Curioseando Julio 2020
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| Photo by Markus Winkler on Unsplash |
¡Hola, mentes curiosas! En esta ocasión les traemos dos experimentos que nos ayudarán a entender mejor cómo afectan al planeta el efecto invernadero y el calentamiento global.
Primero, crearemos un mini efecto invernadero en un vaso de cristal.
Materiales:
- Dos frascos o vasos de cristal (de preferencia iguales)
- Un recipiente transparente (puede ser de plástico)
- Agua
- Termómetro resistente al agua (opcional)
Instrucciones:
- Llena de agua hasta la mitad ambos recipientes de vidrio, tratando de que contengan la misma cantidad.
- Cubre uno de los vasos de vidrio con el recipiente transparente.
- Coloca ambos vasos, el que está cubierto y el que no, en un sitio donde les dé la misma cantidad de luz solar directamente, por alrededor de 20 minutos.
- Cuando hayan pasado los 20 minutos, mete tu dedo —o el termómetro— en el vaso que no está cubierto, y mide tanto la temperatura del agua, como del aire que está dentro del vaso. Si no tienes un termómetro para medir, simplemente con tu dedo trata de percibir esas temperaturas.
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| Pequeñas burbuja en el vaso cubierto |
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| Sin cambios aparentes |
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| Agua condensada en las paredes |
- Después, repetiremos el paso 4 con el vaso que sí estaba tapado. ¿Hay diferencia en las temperaturas? ¿Por qué crees que sucede esto? ¿Qué otra diferencia puedes notar? ¡Trata de responder y reflexionar estas preguntas antes de ver la explicación para probar que tan acertadas fueron tus respuestas!
Muy bien, ya que llegaste hasta aquí, es hora de explicar por qué sucede esto con nuestros vasitos de cristal. En pocas palabras, el recipiente transparente que usamos como tapa para uno de los recipientes, sirvió para “atrapar” el calor dentro del vasito, que es muy parecido a lo que sucede con nuestro planeta y los gases de efecto invernadero.
¿Qué es el Efecto Invernadero?
El Efecto Invernadero es el mecanismo mediante el cual, la atmósfera de la Tierra se calienta. Para entender cómo funciona, recordemos que nuestro planeta está cubierto por una capa de gases a la cual llamamos atmósfera. Los gases que componen a la atmósfera son fundamentales para el desarrollo y residencia de la vida. El Nitrógeno (N) y el Oxígeno (O2) son los gases más abundantes en ella, sin embargo existen otros gases que representan el 1% del total, entre los cuales destacan el Argón (Ar) y el dióxido de carbono (CO2), siendo este último uno de los principales responsables del calentamiento de nuestra atmósfera.
¿Si pudieras lanzar un termómetro a lo largo de la atmósfera?, ¿dónde crees que se registraría la mayor temperatura?, ¿cerca de nosotros? o, ¿más arriba, más cerca del Sol? Bien, pues aunque pueda parecer sorprendente, las capas de la atmósfera terrestre que están más cerca del Sol no son las más calurosas; entre más cerca estemos de la superficie terrestre, mayor temperatura se registrará, pero, ¿por qué?
Ya que los gases que se encuentran en las capas más externas, no pueden absorber la luz del Sol, dejan pasar la mayor parte a la superficie de nuestro planeta. Hablando en porcentajes, del 100% de energía solar que llega a la Tierra, el 30% es reflejado como espejo hacia el espacio—albedo—. Nuestra atmósfera sólo retiene un 20%, por lo que el 50% restante alcanza la superficie terrestre y la calienta. Es en la superficie donde la luz del sol con alta energía, se transforma en radiación de baja energía —en el infrarrojo—, la cual sí puede ser absorbida por algunos gases de la atmósfera, especialmente por el CO_2 aunque también por el metano, el vapor de agua, etcétera. Estos gases forman una capa densa en la Tropósfera, la capa más baja de la atmósfera, que mantiene “atrapado” el calor cerca de la superficie, y es esto a lo que llamamos efecto invernadero.
Sin embargo, el Efecto Invernadero no es negativo por sí sólo, ya que sin él nuestro planeta estaría congelado por todas partes. Notemos que entre más gases de efecto invernadero (CO_2, metano…) mayor será la temperatura media del planeta, y si nosotros estamos generando estos gases desmedidamente, entonces, ahí sí, tenemos un problema grave.
Algunas de las fuentes principales del metano son los combustibles fósiles como el carbón, petróleo, etcétera. y el sector Agrícola debido a que el estiércol animal libera este gas.
La temperatura global del planeta ha aumentado drásticamente en las últimas décadas en comparación con la segunda mitad del siglo XIX, y ha ido de la mano con el crecimiento del CO_2 en la atmósfera. A este incremento reciente de la temperatura es al que le llamamos Calentamiento Global que, aunque está relacionado con el efecto invernadero, no son lo mismo: uno se refiere a la reciente elevación de la temperatura y el otro al mecanismo mediante el cual ocurre.
Una de las consecuencias más claras del Calentamiento Global es el derretimiento de los glaciares, lo que está provocando que el nivel de los mares aumente poco a poco. ¿Te imaginas que ciudades como Acapulco, e incluso estados como Baja California Sur, desaparezcan en el mar? Suena a película de ciencia ficción, ¿verdad? pero desafortunadamente no tiene nada de ficticio. Si el calentamiento global no se frena, modificará la geografía de nuestro planeta, afectando principalmente la supervivencia de las ciudades costeras pues, estas se inundarán conforme transcurra el tiempo. El siguiente experimento sirve para que observemos y analicemos qué sucede cuando el hielo se derrite.
Necesitaremos:
- Vaso transparente.
- Agua.
- Entre 1 y 3 cubos de hielo (dependiendo del tamaño de tu vaso y de los cubitos).
- 2 Plumones de distinto color.
- Cinta adhesiva transparente.
🎕Si no tienes cinta adhesiva transparente, puedes usar masking tape🎕
Instrucciones:
- Pega una tira de aproximadamente 5 cm de cinta adhesiva por fuera del vaso, a lo alto y centrado, como se muestra en la foto.
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- Llena el vaso con agua hasta la mitad y coloca dentro los cubitos de hielo sin que se derrame el agua. Con ayuda del plumón marca sobre la cinta adhesiva el nivel al que se encuentra el agua.
- Deja reposar el agua hasta que se derritan los hielos por completo. Trata de no dejar que se derritan bajo la luz del Sol directamente o calentando el agua ya sea con microondas o fuego, puesto que el agua se puede evaporar y afectar nuestro experimento.
- Cuando los hielos se hayan derretido, marca con el otro color de plumón el nuevo nivel del agua, ¿qué pasó con el nivel del agua?
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| Antes |
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| Después |
El nivel del agua no cambió cuando los hielos se derritieron, puesto que una de las propiedades físicas del agua es que en su estado sólido —el hielo— tiene un volumen mayor que cuando está en su estado líquido, cambiando su densidad. Como el hielo es menos denso que el agua líquida, flota sobre el agua. Mientras el hielo flota, desplaza un volumen de agua equivalente al volumen de hielo que se encuentra sumergido, siempre cumpliéndose el principio de Arquímedes, el cual dice que:
“Todo cuerpo sumergido dentro de un fluido experimenta una fuerza ascendente llamada empuje, equivalente al peso del fluido desalojado por el cuerpo”,
es decir que el peso del agua desalojada por el hielo, es igual al peso del hielo sumergido. Observamos que nuestro vaso con agua tiene cierto nivel cuando tiene los hielos y después de que se derriten, el nivel se mantiene igual, debido a que la cantidad (masa) de agua en nuestro vaso no se modificó, sólo cambio de estado sólido a líquido.
La densidad es la cantidad de materia que hay en cierto volumen, es decir p=m/V, y notemos que si el volumen aumenta pero la masa (cantidad de materia) se mantiene constante, obtendremos un valor más pequeño para la densidad. Esto es lo que le pasa al agua cuando se convierte en hielo, la cantidad de materia se queda igual mientras que el volumen aumenta, por lo que la densidad del agua hecha hielo es menor que la del agua en estado líquido.
El peso de un cuerpo es el producto de la aceleración de la gravedad y su masa.
Peso = masa * g
La aceleración de la gravedad [g] tiene distintos valores dependiendo dónde nos encontremos.
El peso y masa en física no son sinónimos, aunque sí que están relacionados.
Ahora bien, uno se podría preguntar entonces: ¿por qué cuando el hielo de los glaciares se derrite, el nivel del mar sube? ya que, al derretirse el hielo en nuestro vasito el nivel de agua no cambió y, por lo tanto, el nivel del mar también debería de mantenerse igual pese al deshielo. El problema es que, hablando del nivel del mar a nivel mundial, no sólo influiría el agua que está en los glaciares que flotan sobre el agua, sino también aquella que se encuentra congelada sobre las placas continentales: al derretirse se convierte en agua líquida que va al mar y, entonces, la cantidad de agua en el mar irá en aumento pues, el agua que antes estaba en la tierra, congelada, ahora está dirigiéndose a los océanos, aumentando así la cantidad de agua en los cuerpos marítimos y por consiguiente, el nivel del agua. Imagínate, tan sólo la Antártida, que está en el Polo Sur, contiene el 90% de la cantidad de hielo mundial y, el 98% de su superficie está cubierta por hielo: si se derritiera por completo el nivel del mar podría aumentar ¡hasta 60 metros!
Además, tenemos que considerar otro característica importante: al igual que otros materiales, el agua se dilata cuando aumenta su temperatura —en específico a partir de los 4°C— y pese a que esta dilatación es muy pequeña, si tomamos en cuenta el tamaño de los cuerpos de agua mundiales, esta pequeña dilatación se vuelve significativa al aumentar varios centímetros el nivel del agua.
Si no cuidamos el planeta, nuestra existencia correría un grave peligro, por esto es importante reflexionar sobre nuestros hábitos y estilos de vida, de manera que vivamos de una forma consciente, cuidando los recursos naturales y el equilibrio de los ecosistemas, los cuales son esenciales para nuestra supervivencia como especie. 🌎
Referencias:
[1] Revista Digital Universitaria. 10 de octubre 2007. Volumen 8 Número 10. Efecto invernadero, calentamiento global y cambio climático: Una perspectiva desde las ciencias de la tierra. Margarita Caballero, Socorro Lozano y Beatriz Ortega. Instituto de Geofísica, Inst. Geología. UNAM. Enlace: https://bit.ly/3gAe1B8
[2] YOUNG, HUGH D. y ROGER A. FREEDMAN. Física universitaria volumen 1. Decimosegunda edición PEARSON EDUCACIÓN, México, 2009. Pág. 456, 463
[3] Portal Andaluz de cambio climático. Experimento nº 1: ¿Cuándo el hielo se derrite aumenta el nivel del agua?. Consultado el 5 de mayo de 2020 en: https://bit.ly/3ekQrWR
[4] Amarillo, verde y azul. Dos sencillos experimentos para ver los resultados que produce el efecto invernadero. Consultado el 3 de mayo de 2020 en: https://bit.ly/3d5WqPj
[5] Dimitris Psaudorakis. ¿Aumenta el nivel del agua si se derrite el hielo? ¿Qué pasará cuando se derritan los icebergs?. Consultado el 8 de mayo de 2020 en: https://bit.ly/3gq37Ok
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