3) Búsqueda de información para la construcción de pruebas que apoyen (o
rechacen) sus ideas
Para ello se puede empezar interrogando al alumnado sobre como nosotros, como
los científicos pueden saber cómo es el interior terrestre, preguntando qué
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información podemos conseguir al respecto. Una posible respuesta puede ser
accediendo directamente. No es poca la información sobre su origen que nos da el
estudio de las rocas, de los minerales que las constituyen y de los elementos
químicos que en grandes y pequeñísimas cantidades las componen. Podemos llegar
a la idea clave de que las rocas son los archivos que registran (y por tanto pueden
contarnos si “sabemos leerlas”) la historia de la Tierra. Y aunque no lo parezca, la
Tierra, las rocas, son dinámicas, se “mueven” en vertical y sobre todo en
horizontal, tenemos el enorme handicap de que las perforaciones más profundas
existentes solo llegan a los 12 km (¡y el centro de la Tierra dista 6370 km!); y
faltan algunos años más para saber si un mega-proyecto científico (“Mission
MoHole”), tendrá éxito y mediante perforación alcanzaremos el manto terrestre
(aun así, nos seguimos quedando todavía prácticamente en la “piel” de nuestro
planeta).
Figura 1. Ejemplos de dibujos del interior terrestre de alumnado al que se le pidió que indicasen el
origen del magma que sale en forma de lava por los volcanes. A la derecha se presenta el modelo de
interior terrestre de Kircheri (1678).
Otra posibilidad es la de búsqueda de pruebas mediante métodos indirectos. Es
probable que el alumnado no caiga en la cuenta de esta vía potentísima de
obtener información. Se les puede facilitar el descubrimiento de esta vía, con una
analogía sobre los métodos indirectos de estudio del interior terrestre. Se les
entrega una caja que no pueden abrir, y de la que quieren conocer su contenido,
¿cómo averiguarlo?: por su peso -o más bien densidad-, por el sonido que hace al
agitarla, por el olor que desprende…. Esto es, las técnicas geofísicas nos dan una
información inestimable sobre el interior terrestre.
Es decir, el material que les vamos a facilitar y del que podrán obtener
información relevante, se relaciona con el que nos aporta los métodos de estudio
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de la Tierra directos (muestras de rocas magmáticas - volcánicas y plutónicas1-,
que podrán observar con una lupa y analizar con un imán) e indirectos (sísmica –
diagrama global de velocidades de las ondas sísmicas en la Tierra- (Fig. 2);
magnetismo -modelo analógico del magnetismo terrestre2, manejo de una brújula-;
densidades – o masas y radios-, Tabla 1). Finalmente, en último momento, le
aportaremos un mapa con la distribución de volcanes activos en la superficie
terrestre (Fig. 3) y el mapa con los límites de placas tectónicas (Fig. 4), y
opcionalmente, una “lámpara de lava” en funcionamiento3.
4) Análisis e interpretación de la información y los datos recogidos
convirtiéndolos en pruebas.
La observación de la gráfica global de la velocidad de las ondas sísmicas en su
viaje por el interior terrestre (Fig. 1) pondrá de manifiesto que las ondas “P”
(longitudinales) se transmiten por toda la Tierra con un patrón general de aumento
de velocidad, con un descenso brusco al entrar en el núcleo. En cambio, las ondas
“S” (transversales”) dejan de transmitirse en el núcleo externo. Tras este análisis
de la gráfica, simplemente pueden buscar como se transmiten las ondas P y S en
medios sólidos y líquidos. O si queremos que el alumnado construya de una forma
más completa su prueba, se puede realizar la experiencia (modelo analógico) de
las “moléculas humanas”4 para llegar a esa conclusión. En definitiva, el alumnado
tiene que convertir los datos de la gráfica, en una prueba de que el manto
terrestre no corresponde a una capa fundida, o que el manto no contiene una capa
continua de roca fundida; pero sí que el núcleo externo de la Tierra está fundido.
Por tanto, con esta prueba el alumnado tendrá que descartar los modelos iniciales
con una capa fundida (asimilable al manto o parte del manto) como reservorio del
magma. Además, el modelo donde la parte más interna de la Tierra (asimilable al
núcleo) constituye el origen del magma se vería reforzado, dado que el núcleo
externo es líquido.
1
Una buena colección de rocas plutónicas se puede conseguir gratuitamente de los descartes de los
establecimientos de “Mármoles y Granitos” que suelen existir en los polígonos de cualquier pueblo de tamaño
medio.
2 Se puede
construir con una esfera de plastilina, en cuyo centro se deja un imán. Finalmente con la utilización
de una especie de brújula (magnaprobe) que permite el movimiento de la aguja en todas las direcciones, no
solo en el plano, podemos trazar como sería reconstruir como sería el magnetismo en nuestro modelo y por
ende, en la Tierra (http://youtu.be/OACXblG4ppw).
3 Un ejemplo de “lámpara de lava” en funcionamiento
se puede ver en: https://youtu.be/frGcWfV3Ixw
4 Accesible en http://www.earthlearningidea.com/PDF/77_Spanish.pdf
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Figura
2.
Comportamiento
de
las
ondas
sísmicas en el
interior terrestre.
Figura
3.
Distribución
volcanes activos
en la Tierra.
Figura
4.
Distribución
de
placas tectónicas
de la Tierra.
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Por otra parte, los datos presentes en la gráfica de velocidades, ponen de
manifiesto aspectos básicos como la estructura de la Tierra en “capas” y que los
materiales terrestres ganan en densidad conforme aumenta la profundidad
(evidenciado por el aumento de velocidad de las ondas sísmicas).
Tabla 1: Profundidad, masa, volumen y densidad de las diferentes capas de la Tierra.
Corteza
Manto
Núcleo
TIERRA
Unidades
Intervalo de
profundida
d
Entre 0 y
35
Entre 35 y
2890
Entre 2890
y 6371
6371
Km
Masa
4.97E+22
3.97E+24
1.95E+24
5.97E+24
Kg
Volumen
1.78E+19
8.88E+20
1.77E+20
1.08E+21
m3
Densidad
2.80E+03
4.47E+03
1.10E+04
5.51E+03
Kg/m3
Un segundo análisis se realizaría sobre la información del magnetismo terrestre y
el de las propias rocas magmáticas. El funcionamiento de la propia brújula pone de
manifiesto la existencia de un campo magnético terrestre. El uso de modelo del
magnetismo terrestre anteriormente descrito permite la modelización del
fenómeno y su percepción como fenómeno global. ¿Qué es lo que puede producir
que la Tierra se comporte como un gigantesco imán cuyos polos se alinean
aproximadamente con la del eje de rotación terrestre? Se les preguntaría al
alumnado también sobre el material del que están hechos los imanes más
comunes. No sería difícil que llegaran a la conclusión de que están formados por
hierro metálico. Si adicionalmente trabajamos con datos de densidad terrestre (o
de masa y volumen, si queremos que el alumnado construya de forma más personal
sus pruebas, y adentrarnos en elementos de la modelización matemática, Tabla 1)
podrían inducir que el núcleo terrestre está formado por un material mucho más
denso que el que forma la corteza y el núcleo; esto es, hierro. Y, precisamente,
que es el movimiento del núcleo externo líquido en torno al interno, debido a la
rotación terrestre, el fenómeno que se relaciona con la generación del magnetismo
terrestre.
Se les tendría que pedir en este punto vuelvan a evaluar su hipótesis inicial del
interior terrestre, modificada quizás tras la construcción de la anterior prueba: ¿de
qué estarían constituidas las rocas magmáticas (volcánicas o plutónicas) si tuvieran
su origen en el núcleo? ¿Cómo podrían comprobar si están constituidas de ese
material –hierro-, al menos en gran parte? De nuevo, además del reconocimiento
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directo, sería factible que ellos mismos pudieran acudir a propiedades como la
atracción por parte de un imán para su identificación. La aplicación de ambas vías
a las muestras de rocas magmáticas pondría de manifiesto que las rocas
magmáticas no tienen hierro metálico, y que están constituidas por otros
materiales (podrían buscar ellos o informarles nosotros de que están constituidas
fundamentalmente de una clase de mineral llamado silicatos). Por tanto, en este
punto deberían llegar a la conclusión de que el núcleo no puede ser el origen del
magma que arrojan los volcanes, puesto que si fuera así, las rocas, que son
producto del enfriamiento del magma, estarían compuestas de hierro.
Es posible que en este punto el alumnado llegue a un “callejón sin salida”. En ese
caso se les puede animar a que revise la literalidad de las conclusiones de la
primera prueba subrayando que el diagrama de ondas sísmicas es global, de toda la
Tierra (funciona a gran escala). Con cierto andamiaje del docente, podrían
concluir que el magma no necesariamente tiene que venir de una capa líquida,
sino que podría ser algo más puntual (a modo de “bolsadas”). La identificación de
un manto (y una corteza) terrestres constituidos por silicatos (lo que se puede a su
vez probar por el modelo de densidades terrestres), coincidente con la naturaleza
de las rocas magmáticas constituiría una prueba de esta nueva posibilidad (que se
sumaría a la imposibilidad de las otras hipótesis).
En estos momentos se les puede presentar un mapa de volcanes actuales de la
Tierra. La simple observación del mismo le puede ayudar a considerar que los
volcanes no están distribuidos homogéneamente, y que en algunas zonas forman
autenticas lineaciones (cinturón de fuego del pacífico). Esta, por tanto, sería otra
prueba que apoyaría una formación puntual del magma, en la vertical de esos
volcanes.
Ya aquí se podría responder tentativamente al problema inicial…si estuviéramos e
una de esas alineaciones, quizás sí estaríamos en peligro por una erupción
volcánica nueva.
No obstante, para llegar a un modelo más útil para explicar y predecir estos y
otros fenómenos terrestres, deberíamos avanzar al menos un paso más. Se trataría
de mostrarles el mapa de las placas tectónicas en las que se divide el planeta
(grandes porciones de la parte “superficial” de la Tierra -de 50 a 300 km
aproximadamente de grosor- que conforman unidades rígidas). El estudio detallado
del mismo, podría mostrarle que el vulcanismo en su gran mayoría coincide con los
límites de estas placas. Llegando a la conclusión de que es en los límites de placas
tectónicas donde se origina fundamentalmente el magma, en la corteza y el manto
terrestre. Estamos ya tocando la teoría de la tectónica de placas, la gran teoría
científica que explica, y a escala geológica predice, multitud de fenómenos
terrestre.
Finalmente si buscamos conocer la causa de la tectónica de placas, podemos
acudir a la analogía de la “lámpara de lava”. Dicha lámpara en funcionamiento
permite visualizar un proceso de convección. Mediante preguntas adecuadas en
relación a las temperaturas y las densidades relativas en la parte superior e
inferior de la lámpara, el alumnado puede llegar a describir y explicar el fenómeno
de la transferencia de calor por convección, que implica el movimiento
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ascendente-descendente del material. Queda solo establecer los puentes con la
Tierra, como sistema que se está enfriando; como los grandes movimientos
horizontales de la litosfera y las corrientes de convección del manto, son
instantáneas, intervalos de ese proceso convectivo global muy lento pero que
actuando durante miles de millones de años ha producido drásticos cambios en la
Tierra5.
5) Comunicar los resultados y conclusiones obtenidas.
Esta fase realmente se podría llevar simultáneamente con la anterior, trabajando
en pequeños grupos y compartiendo a posteriori con el grupo clase, con la
dirección del docente.
Hay que subrayar que el papel del docente en esta propuesta entendemos que
debe ser la de un “activador”, y no tanto la de “facilitador”, término común
asignado a los docentes para metodologías no transmisivas. Es decir, el docente
debe ser director, especialmente en lo que a la parte cognitivo-discursiva se
refiere y no ceñirse a ofrecer el material y la guía de trabajo. Debe ayudar con sus
preguntas, comentarios, sugerencias a que el alumnado, construya sus argumentos,
conecte los datos con la teoría, evalúe sus conclusiones…
Bibliografía:
Carrillo-Rosúa, F.J., Vílchez-González, J.M., Fernández Oliveras, A. (2014). El interior terrestre y el
origen del magma visto por profesorado en formación de Educación Primaria y Secundaria: punto
de partida para una propuesta basada en el uso de pruebas. En de las Heras Pérez et al.,
(Coord.). Investigación y transferencia para una educación en ciencias: un reto emocionante. 26
Encuentros de Didáctica de las Ciencias Experimentales, p. 858-865. Huelva: APICE, Universidad
de Huelva, Universidad Internacional de Andalucía. Disponible on-line en: http://www.apicedce.com/actas/docs/comunicaciones/posteres/pdf/105.2-CarrilloRosua-2-P.pdf
Vílchez-González, J.M., (coord.), Benarroch Benarroch, A., Carrillo-Rosúa, F.J., Cervantes-Madrid, A.,
Fernández-González, M., Perales-Palacios, F.J. (2014). Didáctica de las Ciencias para Educación
Primaria. I. Ciencias del espacio y de la Tierra. Editorial Pirámide, 264 pp.
5 Hay que resaltar que el modelo analógico tiene limitaciones, como
que en la lámpara la convección se
produce en estado líquido, mientras que en la Tierra, como el alumnado ha descubierto, ocurre en estado
sólido (en el manto y corteza), facilitado por la inmensidad del tiempo geológico y el carácter plástico del
manto (específicamente, del manto sublitosférico).