UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO Posgrado en Ciencias de la Tierra

CENTRO DE GEOCIENCIAS

PROPUESTA DE UN TALLER DIDACTICO DE CIENCIAS DE LA TIERRA EN EL MUSEO DE GEOLOGIA TESIS Que para obtener el grado de Maestro en Ciencias de la Tierra (Geología Ambiental) PRESENTA BEATRIZ RODRIGUEZ DIAZ

JURADO 1. DR. ROBERTO STANLEY MOLINA GARZA (TUTOR) 2. M .en C. LUIS ESPINOSA ARRUBARRENA (PRESIDENTE) 3. DRA. SUSANA A. ALANIZ ALVAREZ (VOCAL) 4. DR. FERNANDO FLORES CAMACHO (SUPLENTE) 5. DR. GUSTAVO TOLSON (SUPLENTE)

IIntroducción .......................................................................................................... 3 2. Marco Teórico .................................................................................................... 9 2.1. Constructivismo para la enseñanza de las Ciencias ................................ 9 2.2. Ideas Previas .......................................................................................... 12 2.2.1.¿Qué se propone en el campo de las Ciencias de la Tierra? ................ 13 2.3. Cambio conceptual ................................................................................. 15 2.4 Metodología para estudio de ideas previas .............................................. 16 2.4.1. Ideas Previas detectadas en medios impresos (libros de texto, periódicos) ..................................................................................................... 17 2.5 Otros señalamientos ................................................................................ 23 2.6 Metodología para desarrollo del taller ...................................................... 25 3. Taller de Ciencias de la Tierra.......................................................................... 28 3.1 Actividades didácticas ................................................................................ 31 3.1.1. Tema I. Las Ciencias de la Tierra y el Sistema Solar ........................... 31 1. Ideas previas de meteoritas y movimiento de planetas .......................... 35 2. Ideas previas estudio de la superficie del Planeta Marte y la Tierra ....... 38 3. Actividad 1. Meteorita de Allende y atmósfera Solar. .............................. 40 4. Actividad 2 Una superficie con cambios, un paisaje en movimiento en Marte y la Tierra. ....................................................................................... 45 3.1.2. Tema 2. El estudio de los minerales ...................................................... 48 1. Ideas previas de minerales ................................................................... 52 2. Actividad 1. Minerales aparentemente similares resultan con diferente fórmula química ......................................................................................... 54 3. Actividad 2. Minerales aparentemente diferentes resultan con una fórmula química igual ............................................................................................. 56 3.1.3. Tema 3. Las rocas como un archivo de información ............................. 60 1. Ideas previas de roca ........................................................................... 67 2. Actividad 1. Las rocas compuestas por minerales ................................ 68 3. Actividad 2. Las rocas como archivo de información y evolución ¿quién quedo arriba? ........................................................................................... 71 3.1.4. Tema 4. La Tierra como un Geosistema desde su estructura interna ..... 76 1. Ideas previas de Placas Tectónicas ...................................................... 82 2. Ideas previas de Fósiles ....................................................................... 84 1

3. Actividad 1. Armando un rompecabezas del Planeta Tierra .................... 85 4. Actividad 2. Conozcamos las corrientes de convección y su influencia en la tectónica de placas ............................................................................... 89 5. Actividad 3. Subducción de la placa de Cocos bajo la placa americana en México ................................................................................. 92 6. Actividad 4. La República Mexicana a través del tiempo Geológico ...... 96 3.1.5. Tema 5. El Vulcanismo en México a través de los mapas ........................ 101 1. Ideas previas sobre volcanes y tectónica de placas ............................. 108 2. Ideas previas de ¿Cómo se forman las montañas? ............................. 111 3. Ideas previas de la relación entre el Vulcanismo y geotermia.. ............ 113 4. Actividad 1. Perfil topográfico .............................................................. 115 5. Actividad 2. Volcanes, peligros y vulnerabilidad. ................................ 120 3.1.6. Tema 6.Geohidrología. El estudio del agua para un desarrollo sustentable en México .......................................................................... 125 1. Ideas previas de concepto de: acuífero, porosidad, permeabilidad, contaminación de suelo, infiltración y vulnerabilidad ............................... 131 2. Ideas previas del uso de las aguas termales ........................................ 132 3. Actividad 1. Conozcamos la interacción agua-roca-espacio-tiempo para la conformación de un acuífero ..................................................... 134 4. Actividad 2. Conocerán la importancia de las unidades hidrogeológicas distribuidas en el espacio. ............................................. 136 5. Actividad 3. ¡No se termina el agua se contamina! ............................... 140

4. Consideraciones finales ................................................................................. 145 Bibliografía ......................................................................................................... 147 Índice de Figuras ............................................................................................... 151

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NTRODUCCIÓN

Uno de los campos importantes para la ciencia es la que hace referencia a su enseñanza, ya que en la misma reside la incorporación adecuada de conocimientos científicos, la postulación y formulación de nuevos planteamientos, el interés por su desarrollo y muchos de los avances e impacto que para la población puede tener. En este sentido el dialogar las dificultades y potencialidades de una adecuada instrucción nos permitirá generar

vetas de conocimientos importantes para el

avance de la ciencia en nuestro país.

La presente tesis es el resultado de una investigación sobre el diseño de un taller para la enseñanza de temas sobre Ciencias de la Tierra. La propuesta se enmarca en el rubro de educación no formal, en la que se atribuye importancia particular a las ideas previas de los alumnos, así como al análisis de conceptos y analogías utilizadas en libros de texto y periódicos. Ello permitirá detectar la presencia de errores conceptuales para corregirlos.

Se propone el desarrollo de estrategias con vistas a lograr un cambio conceptual, con el objetivo de identificar las representaciones que los alumnos de nivel básico (preescolar, primaria y secundaria) tienen en relación con los conceptos esenciales para la comprensión de los temas concernientes con la dinámica de nuestro planeta. Se propone realizar un taller con diversas temáticas, ya que esta modalidad didáctica permite no sólo revisar concepciones y materiales de estudio, sino que además posibilita la construcción del conocimiento de manera teóricoexperimental.

A partir de los resultados obtenidos, se presume que los que asisten al taller aprenden, exploran e investigan en un espacio distinto al aula escolar, como un mediador entre la enseñanza y la investigación, por ello se estructuró considerándose como un espacio didáctico.

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En dicho espacio didáctico se propone considerar a la naturaleza desde la perspectiva en la que vivimos en un planeta cambiante. Nuestra sociedad vive con la necesidad de una búsqueda constante de recursos naturales (agua, minerales, petróleo) y de contestar diversas interrogantes; como por ejemplo: ¿por qué tiembla? ¿cuándo temblará y dónde? ¿cómo protegernos de los sismos? entre otras, estas preguntas reflejan inquietudes y temores en la sociedad. Las Ciencias de la Tierra han adquirido importancia ya que las perspectivas de desarrollo sustentable y de vulnerabilidad del Planeta Tierra dependen de conocer la dinámica terrestre en el tiempo y sus transformaciones en el espacio. Por ello, la investigación en Ciencias de la Tierra (Hidrología, Geología, Paleontología, Volcanología, etc.), desempeña un papel importante para el desarrollo ya que genera información que ayuda a la sociedad tanto para la búsqueda de nuevos recursos, como para prevenir fenómenos que puedan afectar a la población, Dicha prevención se logrará cuando se vinculen la investigación con la enseñanza acordes a la realidad que se vive.

Aunado a lo anterior, en algunos países como España, Estados Unidos y el Reino Unido la información obtenida en investigación en Ciencias de la Tierra se vincula con la enseñanza de las Ciencias de la Tierra publicando los resultados de las actividades didácticas en la revista de enseñanza (Revista de la Asociación Española Para la Enseñanza de las Ciencias de la Tierra y el Journal of Earth System Science Education). Estas revistas están dirigidas a investigadores, profesores y alumnos con intereses propios en estas áreas. Sin embargo, en países como México se presenta una separación entre investigación y enseñanza, ya que no existe un vínculo formal, foros académicos ni iniciativas nacionales para acercar estas disciplinas. El virtual divorcio entre el quehacer científico en las geociencias y la enseñanza formal en niveles medio y medio superior provoca con ello un desconocimiento total de los avances que presenta la geología. La falta de actualización por parte de los profesores representa un continuo rezago, no digamos epistemológico sino científico; recordemos que la mayoría de ellos son 4

docentes o normalistas con una cultura general limitada y sin especialización en los temas de geociencias.

Así mismo, en nuestro país la investigación en enseñanza de la ciencia para el nivel secundaria es escaso; esto de acuerdo a 208 trabajos revisados por Flores (2003) quien reporta que sólo el 16% de los estudios de investigación corresponden a preescolar y secundaria. Esta cifra revela la falta de interés por parte de profesores e investigadores, a pesar de ser el último nivel escolar que alcanzan muchos alumnos mexicanos.

Por lo anterior, en este trabajo se proponen diversas actividades considerando los aportes que han tenido las Ciencias de la Tierra en los temas de Sistema Solar, estructura interna de la Tierra, minerales, rocas, tiempo geológico, intemperismo y erosión, así como el agua. Para cada tema se realizó una investigación bibliográfica para rescatar las ideas previas, los errores y el cambio conceptual de los estudiantes en relación a dichos temas y se proponen actividades para alcanzar ese cambio.

Cabe rescatar que las ideas previas se consideraron como el punto de partida en este trabajo, ya que han proporcionado conocimiento acerca de las concepciones con las que los estudiantes enfrentan el aprendizaje de los conocimientos científicos en la escuela. En segundo lugar, porque han puesto de manifiesto que dicho aprendizaje lleva implícito un problema de construcción y transformación conceptual; y, en tercer lugar, porque han colocado al sujeto que aprende en el eje del proceso enseñanza-aprendizaje. Es decir, un proceso en torno al cual buena parte de la investigación y el desarrollo educativo actual se sitúan para tomarlo como elemento central. Así, el reconocimiento del papel activo que las concepciones de los estudiantes tienen en el aprendizaje de los conceptos científicos ha influido de manera significativa en el replanteamiento y la comprensión de problemas de diversa índole: conceptual, didáctica, curricular, de evaluación, de formación docente, de género, etc., que se presentan en el 5

aprendizaje y la enseñanza de las ciencias.

Se consideraron diversas actividades didácticas, ya que desde el punto de vista en investigación de la enseñanza de las ciencias la participación activa del alumno ha sido un elemento muy importante en la instrucción científica; pero el papel que actividades juegan en el proceso de aprendizaje debe ser considerado con mucha cautela desde una perspectiva constructivista.

En el marco de la enseñanza de la ciencia se ubica la propuesta del taller didáctico de temas de Ciencias de la Tierra enfocado a educación básica no formal. Este taller se basa en la visión constructivista de Piaget (Piaget, 1978), el enfoque sociocultural de Lev Vygotsky (Vygotsky, 1986), el constructivismo apropiado en la enseñanza de las ciencias (Driver, 1988), ideas previas y cambio conceptual (Flores, 2002; Mutford, 2002; Osborne, 1983), e historia de las revoluciones científicas (Kuhn, 1962).

Es importante tener en cuenta que la transformación de las ideas previas no es un proceso abrupto, sino por el contrario un proceso lento y gradual; todo esto considerando que no son aisladas y se relacionan con otros temas, o con vivencias del alumno.

La principal consecuencia de la investigación sobre ideas previas (Piaget, 1975) es, que se propone una meta educativa, su transformación. Es decir, se establece la necesidad de modificar estas ideas como medio para lograr un mejor aprendizaje de los conceptos científicos. El reconocimiento de la necesidad de lograr esas transformaciones o cambios conceptuales en los estudiantes, llevó no sólo a mostrar que las prácticas habituales de enseñanza son ineficaces, sino a transformar los enfoques y las concepciones del aprendizaje de la ciencia. En este trabajo se pretende reunir las ideas previas de los alumnos para su posterior investigación creando así una base de datos confiable.

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Este taller se divide en los siguientes temas: 1) El Sistema Solar, 2) Los minerales, 3) Las rocas, 4) Características físicas de la estructura interna de la Tierra, 5) Tectonismo y vulcanismo, 6) Tiempo Geológico 7) Factores externos modificadores del relieve (Erosión e intemperismo) y

8) El agua. Los temas tienen un eje

conformado por los conceptos nodales roca-tiempo-recurso.

Esta propuesta tiene como principales propósitos: •

Recopilar ideas previas de los alumnos en los temas de enseñanza aquí

tratados de las Ciencias de la Tierra. •

Proporcionar un análisis de las ideas previas que permita ubicar posibles

problemas conceptuales y de representación en los diversos temas que se abordan en la enseñanza de las ciencias naturales, incluyendo aquellos temas de geografía relacionados con la Geología. •

Mostrar actividades didácticas de enseñanza en las que se vincule la

investigación en Ciencias de la Tierra, la educación y la enseñanza de las Ciencias en México, con la finalidad de que en su momento puedan ser un apoyo para diversos programas educativos, de difusión y divulgación. •

Dar a conocer la importancia que tiene comprender la dinámica en desarrollo

del Planeta Tierra a través de los estudios geológicos y como indirectamente estos estudios son determinantes para la sociedad.

La estructura de las actividades obedece a la organización que actualmente presentan los programas de estudio de educación básica, para cada tema se recuperaron las ideas previas de diversas fuentes bibliográficas como revistas, periódicos y artículos; esto con la finalidad de conocer la interpretación de sus conceptos como un referente teórico

y que se describen al principio de cada

actividad.

Las actividades didácticas fueron estructuradas con información de artículos de Ciencias de la Tierra con la finalidad de aprehender el mundo, interpretarlo y 7

predecirlo con un enfoque sociocultural (Vygotsky, 1986) propio del contexto de México y en un espacio como lo es el Museo de Geología con estrategias adaptables y extrapolables; está afirmación resalta a la vista ya que aunque existan variedad de actividades y espacios, la enseñanza no transcurre en contextos significativos o en situaciones reales que conlleven a una reflexión en la acción.

Se considera al Museo desde el punto de vista que puede fungir como un espacio de reflexión en la que la difusión y alfabetización de las Ciencias de la Tierra es su principal objetivo. La serie de actividades están diseñadas para propiciar en su realización el análisis y reflexión, a manera de que esta modalidad didáctica permita no sólo revisar concepciones y materiales de estudio, sino que además posibilite la construcción del conocimiento teórico-experimental en la que los que asistan aprenden, exploran e investiguen tal que el taller sea un mediador entre la enseñanza y la información resultante de la investigación.

El tema del planeta como un Geosistema se contempló como una propuesta metodológica en la que no sólo es importante dar a conocer que la Tierra como planeta tiene edad y tiembla, sino que los diversos fenómenos que ocurren en la naturaleza están en constante cambio. Éste ocurre a distintas escalas de tiempo que

la

actividad

humana

puede

desequilibrar

y

debemos

conocer

las

consecuencias.

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2. Marco Teórico Actualmente en la enseñanza de las Ciencias de la Tierra intervienen variedad de conocimientos: de las ciencias, del científico, del profesor, el cotidiano y del alumno; pero ¿cómo abordar los temas de esta disciplina en un taller; para favorecer un aprendizaje significativo y sintetizar el conocimiento? Para los fines de este trabajo el taller de aprendizaje de Ciencias de la Tierra asume un modelo basado en el enfoque constructivista que permite el aprendizaje significativo del conocimiento científico de acuerdo a las características del desarrollo del aprendiz de educación básica sin pérdida de información relevante.

2.1. Constructivismo para la enseñanza de las Ciencias

Referirnos al constructivismo apropiado a la enseñanza de las ciencias (Driver, 1988) es considerar que las representaciones mentales de los sujetos se adquieren de su ambiente y las experiencias son interpretadas con un nuevo esquema del mundo; es decir, las concepciones de los individuos en relación a los fenómenos naturales son ejemplos particulares de las representaciones mentales de diversos aspectos del mundo natural que influyen en la construcción de posteriores interacciones con fenómenos naturales.

Driver (1988) considera tres aspectos del proceso de construcción del conocimiento en ciencia: construcción personal, interpersonal y pública. Para la primera, las concepciones que desarrolla la persona de los fenómenos naturales derivan de las experiencias sensoriales. Algunas concepciones de los esquemas de conocimiento son influenciadas por las interacciones con el medio sin poder ser representadas explícitamente por el lenguaje. Los estudios de las concepciones de los sujetos en relación a los fenómenos naturales indican que su existencia es un poco idiosincrática (Vilanova et al., 2011).

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Los modelos mentales construidos por el sujeto se ha comprobado que son muy diferentes a las imágenes que presentan los libros de texto (Perales et al., 2002), una visión relativamente minoritaria. En el estudio de Herrera y Soto (2005) se comparan los resultados con personas de dos países, considerando que el ambiente es un soporte importante para determinar las características de conceptualización de países diferentes (Nueva Zelanda e Inglaterra); mientras que en otros países las concepciones en ciencia no son idiosincráticos ya que ellas dependen de la influencia cultural y las explicaciones de los fenómenos naturales son consideradas por experiencia personal.

Driver (1988) señala que en relación a los procesos de aprendizaje se considera el enfoque sociocultural de Vigotsky y reconoce que el aprendizaje no es un espacio social vacío, ya que los sujetos disponen de un bagaje de lenguaje y cultura a través de métodos de pensamiento e imágenes. Esto ocurre a través de frases como “cierra la puerta para que no entre el frío”, que provienen de metáforas que es un modo de representar aspectos del mundo físico. Los trabajos de Schutz y Luckman (1974) hacen referencia a la “vida en un mundo hábil”, considerando que se puede ver un mundo abierto pero con un cambio social. Se observa que el amplio entendimiento conceptual en ciencia puede mostrar progresos en el entendimiento científico mostrado individualmente en pre y post-intervenciones y que estos progresos ocurren en grupos de discusiones (Figueroa et al., 2005).

Otros de los aspectos importantes considerados son que las ideas de evolución y procedimientos de medición y experimentación son construidas y transmitidas a través de instituciones sociales y culturales de ciencia (Lázaro Martínez, 2002), que no exclusivamente se descubre de forma individual por medio de preguntas empíricas. Por ello el aprendizaje de ciencia debe considerarse como una cultura de ciencia.

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Por lo anterior el reto para la enseñanza de las ciencias es preparar modelos considerando el dominio de aplicabilidad, el uso del tema, interés y lo más importante considerar ideas teóricas de la comunidad científica. Complementando está visión, Flores (2003)1 describe que el constructivismo presenta un elemento aglutinante de diferentes perspectivas en su estructura, el cual radica en la metáfora de la carpintería, la arquitectura o el trabajo de la construcción. Ésta consiste en que la construcción de estructuras se realiza a partir de elementos preexistentes. La metáfora, pues, describe la comprensión como la construcción de estructuras mentales y la reestructuración es concebida como el proceso de acomodación – en términos piagetianos – o, en un sentido más amplio, de cambio conceptual. Una característica de este proceso es su recursividad, en la cual los elementos de construcción del conocimiento son productos de construcción elaborados con anterioridad. Así la distinción entre estructura y contenido de lo que se conoce, es característica del constructivismo. Esta forma de conceptualizar el conocimiento representa un avance muy significativo ya que reconoce al individuo como un ente activo, individual y personal basado en conocimientos previamente elaborados. Lo descrito anteriormente constituye la base del constructivismo.

Apuntan Aguirre y Flores (2003) que el sujeto elabora y construye ideas particulares acerca de los varios fenómenos naturales estudiados por las ciencias; mentalmente el sujeto elabora representaciones que por lo general difieren en precisión, formalidad y poder explicativo respecto de los modelos establecidos por la ciencia. Para la propuesta del taller aquí planteado, es de importancia primordial reconocer cabalmente las consecuencias de construcciones imperfectas que intentan representar modelos y conceptos científicos. Aunque el taller planteado no sea un programa propuesto para el aula, puede fungir como complemento y elemento de consolidación de lo abordado en clases permitiendo la transformación de los conceptos y con ello el cambio conceptual.

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Flores (2003) Comentario dicho en la clase de Enseñanza de las Ciencias

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Aunado a lo anterior otro aspecto importante en el constructivismo es la relatividad del conocimiento para el campo de las Ciencias de la Tierra, ya que como considera (Kuhn, 1962) las verdades científicas son inevitablemente provisionales. Esto es, anteriormente se consideraba el estudio del planeta Tierra como una serie de fenómenos aislados; en cambio ahora se considera como un sistema cuyas componentes están en interacción constante, por lo que dichas interacciones deben ser tomadas en cuenta para su posterior enseñanza y por otra parte hablar de constructivismo.

2.2. Ideas Previas

Las ideas previas consideradas en esta propuesta

nos dan a conocer las

construcciones conceptuales personales de los sujetos para las Ciencias de la Tierra. Dichas ideas previas (Flores, 2002) son construcciones personales, pero a la vez son universales y muy resistentes al cambio; muchas veces persisten a pesar de largos años de instrucción escolarizada (Flores, 2002). Así mismo se realizó una revisión de información escrita (libros de texto, periódicos, material didáctico) para conocer dichas ideas previas

Por otra parte (Mutford, 2002) considera que el esquema de pensamiento alternativo se conoce entre los investigadores educativos como esquema representacional. Si los sujetos encuentran información que contradiga sus esquemas representacionales es difícil para ellos aceptarla, porque les parece errónea. En estas condiciones actúan de diversas maneras: la ignoran, la rechazan, no creen en ella, la reinterpretan a la luz de sus propios esquemas representacionales, o bien, llegan a aceptarla haciendo sólo pequeños cambios en sus concepciones. Es ocasional que la información que parece anómala sea aceptada y le obligue a revisar su esquema representacional.

Por otro lado, la construcción de las ideas previas está asociada a explicaciones a partir de lo que se observa y de tratar de explicar la realidad. Sin embargo, esto no 12

da cuenta, desde luego, de cómo construye el sujeto esas ideas previas; explicación que está ligada a poder explicar, a su vez, cómo se genera el conocimiento en los sujetos.

Las características de dichas ideas previas erróneas (Osborne R. &., 1983) son: 

No son congruentes con los conceptos, leyes y teorías que los sujetos tienen que aprender.



Son muy resistentes al cambio. A veces no cambian en absoluto; cuando se produce el cambio es como resultado del estudio.



Interfieren en el aprendizaje de las ciencias, siendo responsables de la dificultad que encuentran los sujetos en estas áreas.

2.2.1 ¿Qué se propone en el campo de las Ciencias de la Tierra? Considerando que el estudio de las Ciencias de la Tierra adquiere en la enseñanza relevancia por su importancia en la presencia del origen de los fenómenos naturales en la naturaleza y esto conlleva a una sociedad que dimensione el prever más que remediar las posibles consecuencias, la interrogante aquí es: ¿Porqué si en enseñanza se abordan conceptos de geografía y ciencias naturales desde el nivel preescolar a secundaria con diferente orden de complejidad, la sociedad aun no entiende la presencia, beneficios y riesgos por ejemplo de una erupción volcánica para el ser humano?

Por ello en el taller se enfatiza la importancia de considerar el Planeta como un sistema complejo constituido para su estudio por diversas disciplinas. Finalmente, revalora aquellos aspectos de complejidad conceptual que obstaculizan al proceso de enseñanza-aprendizaje de los temas de Ciencias de la Tierra, como son:

a) Comprender la presencia de los fenómenos naturales a través del tiempo. Por ejemplo, los desplazamientos de las placas tectónicas, la erosión, la formación 13

del suelo y el crecimiento y reducción de los casquetes polares en las glaciaciones son fenómenos que ocurren a tazas lentas comparadas a la vivencia humana. Es esencial en el desarrollo del conocimiento de la Tierra visualizar procesos muy lentos o de gran duración. Para comprender procesos con escala de miles a millones de años y escala global o dimensiones planetarias es necesario observar los fenómenos a través de modelación física, muchos de ellos ya se pueden visualizar con ayuda de las nuevas tecnologías como las animaciones multimedia.

b) Rocas como archivos de información a través del estudio de fósiles, estructuras sedimentarias, química e isótopos. El alumno de educación básica no posee el conocimiento, ni entiende aún, que las rocas son archivos o documentos de información para la reconstrucción de cualquier espacio geográfico y conocer los factores de cambio del tiempo geológico. Entender la sucesión de capas en una secuencia de rocas sedimentarias como un archivo de la vida en el pasado, las condiciones climáticas y la actividad tectónica requiere conocer ciertos principios fundamentales como superposición, sucesión faunística y continuidad lateral, que pueden ser un desafío intelectual.

c) La falsa percepción de inmutabilidad. La aparente lentitud con la que ocurren la mayor parte de los procesos geológicos hace que el relieve terrestre aparezca como inmutable (sin cambios) a los ojos de cualquier persona. Visualizar al Planeta como una entidad dinámica y con una edad de 4,600 millones de años, contrasta con la impactante edad del hombre en la Tierra, que no sobrepasa los 200,000 años. Es decir, el concepto de que procesos como los temblores del Cinturón de Fuego del Pacífico modifican lenta y continuamente el relieve es ajeno al estudiante de educación básica.

Aunado a los obstáculos descritos con anterioridad, se presentan otros problemas didácticos. Un ejemplo de ello es el planteado en enseñanza de las ciencias donde existe una gran separación entre el conocimiento que se genera a través de la investigación y el que se aplica en las aulas o espacios didácticos. La organización 14

incompleta de los contenidos y la falta de una sólida formación disciplinaria por parte de los profesores, incorpora nuevas dificultades. Cuatro de cada 10 maestros en México, no han participado en algún curso o taller de actualización en los últimos años,; además 15.3% del total de profesores carece de una preparación formal para la docencia, y seis de cada 10 maestros confiesen “tener dificultades” para dominar los contenidos del plan de estudios, planear la clases y enseñar a los niños de preescolar, primaria y secundaria del país. Del total de profesores en México en las zonas urbanas de todo el país, según dio a conocer el estudio de 2010 del Instituto de Evaluación y Asesoramiento Educativo (IDEA) 15.3% no se han preparado como maestros, 2.7% son pasantes de licenciatura, o 10.6% tiene ese grado y solo 2% tienen posgrado (maestría 1.9% y doctorado 0.1%). Por ello, la propuesta del taller didáctico de temas sobre Ciencias de la Tierra tiene como objetivo introducir tanto al alumno como al profesor en la realización de actividades prácticas en

las diferentes temáticas del Planeta Tierra dentro de un espacio

didáctico en el contexto de la educación no formal.

Por lo anterior, la propuesta del taller de temas sobre Ciencias de la Tierra constituye un lugar de co-aprendizaje, donde sus participantes construyen socialmente conocimientos y valores, desarrollan habilidades y actitudes, a partir de sus propias experiencias actuando en función de - o comprometidos con - un proceso de mejoramiento en el quehacer del colectivo de trabajo, en el que aprender un concepto, ligándolo a la práctica en la que dicho concepto expresa su contenido, resulta más formador que aprender a través de una simple comunicación verbal de ideas. Al diseñar el taller se consideró reducir la brecha entre los conocimientos teóricos y las prácticas de trabajo en la realidad concreta.

2.3. Cambio conceptual El cambio conceptual (Duit, 1999) tiene que ver con la reestructuración del conocimiento ya existente del individuo con diferentes variantes. El estudio de las ideas preinstruccionales (Feo Mora, 2010) ha mostrado que contrastan con las concepciones científicas, por lo que se necesita una reestructuración del 15

conocimiento ya existente significando una diferencia en la reestructuración conceptual que requiere del conocimiento ya existente. Retomando a Piaget (1970) el cambio conceptual corresponde a la acomodación, en la investigación en educación en ciencias para Kuhn (1962) se refiere a la revolución en el conocimiento.

Por lo anterior el cambio conceptual de las concepciones científicas de los sujetos no es posible tomando como base argumentos lógicos ya que existen concepciones generadas de la experiencia sensorial que se resisten al cambio (creencias) y que en cierto sentido actúan como impedimentos para el cambio conceptual por lo tanto el desarrollo de las teorías del cambio conceptual

no

apunta hacía un cambio, sino a un desarrollo de las nuevas concepciones. Las ideas viejas no se extinguen sino que hay ideas que permanecen y emergen.

El cambio conceptual es una nueva fase, que implica no sólo modificación en conceptos sino que implica cambio en las relaciones de los individuos con el mundo, cualquier transformación que presente significará una reorganización de todos los elementos.

2.4 Metodología para identificar ejemplos de ideas previas en textos

Para el análisis de ideas previas en textos se tomó una muestra de material de diferentes

niveles

que

incluyen

primaria,

secundaria

y

bachillerato.

Se

seleccionaron textos entre 2008 y 2009 actualmente en uso. Para el análisis de imágenes la muestra corresponde a 6 textos aprobados para el ciclo 2012 para el nivel secundaria (primer grado). El análisis se centró en los temas de relieve, tectónica de placas, volcanismo y estructura interna del planeta, que son utilizados también en las actividades. Parcialmente se tocan otros temas como el de mapas.

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2.4.1 Ideas Previas detectadas en medios impresos (libros de texto, periódicos) a) Libros de texto En la práctica de la enseñanza básica, los maestros y alumnos utilizan los textos escolares como un apoyo importante para la preparación de sus clases y los estudiantes los consultan para elaborar ejercicios y consolidar sus conocimientos. Esto hace del texto escolar un recurso didáctico muy utilizado en el proceso enseñanza-aprendizaje. Este proceso debe cumplir con una función pedagógica que lo haga apto para la enseñanza además de cumplir con la función de ser un maestro tácito para los estudiantes y un apoyo didáctico de los maestros.

Por ello revisar los contenidos de los libros de texto para detectar errores conceptuales de los contenidos, sus actividades y figuras se consideró importante en este trabajo. Esto permite mejorar el diseño del taller, ya que se han encontrado algunos casos donde actividades o figuras no son acordes a los contenidos propios del tema; si las actividades no son coherentes con temas propuestos no se alcanzan los aprendizajes esperados. Se ha encontrado también que los conceptos no se explican con la suficiente claridad para el lector y sus contenidos se presentan de manera superficial, además muchos de los textos están desactualizados y su uso no lleva a verificar un aprendizaje significativo.

Para evaluar estas irregularidades encontradas en los textos se requiere de un instrumento de análisis que tenga en cuenta su diseño y su transposición didáctica respecto al concepto de análisis considerando las imágenes los esquemas.

Se identificaron por ejemplo errores como los mostrados en la Tabla 1, Tabla 2.

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Tabla 1. Análisis de libros de texto y artículos. Fecha: 2008 Autores: Elisa Bonilla Rius, Laura Lima Muñiz, Elena Ortiz Hernán Pupareli, María Catalina González Pérez Titulo: Atlas de Geografía Universal Editorial: Secretaria de Educación Pública Número de edición: Sexta edición Nivel: Secundaria Página Contenido Corrección 9 Estudiar el comportamiento de los Estudiar las erupciones volcánicas, sus volcanes aporta información sobre el emisiones, temperatura de las lavas origen de la Tierra. La imagen de este proporciona información indirecta de las conjunto volcánico fue captada por un condiciones del manto de la Tierra, como su satélite. temperatura y composición. Si se utilizan imágenes digitales como LANDSAT se debe explicar los colores que se muestran. La imagen no es utilizada en el texto. Fecha: 2008 Autor: Hugo A. Brown Dalley, Carmen Juárez Gutierréz, Gilberto Rendón Ortiz, Juan José Salazar Embarcadero, Alejandra Thome Martínez Titulo: Geografía. Editorial: Secretaria de Educación Pública Número de edición: Sexta edición Nivel: Cuarto Grado de primaria Tema: Los planos y los mapas Página Contenido Corrección 25 Los mapas son representaciones planas Los mapas son representaciones planas del de un mundo que es esférico. planeta, que es esférico, o segmentos de su superficie 42 Las formas que vemos en el paisaje son Las formas que vemos en el paisaje son el la superficie de la corteza terrestre resultado de un conjunto de factores como por ejemplo: el viento, el agua, el movimiento de las placas tectónicas 42 La corteza terrestre recubre la Tierra y La corteza terrestre es la capa superficial de recibe el nombre de litosfera de la Tierra sólida. La litósfera incluye la corteza y la parte superior del manto 42 La mayor parte de esta corteza está La mayor parte de dicha corteza está cubierta por los océanos cubierta por océanos, mares y golfos 43 Debajo de la corteza terrestre está el En el interior de la estructura interna de la manto y el núcleo Tierra después de la corteza se encuentra el manto y a mayor profundidad el núcleo 43 La corteza terrestre ha tenido La dinámica de las placas tectónicas, es movimientos en su larguísima vida de decir el continuo movimiento e interacción miles de millones de años. Esos entre ellas, ha propiciado diversos cambios movimientos le dieron a la superficie de la en la configuración de los continentes y corteza terrestre las formas de relieve que conllevan cambios en las formas del relieve conocemos actualmente de la corteza terrestre 43 El suelo es la parte más superficial de la El suelo es la capa de material superficial corteza terrestre. Está formada por una que se encuentra en los continentes e islas, capa de materiales finos que se que permite el crecimiento y desarrollo de encuentran en contacto con la atmósfera vegetación.

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Fecha:2010 Autor: Flores/Huerta/Murillo Titulo: Geografía de México y del Mundo Editorial: Patria Número de edición 2ª Tema: Factores astronómicos, Estructura interna de la Tierra Nivel: Secundaria Página Contenido Corrección 66 Los científicos han determinado que uno Los estudios científicos indican que son de los factores que permitieron la vida en múltiples factores los que permitieron la vida nuestro planeta es la influencia del sol en nuestro Planeta, que incluyen al agua líquida, la influencia del sol y la dinámica del interior de la Tierra. 72 Para comprender la composición de la La estructura interna de la Tierra está Tierra fue necesario dividirla en capas que dividida en capas con distinta composición y presentan distintas características físicas características físicas, que son resultado de y químicas procesos en la historia temprana del planeta. 72 La litósfera es la capa más superficial de La litósfera está formada por la corteza y la la Tierra, está conformada por rocas y su parte superior del manto, su espesor es espesor es mayor en los continentes que mayor en los continentes (litósfera en los océanos; la componen distintos continental) que en los océanos (litósfera elementos como oxigeno, silicio, aluminio, oceánica). Los elementos más comunes en hierro, calcio, sodio, potasio, magnesio, la corteza son el titanio, hidrogeno, fosforo, carbono, oxigeno, silicio, aluminio, hierro, calcio, manganeso, azufre, bario, cloro, fluor, sodio, potasio y magnesio. El manto es niquely muchos más. sólido y rocoso; aunque el oxígeno y el silicio Una parte del núcleo de la Tierra está son los elementos más abundantes en el formada por roca fundida debido al manto, es más rico en magnesio comparado enorme calor y presión que ahí existen. a la corteza. El núcleo es la capa más ¿De ahí proviene el magma volcánico o interna, y se divide en un núcleo externo lava, es decir, la roca fundida antes de líquido y un núcleo interno sólido. Por sus salir a la corteza terrestre? propiedades se piensa que hierro, azufre y quizá algo de níquel son sus principales componentes.

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Fecha: 2008 Autor: Corresponsal Juan Manuel Titulo: Hallan fallas geológicas en Juárez; niegan volcán Periódico: El Universal Fecha: Sábado 28 mayo 2011 Tema: fallas geológicas Hallan fallas geológicas en Juárez; niegan volcán Sábado 28 de mayo de 2011Juan Manuel Cruz Corresponsal | El Universal CIUDAD JUÁREZ. Expertos en sismos descartaron el nacimiento de un volcán o una cordillera en el municipio de Villa Ahumada, sin embargo, detectaron tres fallas geológicas en el Valle de Juárez. Los estudios fueron realizados por investigadores de las universidades de Texas en El Paso (UTEP) y de la Autónoma de Ciudad Juárez (UACJ), así como de las direcciones estatal y municipal de Protección Civil y del Instituto Municipal de Investigación y Planeación, hace dos semanas. La investigación se realizó después de que el 27 de abril se empezaron a registrar más de 30 movimientos de tierra con una media de 3.9 grados en la escala de Richter. El director del centro de Información Geográfica de la UACJ, Óscar Dena Ornelas, explicó que constantemente se registran este tipo de temblores que se correlacionan con la actividad de cámaras magmáticas que eventualmente desembocan en un volcán. “Sin embargo, hemos tenido solamente 30 sismos y por la escala que registraron sería aventurado pensar que se va a formar un volcán o una coordillera”. Dijo que al parecer es más un reacomodo de las fallas existentes, además de que el cálculo del mecanismo de falla coincide con los resultados de gravedad. Indicó que se requieren más estudios para ver si la densidad no está bajando después de los 10 kilómetros y si aun “así tenemos magma, es mucho, pero no se sale a la superficie”. El experto declaró que ya se había tenido actividad volcánica en la región, pero nada de consideración, porque esa zona es de gran movimiento. “Estamos en una provincia tectónica que se llama zona de adelgazamiento de la corteza, que es cuando la tierra se parte, forma mares, luego choca y se hunde el material y se están regenerando los continentes; nosotros estamos en una zona donde el material caliente empuja la superficie, se hacen fallas y si vivimos en esa ubicación... pues se percibe la actividad”, declaró.

Errores: El decir que cámaras desembocan al volcán se estaría refiriendo a un depósito. La densidad no puede disminuir a profundidad sin que se produzca un rápido ajuste, como la expulsión de un magma. Si bien existe actividad sísmica asociada a cámaras, ésta es muy pequeña en comparación a la actividad asociada a fallas

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Recomendó la colocación de un sismógrafo de banda ancha en Ciudad Juárez y gestionar una red sismológica con UTEP, para estudiar los movimientos telúricos en la zona.

Fecha: 2009 Autor: Adolfo Salinas Luna Titulo: Geografía. Un enfoque basado en competencias Editorial: Pearson. Prentice Hall Número de edición 1ª Tema: La Tierra, un gran sistema Nivel: Bachillerato Pág Contenido 54 El sistema Tierra es impulsado por la energía procedente de dos fuentes. El Sol estimula los procesos externos que tienen lugar en la atmósfera, la hidrósfera y la superficie de la Tierra (procesos exógenos). El clima, la circulación de los océanos y los procesos erosivos también son accionados por la energía solar. El interior de la Tierra es la segunda fuente de energía. El calor restante de su formación y el que continuamente se genera por la desintegración radiactiva impulsan los procesos internos, los cuales tienen como resultado los volcanes, los terremotos y la formación de montañas (procesos endógenos) 54 Por ejemplo, el rápido movimiento rotatorio y el núcleo metálico generan un campo magnético que, junto con la atmósfera, nos protegen de las radiaciones nocivas del sol y de las estrellas.

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Las rocas son los materiales sólidos más abundantes de la corteza terrestre; están constituidos por la asociaciones de minerales que, a su vez, están integrados por compuestos químicos surgidos bajo condiciones naturales en el interior de la Tierra o sobre su superficie

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Las rocas se forman:  Por enfriamiento  Por desintegración, transporte y deposición  Por precipitación de sales inorgánicas contenidas en las aguas  Por la condensación de gases que contienen partículas minerales Rocas ígneas o eruptivas: Son rocas formadas en un ambiente profundo de altas presiones y temperaturas elevadas

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Corrección El sistema Tierra es impulsado por la energía procedente de dos fuentes. El Sol, que influye en la variación del clima, y la energía que es producida por la dinámica propia del interior de la Tierra (sismos, volcanes, movimiento de placas tectónicas) Aunque no existe un error grave en la descripción, no se señala que procesos endógenos también pueden modificar la composición de la atmósfera y con ello otros fenómenos exógenos como el clima Por ejemplo, el movimiento de rotación y las características propias de un núcleo externo líquido con elementos metálicos como el Fierro generan un campo magnético que, junto con la atmósfera, nos protegen de las radiaciones solares. Las rocas son los agregados de minerales y conforman la corteza terrestre. Las rocas pueden surgir bajo condiciones naturales por fusión parcial en el interior de la Tierra o por la transformación de rocas preexistentes. Las rocas se forman por:  Enfriamiento del magma  Desintegración, transporte y deposición y litifiación de otras rocas pre-existente  Por cambios en rocas preexsitentes por aumentos en la presión y temperatura Rocas ígneas: Son rocas formadas por el enfriamiento del magma; ya sea que salgan a la superficie formando rocas ígneas extrusivas o quedando en el

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interior con un enfriamiento lento formando rocas ígneas intrusivas

Tabla 2. Análisis de imágenes en libros de textos de nivel secundaria, primer grado en el tema de relieve y tectónica de placas: Editorial Larousse, Secundaria, 2012 En la imagen es evidente la desconexión conceptual entre tectónica y relieve continental o submarino. Además, es notable la versión caricaturesca de los elementos del relieve submarino como la plataforma continental y las fosas oceánicas.

Editorial Castillo, Secundaria, 2012 En esta representación de los límites de placas tectónicas es notable la exagerada versión de fracciones fundidas, tanto en zonas de subducción como en dorsales.

Editorial Terracota, Secundaria, 2012 En eseta imagen es notable la imprecisión en la representación de la corteza terrestre.

Editorial Terracota, Secundaria, 2012 En la imagen la representación de la fosa oceánica es incorrecta en relación a la tectónica de placas.

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Editorial Trillas, Secundaria, 2012 En la imagen falta una representación adecuada de la distinción litósferaastenosfera, de la distinción corteza oceánica-continental

Editorial Nuevo México, Secundaria, 2012 La imagen muestra una versión fuera de escala de los procesos volcánicos y además presenta una versión discontinua e inexacta de la astenosfera.

2.5 Otros señalamientos. Se propone realizar un taller ya que esta modalidad didáctica permite no sólo revisar concepciones y materiales de estudio, sino que además posibilita la construcción del conocimiento de manera teórico-experimental. Esto es porque a partir de la generación de productos, los estudiantes aprenden, exploran e investigan en un espacio distinto al aula escolar. Así mismo, el taller pretende ser un mediador entre la enseñanza y la investigación desde espacios externos del aula, por ello se estructuro considerándose como un espacio didáctico.

Tomando en consideración que la ciencia forma parte de la cultura construida por la sociedad, podríamos decir que una de tantas finalidades de enseñar ciencia es 23

contribuir a apropiarse de una cultura, es decir, alfabetizar científicamente. No obstante que el conocimiento científico es diferente del conocimiento cotidiano, para acceder a él se necesita un aprendizaje específico que, al menos hoy, sólo se realiza en la escuela; sin embargo, adquiere forma en el ambiente social e informal. Por otra parte, la teoría es necesaria en todo proceso educativo, ya que el modelo didáctico es un recurso para el desarrollo de la enseñanza, evitando que sea una forma de hacer empírica y personal al margen de la formalización científica; es decir, los conocimientos didácticos no pueden proporcionar prescripciones de validez universal, pero si aportar recursos para analizar las situaciones, los problemas educativos y orientar sobre posibilidades de acción (Gimeno, 1991).

Se obtiene en conclusión que la propuesta del taller didáctico es proporcionar una alternativa que pueda llevarse a cabo tanto en el Museo de geología como en espacios de divulgación y difusión de las Ciencias de la Tierra con un respaldo teórico metodológico que aporte recomendaciones didácticas que apoyen el proceso de construcción ó modificación de los saberes previos en torno al avance y producción de investigación en el conocimiento de los fenómenos naturales para México con un seguimiento de resultados constantes a partir de la construcción de una base de datos para la recopilación de ideas previas y su posterior análisis en el campo de la enseñanza.

Así mismo que dichas actividades propuestas permitan a los asistentes aprender permanentemente y construir una sociedad que asuma el concepto de educación y cultura en la concepción de conocer para prever y más aún preservación, presencia y conservación de los recursos naturales con conocimiento.

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2.6 Metodología para el desarrollo del taller

La propuesta del taller de aprendizaje de Ciencias de la Tierra sigue una secuencia didáctica con seis actividades en las que se contempla comprender el estudio del planeta Tierra considerando una selección de investigaciones realizadas para México en un contexto específico. Se inicia con el estudio del Sistema Solar dando a conocer la utilidad de los elementos químicos determinados en las meteoritas así como un análisis comparativo de la superficie de Marte y la Tierra. Continúa con una actividad del estudio de los minerales, desarrollando la reflexión y análisis comparativo de varias muestras a partir de la observación. Para el estudio de las rocas se proponen actividades para que el asistente las observe como un archivo de información en el que nos puede dar a conocer de que está formada la corteza terrestre, así como contemplando el qué y para qué sirve saber de su distribución en el territorio ¿Qué nos dicen las rocas? Para el tema del Planeta como un Geosistema el propósito es reflexionar y dar a conocer los procesos que conllevan a una dinámica, desde la estructura interna de la Tierra a los procesos en su superficie. Esto lleva a comprender la relación que existe entre el movimiento de las placas tectónicas y los cambios que han ocurrido a lo largo de los millones de años de su historia. Por lo nodular del concepto tiempo, se utiliza la tabla de las eras geológicas para que identifiquen los cambios que ha presentado el territorio de la República Mexicana a través del tiempo. En el estudio del vulcanismo se propone una actividad de interpretación de mapas topográficos, así como la continua transformación del espacio geográfico. Por último, para el tema del agua se proponen actividades para comprender la distribución del agua en la cuenca del valle de México resaltando la importancia del conocimiento de las unidades hidrogeológicas y la interacción agua-roca-espacio-tiempo y sociedad.

Las actividades se enmarcan en el rubro de educación no formal, destinadas a realizarse en espacios alternos al aula escolar con el objetivo de mejorar la percepción social de las Ciencias de la Tierra, promover y difundir la cultura 25

científica en la sociedad, así como complementar el curriculum de los programas de ciencias naturales, geografía, química y física para ciencia en educación formal.

Cabe resaltar que aún siendo un espacio para educación no formal obedece a una propuesta centrada en una exploración experimental, con un diseño educativo en el que cada uno de los grupos que asistan pueden argumentar, razonar e interactuar permitiendo el desarrollo de la creatividad así como una transformación conceptual tanto de las estructuras como procesos cognitivos. Así mismo se recuperaron las ideas previas de los temas a abordar en artículos periodísticos y científicos y con grupos de alumnos. Es importante resaltar que las actividades propuestas de cada temática no se han implementado por ello no se presentan resultados de una evaluación del éxito del taller.

Los temas de la propuesta didáctica se abordan dentro de un proceso de transformación en el que se consideran las ideas previas de los alumnos tanto al iniciar la actividad como al termino para conocer los elementos que garanticen una mejor comprensión de los fenómenos naturales así como los que implican la reconstrucción de la actividad. Se incluye un programa-guía de actividades con un modelo constructivista de aprendizaje de las ciencias.

Cada tema incluirá diversas etapas con tres categorías, como son las siguientes: 1) Comienzo. Recuperación de ideas previas del tema a abordar con un cuestionario de preguntas en la que respondan, con sus propias palabras, lo que se pida. Con las respuestas se conformará una base de datos para su posterior análisis.

2)

Desarrollo. Se formarán equipos de dos a cuatro personas procediendo a

explicar los objetivos a desarrollar en la actividad, continuando con la elaboración de las actividades propuestas. Así mismo se propiciará una lluvia de ideas con respecto a los conceptos científicos abordados para recuperar su importancia de conocerlos. 26

3) Cierre. Se volverá aplicar el cuestionario para en su posterior revisión, que posteriormente se vaciará en una base de datos para realizar un análisis comparativo y detectar sus posibles cambios conceptuales de los temas de manera inmediata pero sin garantizar su permanencia.

Para la propuesta del taller didáctico las ideas previas se investigan mediante cuestionamiento directo a profesores, estudiantes o al público en general. El cambio conceptual se revisará con el análisis comparativo de las respuestas obtenidas para conocer si realmente se presenta una reestructuración de las estructuras conceptuales ya existentes. Se inicia detectando las concepciones de los estudiantes y ellos mismos se darán cuenta, conforme aplican la actividad, de sus nuevas interpretaciones que van adquiriendo posiblemente con conflictos cognitivos

y un contraste entre sus propias concepciones y las científicas. Se

pretende que se dé un ciclo de aprendizaje en el que los individuos se familiarizan con los fenómenos en cuestión reafirmando sus ideas y llegando a considerarlas como estructuras conceptuales que no se sabe aún hasta ponerse en práctica de que tanto se cambia en dicha estructura. El desarrollo de estrategias en cualquier propuesta didáctica conlleva a identificar las representaciones que los sujetos tienen en relación con los conceptos esenciales para la comprensión de los temas relacionados con la dinámica de nuestro planeta. Rescatar esas representaciones es una manera directa de identificar errores conceptuales y debilidades en ellas.

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3. Taller de Ciencias de la Tierra El presente taller didáctico consta de los siguientes seis temas: Tema 1. Las Ciencias de la Tierra y El Sistema Solar Tema 2 El estudio de los minerales Tema 3 Las rocas como un archivo de información Tema 4 El planeta como un Geosistema desde la estructura interna de la Tierra. Tema 5 El vulcanismo en México a través de los mapas Tema 6 Geohidrología: El estudio del agua para un desarrollo sustentable en México En cada tema se describen los antecedentes y conceptos principales a saber, así como las ideas previas recuperadas de cada tema, se complementa con la propuesta del desarrollo de las desarrollo.

actividades didácticas incluyendo objetivo y

De cada tema se describen los alcances como a continuación se

refiere: Tema 1. Las Ciencias de la Tierra y el Sistema Solar. Actividad 1. Está dedicado a que comprendan la utilidad del estudio de las meteoritas a partir de la identificación de los elementos químicos en la atmósfera solar y dicha meteorita para comprender el origen del Sistema Solar.

Actividad 2. A través del estudio de fotografías de imágenes de la superficie de la Tierra y Marte; compararan y conocerán sus diferencias de cada planeta en los procesos erosivos. Tema 2. Estudio de los minerales. Actividad 1. Conocerán a partir de la identificación de las características físicas de los minerales color, forma, textura para comprender sus diferencias, habiéndose seleccionado aquellos minerales que son importantes por su utilidad.

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Actividad 2. Identificarán que minerales aparentemente diferentes resultan con una fórmula química igual.

Tema 3. Las rocas como un archivo de información. Actividad 1. Conocerán que las rocas están formadas por minerales y a partir del estudio de las arenas saber su procedencia.

Actividad 2.

Conocerán que a partir de la posición de las rocas en un corte

estratigráfico se puede conocer la geografía de un lugar y aspectos de la geología (explotación recursos naturales, zonas de riesgo) e historia de lugares. Tema 4. El planeta como un Geosistema desde la estructura interna de la Tierra. Actividad 1. Armando un rompecabezas del Planeta Tierra. Comprenderán la ubicación y comportamiento de las placas tectónicas en diferentes lugares de la República Mexicana y sus consecuencias.

Actividad 2. Conozcamos las corrientes de convección. . Conocerán los diferentes movimientos que presentan las corrientes de convección y su influencia en el movimiento de las Placas Tectónicas

Actividad 3. Comportamiento de la Placa del Pacífico con la Placa Americana en la República Mexicana. Comprenderán el comportamiento del movimiento de las placas tectónicas y la presencia de los sismos en las zonas costeras de la República Mexicana

Actividad 4. La República Mexicana a través del Tiempo Geológico Conocerán las modificaciones que ha presentado el territorio mexicano a través del tiempo geológico e identificar la presencia de fósiles y los hechos más importantes.

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Tema 5. El vulcanismo en México a través de los mapas Actividad 1. Perfil Topográfico. Identificarán los principales elementos de un mapa topográfico y la ubicación del eje neovolcánico en el territorio Mexicano.

Actividad 2. Volcanes y vulnerabilidad. Conocerán la importancia de identificar las zonas de mayor riesgo para la población ante las manifestaciones de una erupción en los alrededores del un cono volcánico a partir del estudio de los mapas.

Tema 6. Geohidrología: El estudio del agua para un desarrollo sustentable en México. Actividad 1. Conozcamos la interacción

agua-roca-espacio-tiempo

para la

conformación de un acuífero. Identificarán como los distintos tipos de rocas permiten comprender la distribución del agua subterránea en el espacio y tiempo.

Actividad 2. Conocerán la importancia de las unidades geohidrológicas distribuidas en el espacio. Identificarán espacialmente la distribución de las unidades hidrogeológicas en la Zona Metropolitana de la Ciudad de México.

Actividad 3. ¡No se termina el agua del Planeta Tierra, se contamina! Conocerán que la cantidad de agua que existe en el Planeta Tierra no cambia, su disponibilidad y su calidad sí. Como se había mencionado anteriormente se considerarán las ideas previas al inicio de cada sesión y al término de las actividades.

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3.1 Actividades didácticas

Se describen a continuación las actividades didácticas propuestas para cada tema. 3.1.1. Tema I. Las Ciencias de la Tierra y el Sistema Solar Antecedentes Considerando que el estudio del Sistema Solar abarca diferentes disciplinas que han aportado información para su conocimiento, las Ciencias de la Tierra a partir del área de la geoquímica determinaron la identificación de las rocas llamadas meteoritas; este descubrimiento ha sido muy importante para la ciencia ya que es un antecedente más para comprender el origen del planeta Tierra y nuestro entorno. El concepto de meteorita ha presentado confusiones en la enseñanza, por ello iniciaremos describiendo y comparando su definición con el término meteoroide y meteoro; como a continuación se describe:

Meteoroide Son fragmentos de pequeñas partículas de polvo interestelar que giran alrededor del sol.

Meteoro (Sinónimo de estrella fugaz)

Meteorito(a)

Es el destello luminoso que se produce cuando atraviesa un meteoroide por la atmósfera, a gran velocidad, sus componentes se volatilizan a unos 5000 º C.

Fundamentalmente se habla de meteorita por que es roca y al recuperar el ejemplar, hasta que impacta en la Tierra. Son fragmentos de asteroides que se mueven en el espacio y atraviesa la atmósfera llegando a la superficie de la Tierra en una pieza de roca o en fragmentos.

Para el estudio de las meteoritas y la investigación en geoquímica (Flores, 2009) adquiere importancia identificar los elementos químicos, ya que la presencia de estos en las rocas ha ayudado a interpretar el material más antiguo del Sistema Solar y con esto obtener pistas sobre su origen. Las meteoritas se clasifican en metálicas, metálico-rocosas y rocosas. Un tipo particular de meteoritas rocosas se clasifica de acuerdo a la presencia de ciertos elementos y texturas. Este es el caso 31

de las meteoritas de tipo Condrita, ya que están formadas de esferas de silicatos de milímetros de tamaño que procede de material ígneo y tiene cóndrulos ricos en Calcio y Magnesio. La más famosa Condrita es la metorita de Allende, que cayó en el pueblo de Allende, Chihuahua, el 8 de febrero de 1969; siendo importante para la República Mexicana. La mayoría de las meteoritas rescatadas hasta hoy corresponden a este tipo meteoritas condriticas (84%)(figura 4). Los cóndrulos no existen en rocas terrestres.

Ahora ¿qué son los cóndrulos? Son cuerpos redondos de color blanco de tamaño de milímetros formado de líquido de silicio cristalizado; estos se formaron al inicio del origen del Sistema Solar en un tiempo de 1- 4 millones de años dentro de la nébula solar. Recordemos que la teoría de la nébula solar dice que el Sistema Solar se formó por el colapso gravitacional de una nube gigante de gases y partículas. La mayor parte de la masa se acumuló en el centro de la nébula formando el Sol, mientras que el resto formó un disco alrededor de la estrella (el disco proto-planetario) del cual se formaron los planetas, lunas, asteroides y otros cuerpos del Sistema Solar como los cometas.

Otro elemento importante de la Meteorita de Allende es la identificación de isotopos radiactivos de vida media corta como Aluminio 26. Con una vida media de 730,000 años este isótopo se desintegró rápidamente, desapareciendo en las primeras etapas del Sistema Solar pero produciendo suficiente energía para fundir material en la nebulosa. Así mismo se encontró Magnesio-Aluminio comprobando con este dato la explosión de una supernova como un antecedente a la nébula.

Hablar de isótopos (iso=igual, topos=tipo) es referirnos al mismo tipo de átomos de un elemento pero con distinta masa atómica. La masa atómica está dada por protones (+) y neutrones (-); por lo tanto es la misma cantidad de protones y diferente cantidad de neutrones, ejemplo: para el Hidrógeno 1H= Protio, 2H=Deuterio, 3H=Tritio, para el Carbono 12C=Carbono 12, 14C=Carbono 14. Los isótopos estables son los más abundantes y los inestables son los que emiten 32

radiaciones y son radiactivos como en las radiografías dejan una marca, con el Carbono 14(14C) datan edades de rocas y fósiles y con el Hidrogeno Tritio (3H) se ha llegado a conocer la estructura del ADN.

La meteorita de Allende se clasifica como una condrita Carbonácea ya que contiene en su mayoría compuestos de Carbono (C); este elemento es esencial para la formación de aminoácidos y en consecuencia uno de los ingredientes indispensables para el origen del DNA y de la vida. La composición química de la meteorita Allende es similar a la capa de la estructura interna de la Tierra conocida como Manto inferior. Todos los planetas terrestres (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) se formaron por el aglutinado de meteoritas tipo condritas. Tiene una edad de 4,567 millones de años.

Con este hallazgo se conforma la Teoría de la acreción de protoplanetas más aceptada que habla del origen del Sistema Solar; en el que sus primeros tres millones de años hubo una acreción de meteoroides rocosos. Después, cinco millones de años, más tarde ocurrió actividad magmática en los cuerpos planetarios. Durante los siguientes 200 millones de años estos cuerpos sufrieron impactos.

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Figura 3.1. Imagen de una meteorita condríticas al microscopio

Figura 3.2. Imágenes de la meteorita de Allende. Izquierda acercamiento, derecha material de caída.

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1. Ideas previas de meteoritas y movimiento de planetas

Se recopilaron ideas previas de alumnos de secundaria para lo cual se les pidió que contestaran la pregunta: ¿qué es un meteorito? ¿Conoces un meteorito?, obteniéndose los siguientes resultados:  Son partes de flotantes de algún planeta, satélites, asteroides que explotaron y viajan por el espacio existe un cinturón de asteroides  Algo que tiene que ver con rapidez, fuerza también decisión  Es un fósil, parte de residuos del espacio. Femenino de meteoritos  Es una roca que tiene complejos componentes, que subsisten a través del tiempo el cuál es un espacio de nuestra vida corta o larga que se mide precisamente en tiempo y que es relativo.  Mineral que está formado por elementos que se considera se encuentran en el espacio y que en algún momento entran en contacto con la corteza terrestre  Polvos que provienen de alguna parte del universo que se han encontrado en el espacio a la Tierra Se observa a partir de las respuestas obtenidas que la palabra “meteorita” aunque sea importante para el tema del Sistema Solar ninguna respuesta llega a definirla; se percibe que la relacionan con el espacio y tiempo; así mismo se percibe que no hay una definición ó descripción de lo que es.

Por otra parte para el tema del Sistema Solar las ideas previas se encontraron en el siguiente artículo: ”Ideas previas y cambio conceptual en astronomía, un estudio con maestros de primaria sobre el día y la noche, las estaciones y las fases de la luna (Camino, 1993)”. (Grupo Esquel de Educación en Ciencias. Consejo de investigaciones. Universidad de la Patagonia. Argentina)

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Se consideraron los conceptos inherentes al día y la noche, las estaciones y las fases de la luna, desde tres ejes, interrelacionados en forma dinámica durante el desarrollo de una propuesta de talleres, aportando los elementos necesarios para la comprensión completa de los tres fenómenos. Tales ejes fueron naturalmente optimizándose en su estructura y relaciones a través de la práctica y de la reflexión producidas en los tres años que duró esta experiencia. Estos son: 

Conceptos físicos básicos: a) movimiento, b) energía



Relaciones espaciales: a) las dimensiones b) ubicación relativa del observador



La observación: a) el sujeto que observa

En el desarrollo de estos ejes tuvieron especial cuidado en no presentarlos como válidos sólo para el sistema Tierra-Sol-Luna sino para todo el universo. Con esto se buscó ampliar nociones detectadas, como: «sólo la Tierra tiene gravedad», «no sé si los planetas tienen estaciones»; o como las dos citas siguientes: 1: ¿Tendrá día y noche Marte? R: Si tiene un Sol, sí. (Beatriz, 40 años) 2. ¿Y qué les produce [a los planetas] estar más cerca o más lejos del Sol? R: Marte creo que está más cerca [...] entonces una temperatura mucho mayor que la Tierra [ ...] o sea [...] la Tierra creo que estaría casi en el medio [...] por eso la temperatura es casi ideal para que la gente viva o haya vida, creo [...] sino en otros planetas habría vida. (Ivanna, 21 años)

El tratamiento en particular de los tres fenómenos bajo estudio tuvo los siguientes momentos:

a) Descripción de lo observable cotidianamente desde un determinado lugar geográfico. b) Explicación astronómica, cuidando de que la matemática necesaria fuera reducida al máximo posible (proporciones y representación gráfica) y que el

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uso del pizarrón fuera como apoyo o síntesis de lo realizado por observación o con material concreto. c) Reinterpretación de lo observado cotidianamente a la luz de la explicación astronómica. Así mismo se consideró el análisis de una entrevista pre- y post- sin una estructura, las más representativas son las siguientes: Pregunta: Imagina que te vas a otro planeta, ¿habrá día y noche allí?

R: Supongo que sí; me parece que no [varía con la distancia] porque en realidad el Sol, esté el planeta cerca o lejos, igual va a alumbrar una cara, o sea, más bien depende de lo que tarde en girar sobre sí mismo. (Azucena, 28 años) 1. ¿Habrá día y noche en Saturno? R:Sí, según a qué distancia esté del Sol, porque ahí es imperceptible, no va a ser como el día y la noche acá en la Tierra, por ahí es mucho menor la diferencia entre el día y la noche, que va a haber más o menos luz, no va a ver diferencia en la intensidad de la luz, porque lo que sería para nosotros el día, cuando una cara de Saturno está mirando al Sol, por ahí la luz llega tan tenue que no se va a notar a cuando no está de día (Gabriela, 24 años)

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2. Ideas previas estudio de la superficie del Planeta Marte y la Tierra Para abordar este tema se utilizaron las imágenes 1, 2 y 3, con el objetivo de rescatar las ideas previas que tienen del conocimiento de la superficie del Planeta Marte y La Tierra considerando sus conocimientos al observarlas. Se mostraron las imágenes a un grupo de 25 maestros de educación básica con edades de 30 a 40 años y se obtuvieron los siguientes resultados:

Imagen 3.1-Fotografía aérea dunas costeras (Tierra) Imagen 3.2-Imagen de radar dunas en Marte

Imagen 3.3. Imagen de satélite de la superficie terrestre en Valle de Santiago, Guanajuato, México

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Ideas previas de la imagen 1.

a) Personas bailando danzas, b) Cabellos formados de arena, b) Escamas de un pescado, c) dinosaurios, c) Fósil de una piedra d) Una hoja, e) Alto ó bajo relieve de figuras arqueológicas.

Ideas previas de la Imagen 2

1. Son arrecifes amontonados, 2. Zonas arqueológicas 3. Tejido de una flor, 4. Una playa, 5. Una carpeta, 6. Es agua en lo negro, playa en lo beige y arena al último.

Ideas previas de la Imagen 3.

1. Son dos lagos en las esquinas y una montaña, 2. Observo solo dos líneas blancas que son las carreteras para llegar a un pueblo 3. Hay grietas en el piso en diferentes direcciones.

A partir de conocer sus ideas y de observar las figuras, en los tres casos; se percibe que la superficie de Marte es concebida desde diferentes enfoques, en el que se distorsiona la información por la falta de conocimiento o antecedentes y el debido manejo de imágenes de satélite. Así mismo no consideran las orientaciones de dichas imágenes como

el Norte. Razonando lo anterior no se explico una

introducción de la superficie de Marte con el fin de evitar cualquier relación de información. Perciben una interpretación de rasgos superficiales acertadas en la imagen 3. Ninguna de las dos primeras figuras es correcta su respuesta.

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3. Actividad 1. Meteorita de Allende y atmósfera Solar.

Nivel: Secundaria Aprendizaje Esperado: Conocerán la importancia del estudio de la distribución de los elementos químicos en el sistema solar Objetivo: Identificará los elementos químicos presentes en la atmósfera solar y en la meteorita de Allende para conocer sus similitudes familiarizándose con ellos.

Materiales Bicolor Catalogo de meteoritas de México Tabla Periódica de los elementos Gráfica de distribución de los elementos químicos de la atmósfera Solar y meteorita de Allende

Desarrollo

Observa con atención en el diagrama siguiente. En la coordenada X está representando el valor de la abundancia de los elementos químicos de la meteorita de Allende; mientras que para la coordenada Y corresponde al intervalo en abundancia de la presencia de los elementos químicos en la atmósfera solar.

La línea recta como resultante de x=y presenta la media de la distribución de los elementos químicos marcados con puntos rojos. Por ejemplo para:

Mg = Magnesio = 100000 en atmósfera solar = 1000000 meteorita de Allende Gas He = 10000000 en atmósfera solar = 0.01 en meteorita de Allende

40

Se muestra en el diagrama la comparación de cada elemento presente en la meteorita de Allende contra la abundancia de elementos en la atmósfera solar. Por ejemplo, el Ti (Titanio) está en casi la misma abundancia en la meteorita y en la atmósfera solar. La correspondencia entre el Sol y las meteoritas es muy buena. Ningún tipo de roca terrestre ha demostrado tal armonía debido a que la química de las rocas cambia cada vez que ellas son transformadas por los procesos geológicos. Las variaciones notables se observan en los elementos más ligeros como del Hidrógeno, Helio, Carbono, Nitrógeno y Oxígeno; los cuales son más abundantes en la atmósfera solar. Esto quiere decir de acuerdo a los valores obtenidos que la presencia de gases en la roca es casi nula y que están enriquecidos en la atmósfera solar.

41

Diagrama. 1 Distribución de elementos químicos en la atmosfera solar y meteorita de Allende

42

Los alumnos procederán a completar la siguiente tabla de acuerdo a la presencia de elementos químicos, consultando así mismo la Tabla periódica para escribir el significado del símbolo. Cuando se trate de un gas marca los resultados con color azul del bicolor y los demás con color rojo.

Intervalo de abundancia

Meteorita de Allende Elementos químicos

1000000-10000000

O, Si, Mg

Atmósfera Solar Elementos químicos

C, He, N, Si. Mg

Significado de los símbolos de los elementos químicos

Oxigeno, Silicio, Magnesio

Carbono, Helio, Nitrógeno Silicio, Magnesio

100000-1000000 10000-100000 10000- 1000 1000-100 100-10 10-1 1-0.1 -0.1

Responde las siguientes preguntas utilizando las respuestas de la tabla anterior, compara los valores y escribe tus conclusiones en dichas interrogantes. ¿Qué elementos químicos son más abundantes en la meteorita de Allende? ____________________________________________________________ ¿Qué elementos químicos son más abundantes en la atmósfera solar? ____________________________________________________________ ¿Qué elementos químicos son menos abundantes en la meteorita de Allende? ____________________________________________________________

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¿Qué elementos químicos son menos abundantes en la atmósfera solar? __________________________________________________________________

¿Qué elementos químicos se presentan tanto en la meteorita de Allende como en la atmósfera solar en igual proporción? ____________________________________________________________ A qué conclusiones llegas con su estudio de dichas meteoritas? ____________________________________________________________

Evaluación 1. Qué información nos proporcionó el estudio de las meteoritas? 2. Las meteoritas son rocas ó minerales, por qué? 3. Qué datos nos da el origen del Sistema Solar 4. ¿Cuáles son los elementos de mayor cantidad presentes en la atmósfera solar con respecto a los determinados en la meteorita de Allende?

Para aprender más: Si quieres saber más sobre el origen de los elementos visita la página: http://www.cienciaenlaescuela.acfiman.org/quimica/fasciculo6.pdf

44

4. Actividad 2. Una superficie con cambios, un paisaje en movimiento en Marte y la Tierra Nivel: Secundaria Aprendizaje Esperado: Conocerán la importancia de los procesos que modifican el paisaje Objetivo: Conocerá la diferencia que se presenta entre la erosión en la superficie de la Tierra y Marte. Material Imágenes del Planeta Marte y la Tierra Acetatos Plumones para acetatos Hojas Libros de astronomía y geomorfología Desarrollo Lee con atención el siguiente texto y observa las imágenes para proceder a contestar las preguntas que se te piden. Hablar del planeta Tierra como componente importante del Sistema Solar es considerar su origen desde hace 4,568 millones de años edad obtenida por medio de análisis isotópicos de K-Ar (Hernández Bernal, 2010). No existen rocas tan antiguas en la Tierra, de lo que se discurre que a partir del estudio de las rocas sabemos que la superficie de la corteza terrestre ha estado en constante cambio. Las rocas son alteradas en la superficie por el aire, agua, viento y demás factores atmosféricos; así mismo los demás planetas como Marte presentan una dinámica superficial diferente a la Tierra ya que al no haber tectónica y tener una atmósfera sin agua libre el resultado del relieve presente se torna interesante al descifrarlo. Observa las siguientes imágenes. Escribe en las líneas que podrías describir de su superficie y de qué Planeta se trata. 45

Imagen 3.4. Paisaje de la superficie de un Planeta

__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________

46

Imagen 3.5. Vista desde el espacio de la superficie de un planeta

Ahora contesta lo que se te pide: 1. ¿Qué diferencias observas en las dos imágenes? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 2. ¿Cómo puedes explicar la erosión en las dos imágenes? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 3. Si hablarás de erosión y relieve en las dos imágenes de que Planetas estaríamos hablando y cuáles fueron los factores que propiciaron dichos formas de la superficie.

47

Sabías que la aparición del agua en los planetas se produjo hace unos 4,500 millones de años un poco después de tiempo de la formación de estos, comprobado a partir del estudio de los circonios cuya presencia depende del agua. En el planeta Marte dada sus dimensiones y escasa gravedad comparado con la Tierra (sólo él 11%) no se pudo retener agua en forma gaseosa pero si pudo estar en forma líquida y sólida en su superficie o cerca de ella. La evolución de Marte hacía zonas más frías del sistema solar determinó que toda el agua se tornara sólida. No se excluye la posibilidad de agua líquida en su interior.

3.1.2. Tema 2. El estudio de los minerales

Antecedentes

La palabra mineral se usa frecuentemente en las frases: alimentos ricos en minerales, agua mineral, riqueza mineral de una región, etc. Sin embargo, el significado asignado al término mineral cuando se utiliza el lenguaje científico no siempre coincide con su uso cotidiano, por ejemplo se dan las siguientes consideraciones:

 El ámbar, es una resina vegetal fósil.  El petróleo, se le considera una mezcla natural de hidrocarburos resultantes de la descomposición de la materia orgánica.  La sal común que se obtiene por la cristalización de salmueras en la industria salinera no se consideran minerales.  Las gemas, como los diamantes, esmeraldas y rubies sintéticos que se obtienen en laboratorio son cristales. 48

.

Los minerales son sólidos inorgánicos, de orígen natural, compuestos por elementos químicos con estructuras internas bien definidas. Los minerales son elementos químicos que se pueden encontrar solos, llamados “elementos nativos” (oro, la plata) o acompañados por varios elementos (silicatos, carbonatos, etc.) .Se representan con letras que corresponden al símbolo químico de sus componentes; por ejemplo el oro (Au) y la plata (Ag). Se distinguen por sus propiedades físicas brillo, color, dureza y se reconocen por que presentan formas definidas (hábito cristalino).

Contesta ¿porqué el ámbar, el petróleo, la sal de salmueras, las aleaciones y las gemas mencionadas anteriormente no son minerales? __________________________________________________________________ _________________________________________________________________

La figura 3.3 muestra que al unirse varios elementos químicos se forma un mineral y a su vez al unirse varios minerales se forma una roca

El estudio de los minerales constituye una importante aportación para entender la formación de las rocas. Se conocen actualmente

más de 3,000

especies de

minerales, la mayoría de los cuales se caracterizan por su composición química, estructura cristalina y sus propiedades físicas. Se clasifican según su composición química, dureza y apariencia (color, brillo y opacidad) (Klein, 1997)

49

Fig. 3.3 Formación de elementos, minerales y rocas

Los minerales se clasifican en metálicos y no metálicos. La importancia del estudio de los minerales radica en que a partir de su extracción se obtiene las materias prima para la fabricación de algunos objetos. Algunos minerales no metálicos de uso común como son:  Calcita (CaCO3). Su principal uso es la fabricación de cementos y morteros. Los cristales más puros

se utilizan para la fabricación de lentes de

microscópios, también para las industrias de fertilizantes, de barnices

50

 Fluorita (CaF2). Sus principales usos son en la industria química y en la fabricación de acero  Halita (NaCl). Es la sal común empleada en la alimentación y en muchos otros procesos.  Cuarzo (Si O2). Se usa en la fabricación de vidrio, también se utiliza como parte importante para el funcionamiento de los relojes digitales, en cerámica y como abrasivo  Yeso (CaSO4.H2O). Se utiliza en la industria de la construcción, como fertilizante, elaboración de gises, en la elaboración de crisoles  Olivino (SiO4(Mg,Fe)2. Fabricación de refractarios  Turmalina

(Na(Mg,Fe,Li,Mn,Al)Al6(BO3)3Si6=18(Oh,F)4.

Fabricación

de

manómetros y de pinzas polarizantes  Talco (Mg3(OH)2Si4O10). Se utiliza en las industrias de la goma, papel, textil, cosméticos y como colorante

Algunos minerales metálicos de uso común son:  Cinabrio (HgS). Para la obtención de mercurio que se utiliza en los termómetros  Calcopirita (CuFeS2). Para obtención del cobre que se utiliza en conductores eléctricos y tubería.  Esfalerita (ZnS). Para la obtención de zinc que se utiliza en fabricación de pinturas y farmacología. En aleación con el cobre forma el bronce.  Galena (PgS). Para la obtención de plomo que se utiliza en recubrimientos en cables, en pigmentos y baterías de automovil.

Algunos

minerales

contienen

los

micronutrientes

indispensables

para

el

funcionamiento del metabolismo de seres vivos y se clasifican en macrominerales que son necesarios en mayor proporción como el Calcio, Fósforo, Magnesio,

51

Potasio y Sodio; asi como los microminerales necesarios en cantidades mínimas: el Zinc, Flúor, Hierro y Yodo. A continuación se mencionan algunas de sus funciones: 

Calcio, fósforo, flúor y magnesio: dan consistencia al esqueleto



Hierro: componente de la hemoglobina



Yodo: forma parte de las hormonas de la tiroides



Sodio y Potasio, facilitan el transporte a través de la membrana celular

1. Ideas previas de minerales El artículo: “La construcción del concepto de mineral: bases históricas y un diseño de enseñanza aprendizaje” (Gallegos, 1998) retoma el contenido del concepto mineral en la enseñanza-aprendizaje y como se podría abordar. Desarrolla el concepto de mineral en diferentes períodos históricos definiéndolo como: “Sustancia natural homogénea originada por un proceso geológico, de composición química definida dentro de un estrecho margen y cristalización fija”

Concluye -que -es complicado comprender la estructura interna de la materia mineral (Siglo XIX) en la que se ha estancado la maduración del concepto. Se requiere aun considerar si desde el punto de vista epistemológico-didáctico sería igualmente ilustrativo comprobar si realmente es necesario comprender la discontinuidad de la materia y su organización

Como consecuencia de lo expuesto propone una explicitación de ideas previas para jóvenes de 12 a 14 años a través de preguntas motivadoras como las siguientes: ¿Comes minerales (alguno por lo menos)? ¿Llevas encima algún mineral? ¿Te pintas con minerales? ¿Escribes con minerales? ¿Has usado algún mineral?

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Termina concretando como definen “mineral” para conseguir una detección y considera que se requiere una toma de conciencia de las incoherencias e inconsistencias entre el concepto expresado de mineral y otros conceptos relacionados con él (por ejemplo: roca, elemento químico, mena, etc.) y de elaborar una definición más aproximada de mineral.

Es decir que considere al mineral como:

1. El conjunto natural de elementos químicos (como el Si, K, Na, Cl, O, etc.), en el que los nombres asignados a cada mineral dependen de los elementos químicos que los componen, la proporción en que están presentes (su fórmula) y su estructura atómica. 2. Son sólidos ya que sus partículas (átomos, moléculas o iones) que la forman están fuertemente unidos y que cuando están ordenados en espacios fijos forman volúmenes geométricos como cubos, prismas, pirámides que se denominan cristales. 3. Composición química definida que se traduce en el que la proporción entre los elementos químicos que los forman es constante. Por ejemplo la Galena posee un átomo de azufre (S) por cada átomo de Plomo, aun si contiene impurezas de Plata y Oro (0.3%).

Por último el color de algunos minerales depende de la presencia de elementos químicos que contiene como la Malaquita CuCO3(OH)2 de color verde, la azurita Cu3(CO3)2(OH)2 siempre es de color azul; o el azufre S que siempre es amarillo. Para la presencia de los silicatos y la presencia de las tonalidades se tiene el cuarzo rosa con impurezas de Manganeso y Titanio cuyo color varia de rosa pálido a intenso. Cuarzo citrino en la gama del dorado y el marrón llegando hasta el dorado rojizo debido al contenido de materia arcillosa y el cuarzo transparente que es el cristal de roca.

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2. Actividad 1. Minerales aparentemente similares resultan con diferente fórmula química Nivel: Secundaria Objetivos específicos Describirá las características físicas de los minerales como color, forma, textura para comparar sus diferencias.

Conocimientos previos requeridos: composición química, elemento químico, formas geométricas. Materiales (por equipo: 2 personas) Muestras de minerales: Calcita, yeso, halita, cuarzo, grafito y padecería de diamante 1 moneda de cobre 1 lupa 1 navaja de bolsillo de acero Manual de mineralogía de Dana Desarrollo

Se les darán a los alumnos cuatro muestras que por su color sean tan parecidos que el alumno llegue a pensar que son iguales. Las muestras estarán identificadas con una clave: 1..yeso, 2.calcita, 3.halita, y 4.cuarzo.

1. Yeso Imagen 3.6. Yeso

2.Calcita Imágen 3.7. Calcita

3. Halita Imagen 3.8 Halita

4..Cuarzo Imágen 3.9.Cuarzo

1. Yeso 1

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Describirán sus características a partir del tacto, observación

y sabor,

complementando a su vez el siguiente recuadro con las interrogantes propuestas. 1. Yeso

2. Calcita

3. Halita

4.Cuarzo

Se utiliza como material de construcción para recubrimiento de paredes. Junto con la arcilla se emplea como fertilizante.

Se emplea para la elaboración de cementos, materiales cerámicos, obtención de cal. Los mármoles se utilizan como roca ornamental.

Como condimento, para conservación de alimentos y para curtido de pieles. Igualmente para abono, alimento de ganado y herbicida.

Utilizado en la industria de la óptica, en aparatos de precisión y científicos, para osciladores de radio, como arena se emplea en morteros de hormigón, como polvo en fabricación de porcelanas, pinturas, papel de esmeril y pastillas abrasivas. Sus variedades coloreadas son muy cotizados en joyería.

¿Qué color tienen? ¿Describe su sabor? ¿Cuántas caras tienen y como son? Dureza Lo raya la uña: Lo raya una moneda Lo raya una navaja ¿Describe la forma? (por ejemplo: prisma, cubo, romboedro, etc.) Fórmula química (consultar libro de mineralogía) Que conclusiones determinas a partir de estas características Usos

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Como puedes observar aunque algunos de los minerales presentan similitud en su esaspecto tienen forma, color, composición química y características diferentes.

3. Actividad 2. Minerales aparentemente diferentes resultan con una fórmula química igual Nivel: Primaria

Objetivos específicos: Describirá las características físicas de los minerales como color, forma, textura y dureza para comparar sus diferencias

Materiales (por equipo: 2 personas) Muestras de minerales: Grafito y padecería de diamante 1 moneda de cobre 1 navaja 1 uña Procederán a observar dos muestras: clave 5. grafito y 6. Diamante anotando sus diferencias

Imagen 3.10. Grafito (clave 5)

Imagen 3.11. Diamante (clave 6)

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Complementar el cuadro siguiente Describir:

5. Grafito

6. Diamante

Color Dureza Lo raya la uña Lo raya la moneda Lo raya la navaja Consultar Formula química Observaciones generales

Observarán que tanto el mineral de grafito como el diamante presentan diferentes características en su estructura externa y composición química igual, ya que las condiciones de temperatura y la presión a las cuáles estuvieron sometidos son factores importantes que cambian la estructura.

El grafito es carbono puro, aunque puede venir acompañado por impurezas. Se emplea en la fabricación de crisoles refractarios para las industrias del acero, latón y bronce. Igualmente como lubricante mezclado con aceite. Mezclado con arcilla fina forma las minas de los lápices. Se emplea también en la fabricación de pintura para la protección de estructuras de acero, en el barnizado de moldes y machos de fundición, para electrodos, escobillas de generadores, en galvanotipia, para barras de aislamiento en centrales nucleares.

El diamante necesita para su origen una muy alta presión y alta temperatura, formándose en rocas ultrabásicas del manto. Se transporta hacia la superficie a través de las llamadas estructuras de explosión. Aparece asociado a rocas volcánicas particulares llamadas kimberlitas y lamprofitas.

En base a tu actividad didáctica realizada contesta lo siguiente:

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¿Comes minerales (alguno por lo menos)? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________

¿Llevas encima algún mineral? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________

¿Te pintas con minerales? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________

¿Escribes con minerales? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________

¿Define con tus propias palabras que son minerales? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________

¿Explica cómo influye la presión y temperatura para la formación de minerales? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ _______________________________________________________________ 58

¿Consideras a partir de estas actividades que los minerales son importantes para la vida? ¿Por qué? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ _________________________________________________________________

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3.1.3. Tema 3. Las rocas como un archivo de información Las rocas están constituidas por uno o más minerales. Imagina un cuarto de archivos en el que ninguna gaveta o cajón tiene etiquetas. Los folders dentro de los cajones no tienen tampoco etiquetas. Las rocas alrededor tuyo son como es un cuarto de archivos. Las rocas contienen información sobre los procesos geológicos que han ocurrido en una región, los seres que han vivido ahí, la forma en que era el clima e incluso la historia de montañas que hoy no existen. Las rocas son archivos que cuentan la historia de la Tierra desde sus inicios, dándonos información de la presión (P) y temperatura (T) a la que se formaron, las condiciones y tipo de ambiente en el que estuvieron.

Existe una gran variedad de rocas clasificadas en tres grupos: ígneas, sedimentarias y metamóficas. Las rocas son muy diversas, varíando en color, tamaño de los cristales o granos y los tipos de minerales que las componen. Pero su estudio ordenado permite reconocer rasgos con los cuales clasificarlas. Observando el corte de una montaña a lo largo de un camino (Figura 3.4) se puede observar como una roca de color gris claro y muy compacta, constituida principalmente por cristales visibles a simple vista de cuarzo y feldespato, pasa a otro tipo de roca de color gris plateado, que presentan las características de aquellas rocas transformadas en las profundidades de la corteza, con cristales laminares de micas y granates. Hoy vemos en las rocas el resultado de los procesos que sobre ellas actuaron en el pasado. Por encima de las rocas anteriores podría verse un tercer tipo de roca dispuesta en capas horizontales y de colores amarillentos con la apariencia de ser un agregado de granos de arena entre sí, con restos de fósiles de plantas.

60

Figura 3.4 Afloramiento de rocas en una montaña

¿Qué determina las diferentes apariencias de las rocas? Las diferentes apariencias están determinadas por dos aspectos: uno es la mineralogía, es decir, los diferentes componentes y la cantidad relativa de cada uno de ellos. El otro es la textura, o sea el tamaño y ordenamiento espacial de los componentes. Estos granos o cristales, que en la mayoría de las rocas son solo de algunos milímetros de diámetro, se les describen como gruesos cuando se les ve a simple vista, o finos cuando no se observan.

Por ello, para poder estudiar en las rocas los procesos geológicos debemos primero aprender a descifrar la clave en la que está escrita la información. Debemos ir asignando etiquetas a todos esos folders del cuarto de archivo. El primer paso es reconocer los tipos de rocas, el segundo será entender qué nos dicen éstas sobre las condiciones bajo las cuales se formaron. Con dicha información podremos comprender la evolución de un lugar determinado de la corteza terrestre a lo largo de períodos de millones de años.

Entender adecuadamente los procesos que dan origen a los diferentes tipos de rocas es uno de los objetivos de la geología; obtener información sobre las 61

posibilidades de reservas de combustibles fósiles (carbón o petróleo) o minerales (plata, oro, plomo, zinc) explotables en un área específica, la utilidad de ciertas rocas para construcción, o conocer la forma en que las rocas están dispuestas nos puede brindar información muy útil para actividades económicas y para su aplicación en problemas ambientales. Por ejemplo, saber que el petróleo se encuentra en rocas muy ricas

en materia orgánica nos permite hacer una

exploración de nuevas reservas de forma planificada. De igual manera, conocer las propiedades de las rocas y su arreglo espacial es importante en la decisión de si un determinado lugar es apto o no para almacenar desechos nucleares. También conocer los tipos de rocas con porosidad y permeabilidad nos dan información de la presencia de agua en el subsuelo.

Ciclo de las rocas: la materia no se crea ni se destruye solo se transforma. Las rocas en el Planeta Tierra se encuentran en continua transformación tanto en la superficie de la Tierra como en su interior. En la intemperie son desintegradas por el viento, el agua, los cambios de temperatura, la humedad y los organismos presentes, entre otros. Como resultado los detritos transportados se acumulan y consolidan para formar rocas sedimentarias. Seguramente habrás visto el río transportando sedimentos después de una fuerte lluvia. En algunos casos estas rocas por los movimientos de la corteza terrestre son sepultadas bajo la superficie estando sujetas a cambios de presión y temperatura provocando el cambio de forma a tal punto que su estructura se altere y forme una roca metamórfica o bien se funda, y al salir nuevamente al exterior se solidifica para convertirse en rocas ígneas. Una forma de visualizar esa transformación constante es mediante el diagrama del ciclo de las rocas:

62

Figura 3.5 El ciclo de las rocas.

Este proceso es importante ya que ayuda a la regeneración de recursos naturales; en la cuál de cada tipo de roca por su proceso de formación alguna; por ejemplo las rocas ígneas con frecuencia contienen vetas de minerales preciosos o industriales como oro, plata, plomo y zinc favoreciendo la actividad minera.

roca Ígneas

s

Sedimentarias

Metamórficas

minerales Feldespato

Oxígeno

Calcio y

Cuarzo

Silicio

Sodio

Calcita

Aluminio

Potasio Hierro

84 más elementos

Diagrama 2. Los elementos químicos forman los minerales. Cuando varios minerales se asocian forman las rocas

63

Hablando del territorio nacional, México exhibe en su superficie una variedad de contrastes en sus rocas conjugados con el relieve. Por ejemplo, el estado de Guerrero es sumamente montañoso, tiene serranías, además de ser un relieve muy irregular. El Eje Volcánico Transversal origina las sierras de Sultepec y Taxco. Junto con Puebla extiende su territorio por la llamada Depresión del Balsas, donde dominan las rocas sedimentarias, y es recorrido por la sección sureste de la Sierra Madre del Sur donde dominan las rocas volcánicas.

A lo largo de su costa hay afloramientos de granitos y rocas metamóficas, que se intemperizan para formar arenas. Ejemplo de lo anterior son las arenas de las playas de Acapulco (Imagen 3.12),

que analizando su composición se podrá

obtener que sus minerales proceden ó son originadas por la acción del transporte y depositación de los sedimentos procedentes de las montañas de la Sierra Madre del Sur, del Eje Neovolcánico Transversal, y de los granitos en la costa. Los sedimentos son transportados por las aguas dulces procedentes del continente y retrabajados en las playas por el oleaje.

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Imagen 3.12. Arenas de Acapulco

Imagen 3.13. Arenas de Cancún

Si observamos con una lupa el color y la textura de los fragmentos, se describen minerales de diferentes colores como fragmentos de color negro como la mica biotita y òxidos de hierro, café, blanco y rosa minerales del cuarzo y los feldespatos; así se comprueba su origen en las rocas que rodean las payas. Ocasionalmente encontraremos también fragmentos de conchas, transportadas por el oleaje y corrientes marinas cercanas a la costa. Los granos son visibles a simple vista, pero los detalles en ellos solo son visibles con una lupa. En cambio las arenas de Cancún son de color beige muy claro (Imagen 3.13), también son más suaves al tacto lo que es resultado de su composición de carbonatos de calcio, fragmentos rotos de moluscos, corales y algas.

65

Imagen 3.14 . Ubicación de las Costas de Guerrero en la República Mexicana, para comprender el origen de las arenas considerando el espacio y tiempo es necesario conocer la geología (www.sciencephoto.com/images).

Así mismo la presencia de las rocas volcánicas favorece en algunos lugares las altas concentraciones de población, sobre todo si están asociados con suelos fértiles propios para la agricultura como es el caso de la región del Bajío. Las rocas calizas están también asociadas con yacimientos de petróleo y la industria cementera. Por último para las rocas metamórficas como ejemplo es el mármol que ha servido para la construcción.

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1. Ideas previas de roca

De acuerdo a investigaciones en enseñanza de las ciencias se obtuvieron ideas previas con respecto al tema de rocas (Vera, 1988); considerando la siguiente interrogante:

¿Qué roca es más fácilmente erosionable a la presión y la temperatura de la corteza, un granito o una caliza? ¿porqué?

82% de los alumnos opinan que se trata de la caliza porque:  15% sus enlaces son más débiles  30% es más blanda  18% es menos compacta  19% otras: más porosa, menos densa, más heterogénea  9% el granito por que se forma a condiciones más alejadas de las dominantes en la corteza, que la caliza  9% no sabe, no contesta

En las respuestas dadas para apoyar la hipótesis de las calizas se mezclan conceptos como la densidad la blandura, la porosidad, etc., todos ellos sinónimos de una idea vaga de dureza, que definiría la cualidad escencial que explica la resistencia de a los agentes erosivos.

Otra de las consideraciones que salieron de lo anterior es que (Gracía Cruz, 1998) considera que los alumnos se limitan a copiar textos para elaborar algunos trabajos, pero sin reflexionar, ni construir el conocimiento.

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2. Actividad 1. Las rocas compuestas por minerales Nivel: Secundaria Aprendizaje esperado. Comprenderá la importancia de estudiar la composición de las rocas y su interpretación. Objetivo. El alumno identificara que las rocas están compuestas de minerales y su procedencia

Conocimientos previos requeridos. Mineral, composición química, elemento químico, sólido. Materiales ( 2 personas) 1 roca ígnea de granito (trituradp). 2 lupas Muestras de minerales:- cuarzo lechoso, feldespato, mica, pirita, galena 100 gr. de arcilla 2 palillos Un envase vacío en donde vienen las películas de fotografía (para una clase de 45 alumnos.) Una hoja de trabajo “conozcamos una roca”

Desarrollo

1. Los alumnos escogerán una roca de granito triturada en fragmentos muy pequeños procediendo a separar los minerales de acuerdo al color que presentan. 2. Con la lupa observaran los minerales para complementar el cuadro que se presenta en la hoja de trabajo para el alumno describiendo las características que presentan dichos minerales.

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Número de fragmentos

Blanco

Rosa

Gris – negro Brillante

Negro opaco

Diferente color

Describe sus características De dónde crees que procede Que mineral es

Componentes de una roca de granito

Imagen 3.15. Cuarzo lechoso Imagen 3.16. Feldespato

Imagen 3.17. Mica

Procede a contestar las siguientes preguntas:

1) ¿Qué color de mineral presenta la mayor cantidad y cuál el menor? 2) ¿El tamaño de los minerales es igual ó diferente? 3) ¿Si consideramos que la roca es 100% que porcentaje es para cada uno de los minerales? Blanco=______________ Rosa=________________ Negro o gris brillante= _____________

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Las rocas y sus minerales que las componen tienen propiedades y características importantes que las componen que mediante su observación y estudio se puede descifrar ¿de dónde provienen, ¿cómo se formaron? ¿a qué ambiente pertenecen?; etc. Como pregunta final trata de inferir a que capa de la estructura interna corresponden.

70

3. Actividad 2. Las rocas como archivo de información y evolución ¿quién quedo arriba? Nivel: Secundaria

Objetivo: El alumno identificara que el estudio de las rocas que constituyen la corteza actual de México nos ayuda a conocer la geografía de nuestro país.

Conocimientos previos requeridos. Tiempo geológico, evolución, corteza terrestre, estratigrafía. Materiales ( 2 personas) Perfil estratigráfico de un núcleo Libros de geología Acetatos Plumones para acetatos de diferentes colores Desarrollo

Observarán el perfil estratigráfico (Imagen 3.18) sobreponiendo el acetato para con los plumones marcar con líneas los cambios de colores del perfil estratigráfico, a que centímetros cambia de tonalidad para llenar el siguiente cuadro. Color Ejemplo: negro

centímetros 66-77

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Imagen 3.18. Perfil estratigráfico en un núcleo de sedimentos

Procederán a examinar el perfil estratigráfico (Imagen 3.18) respondiendo a las siguientes interrogaciones:

¿Presentan las bandas el mismo color? ¿Si, no? Por qué ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _______________________________________________________________

72

¿Si tu respuesta fue no, cuantos colores diferentes identificas? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ______________________________________________________________

Con diferentes colores marca con una línea en el acetato las diferentes capas que puedes percibir ¿Qué significa la variación de colores? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ______________________________________________________________

Lee el siguiente texto contestando las preguntas con la imagen mostrada.

En nuestro país, el valle de México es la localidad dónde se han hecho más perforaciones. Se muestra el corte de un pozo de la casa de Moneda de México con una profundidad de 149 m, identificando 39 capas diferentes.

Describe cuáles observas en la imagen: ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _______________________________________________________________

En la figura 3.6 se observa el corte de un pozo artesiano que se Identifican los tipos de rocas que constituyen un elemento importante ya que se clasifican las capas permeables (con presencia de agua) e impermeables (sin presencia de agua) que es necesario para encontrar agua. En toda la serie atravesada se encuentran depósitos 73

finos, evidentes por la abundante presencia de arcilla; en la columna se interpreta entonces la presencia en algún momento de un lago combinado con residuos de erupciones volcánicas. Un ejercicio necesario es descubrir palabras “nueva” como traquita y pórfido, que son nombres de rocas volcánicas.

74

Figura 3.6. Corte del pozo artesiano de la casa de Moneda de México .

75

3.1.4. Tema 4. La Tierra como un Geosistema desde su estructura interna. Antecedentes Dialogar con respecto al tema del Planeta Tierra como un sistema dinámico, en constante cambio, es iniciar con varias interrogantes ¿Por qué es importante conocer que a través de los 4,600 millones de años que tiene la Tierra,

los

continentes y océanos han presentado diversas configuraciones, y que en esa historia de movimiento continuo de los continentes han cambiando su forma y tamaño? ¿Cómo pudo convertirse el fondo del mar en seco y frío altiplano? ¿de qué manera un bosque fue gradualmente inundado por un mar donde se depositaron capas de roca de un espesor de centenares de metros? ¿Por qué se mueven las placas tectónicas? ¿Qué importancia tiene conocer la dinámica del Planeta Tierra en el transcurso del tiempo para el ser humano? ¿Qué sucede en el interior de la Tierra que la corteza terrestre se encuentra en movimiento alejando y uniendo los continentes? ¿Cómo se manifiesta el movimiento de las Placas Tectónicas en la superficie de la Tierra? Para dar respuesta a lo anterior se involucra el estudio del tema de las placas tectónicas, de la litosfera y corrientes de convección en el manto, el registro fósil, el tiempo geológico y el relieve. La explicación del movimiento de placas tectónicas inicia desde el interior de la Tierra. En el interior se genera calor y existe además calor de residual desde su formación. La diferencia de temperaturas entre el manto profundo y el manto superior genera movimiento de convección, que es una forma de transportar calor. La convección sigue gradientes de temperatura, en dónde los materiales calientes son más ligeros por lo que ascienden, mientras que los materiales fríos son más pesados (más densos) y por lo tanto se hunden. Este proceso es el mismo movimiento que crea patrones de circulación conocidos como corrientes de

76

convección en la atmósfera y en el agua, solo que en el manto de la Tierraes mucho más lento (Figura 3.7). En la atmósfera, a medida que el aire se calienta va subiendo permitiendo que el de los alrededores fluya para ocupar la región antes ocupada por el aire caliente ascendente. Esto es notable cuando empieza a formarse una nube de tormenta y viento en el que sopla fuertemente antes de la lluvia. El movimiento vertical del aire por convección, junto con el movimiento de rotación de la Tierra, hace que se generen vientos. Y los vientos, a su vez, crean olas superficiales sobre el océano. La convección también juega un papel importante en el movimiento de aguas oceánicas profundas y contribuye a la formación de corrientes oceánicas.

Figura 3.7. Corrientes de convección. La litosfera, está dividida en placas que se mueven a (o derivan arrastradas) razón de unos 2 a 20 cm por año, impulsadas por corrientes de convección que tienen lugar bajo ella, en la astenosfera.

La convección en el aire y el agua es un fenómeno que nos debe parecer fácilmente comprensible; pero, ¿convección en el manto que está hecho de roca? Esto fue debatido intensamente en la primera mitad del siglo XX por científicos alrededor del mundo entre los que destaca Arthur Holmes (1890-1965), su más decidido defensor. La forma en que es posible explicar la convección en el manto es imaginando un sólido que por encontrarse a alta temperatura, pero sin alcanzar a fundirse, puede “fluir” como una dura masa de plastilina que es empujada lentamente con las manos. Debido a las corrientes de convección que se generan en el manto en la región llamada la astenosfera, la parte más rígida y superficial de la Tierra, la litosfera, se deforma lentamente (Figura 3.7). 77

La litosfera está fragmentada, como los pedazos de cáscara de un huevo duro al romperlo; esos fragmentos de litosfera se llaman placas tectónicas. Algunas chocan (convergen o subducen), se separan (divergen) y en ocasiones sucede que una placa se desliza al lado de otra en un movimiento lateral (transformante). A continuación se explican esos movimientos considerando la Figura 3.8, en la que se observan y se identifica las placas y se señala la ubicación de ejemplos de cada uno de los tres tipos de movimientos.

Figura 3.8. Diferentes tipos de movimientos de Placas Tectónicas. Se muestra el límite divergente cuando se separan dos placas (Placa Pacifica con Placa Nazca), Límite convergente (Placa Nazca – Placa Sudamericana), Límite de falla transformante (Placa Indo australiana-Placa Antártica).

78

Movimiento de subducción (convergente). Ocurre cuando una placa con corteza oceánica más pesada choca con una placa de corteza continental más ligera y se hunde (o subduce) debajo de ella. La convergencia en este caso empuja la litósfera oceánica por debajo de la continental, y se hunde entre el manto probablemente arrastrada por una corriente de convección descendente. Las fosas oceánicas o trincheras del fondo marino, los volcanes y arcos de isla alrededor del Pacífico y otras regiones, así como la actividad sísmica más intensa están asociados con zonas donde ocurre subducción. Un ejemplo es la formación de la cordillera de Los Andes, en Sudamérica. La subducción ocurre también cuando convergen dos placas oceánicas, como en el caso de la isla Antillas menores en el Caribe. Otro tipo de movimiento convergente ocurre cuando dos placas que sostienen corteza continental convergen. La subducción de corteza continental no es posible, por lo que se deforma intensamente. Grandes cadenas de montañas pueden crecer por este proceso de convergencia o colisión. Un ejemplo es la formación de las Montañas Himalaya en Asia. El movimiento de las Placas Tectónicas en todo el mundo presenta como consecuencias sobre la superficie terrestre la presencia de erupciones volcánicas, tsunamis, temblores, formación de islas, etc. Esto de acuerdo al comportamiento que tengan, es decir el tipo de límite de placas que se trate, como se observa en la Figura. 3.8. Fenómenos que se producen en las zonas de subducción (Choque de placas): 1) Destrucción de la litosfera oceánica. Las corrientes convectivas descendentes del manto del manto arrastran con ellas la litosfera, la cuál es reabsorbida dentro de él. 2) Fosas oceánicas o Trincheras. Son grandes abismos en el piso oceánico donde la corteza se deforma al iniciar su descenso al manto.

79

3) Actividad sísmica, incluyendo sismos de gran intensidad. Al chocar las placas la presión produce movimientos bruscos de acomodamiento, que originan sismos de gran intensidad. 4) Cordilleras paralelas a la costa. Al chocar las placas, la presión produce deformación de la corteza terrestre y levantamiento. 5) Actividad volcánica. En las cordilleras costeras se producen fracturas por dónde el material fundido busca salida y se forman numerosos volcanes activos. Si se entiende la dinámica de la zona, sus características de tipo de suelo y ubicación geográfica, es posible explicar la presencia de

los sismos; a su vez,

entender los sismos nos permite saber qué esperar y estar preparados. Es decir, podremos entender en qué regiones es más probable que ocurra un sismo, si será profundo, intermedio o somero, y esto nos permitiría hacer construcciones acordes al terreno de ubicación; esto no significa que podamos predecir cuándo va a temblar, pero sí que podemos reducir las posibles consecuencias negativas. De acuerdo a investigaciones de científicos mexicanos la placa de Cocos se está metiendo, o subduce, por debajo de la placa de Norteamérica a una velocidad de unos seis centímetros por año. Tan lento como crecen las uñas en nuestras manos. En su descenso hacia el manto, la placa de Cocos desciende a un ángulo muy bajo comparado a su descenso bajo Centroamérica. El ángulo con que subduce la placa oceánica influye en la posición de los volcanes sobre el continente. Así, los volcanes de Centro América se encuentras a decenas de km de la trinchera, mientras que los volcanes del centro de México se encuentran a cientos de kilómetros de ella.

80

Otro de los aspectos importantes en la dinámica del Planeta Tierra es el factor Tiempo que es necesario considerar en el contexto de evolución, cambio, análisis de una serie de procesos presentes y pasados en la Tierra. La escala de tiempo geológico nos permite establecer secuencias sucesivas de eventos y determinar su edad con un rango amplio en millones de años. Esto es fundamental para comprender nuestro planeta, ya que para la vida del hombre secuencias de eventos están determinadas por escalas que comprende de nuestro habitual calendario (minutos, horas, días, meses y años). En particular, el territorio de la República Mexicana ha presentado cambios a lo largo del tiempo geológico por los que hoy en día es posible encontrar fósiles marinos en un lugar dónde hoy hay rocas y montañas; estos nos habla de su historia ya que fue en algún tiempo de ambiente marino cubierto por agua y ahora se perciben cadenas de montañas comprobando la dinámica del planeta Tierra.

81

1. Ideas previas de Placas Tectónicas. Se realizo una encuesta en el Museo del Instituto de Geología con 17 estudiantes antes de recibir la plática y el recorrido correspondiente al tema de Placas Tectónicas. Los resultados se presentan en la siguiente gráfica

Gráfica 1. Resultados de la encuesta del Tema Placas Tectónicas

Preguntas realizadas a los alumnos:  1.-Explica

con

tus

propias

palabras

“Tectónica

de

placas”

y

sus

consecuencias.  2.- Para ti ¿qué utilidad tiene la Geología en la vida cotidiana?

82

Gráfica 2. Errores más frecuentes: 1a.- Confunden la Tectónica con las capas de la Tierra; 1b.Desconocen por completo el tema; 2a.- Relacionan la utilidad de la Geología con Historia; 2b.Desconocen por completo el tema.

Análisis 1. Al preguntarles por el término Tectónica de Placas se refleja que lo perciben como tema sin importancia, faltaría hablarles desde el punto de vista de consecuencias. 2. Un porcentaje elevado de alumnos desconocen por completo el tema.

Con respecto a las respuestas obtenidas se deduce que los alumnos tienen que superar en el aprendizaje de las Ciencias Naturales una serie de obstáculos epistemológicos originados por:

a)

La presencia de errores conceptuales

b)

La confusión entre que son las placas tectónicas, su movimiento y sus

consecuencias c)

La influencia de un cierto “sentido común” y la aplicación de conceptos en la

vida cotidiana d)

La tendencia a olvidar los fenómenos y procesos internos del planeta, que no

se ven y que necesitan esquemas conceptuales abstractos y complejos para comprenderlos e)

La dimensión del estudio de la Geología y su importancia 83

3. Ideas previas de Fósiles. Se utilizo como ejemplo el movimientos del nivel del mar para explicar la aparición de fósiles a gran altura en las montañas ¿A qué altura estaba el nivel del mar en el momento de depositarse lo que actualmente son fósiles, respecto del nivel actual? (p. ej. En El Torcal de Antequera (Granda Vera, 1988), con una altura media de mil msnm como se muestra en la Imagen 3.19).  37% de los alumnos llegaba hasta las cimas actuales sobrepasándolas  47% más o menos como el actual (de ellos un 33% indica que eran los materiales los que se habían levantado)  12% a menos de mil metros  4% no saben. Los investigadores en enseñanza consideraron que la presencia de fósiles, más de 50% de los alumnos que han recibido enseñanza en las Ciencias Naturales no indican por error que los materiales que forman las montañas y cordilleras se han levantado (se han movido), y lo que quizás sea más significativo es que casi la mitad de los encuestados tiene la idea arraigada de que han sido movimientos (enormes) del mar los responsables de tales estructuras geológicas.

Imagen 3.19. Presencia de fósiles en la cima de las montañas de Antequera, España.

Otra interrogante es la siguiente: ¿cómo se explicaba la presencia de fósiles de organismos marinos en la cumbre de la montaña? (Granda Vera, 1988) 95% de los alumnos de edad de 12 a 16 años predijo la evolución del relieve; sin 84

embargo, para explicar la presencia de los fósiles de organismos marinos en lo alto de la montaña emitieron hipótesis revelando errores conceptuales: o . Las implicaciones en las concepciones que se forman es que el marco de referencia en el uso del lenguaje de los profesores puede ser distinto al que tienen los alumnos.

3. Actividad 1. Armando un rompecabezas del Planeta Tierra Nivel: Primaria y secundaria

Aprendizaje esperado: Identificarán la ubicación de las Placas Tectónicas, su comportamiento y consecuencias.

Objetivo

específico:

Conocerá

a través de un

modelo

la ubicación

y

comportamiento de límites entre las placas tectónicas en el planeta Tierra y sus consecuencias en la superficie de éste. Material (por equipo: 2 personas)

Plantilla del planisferio de Placas Tectónicas Pelota de unicel mediana Plumón negro y rojo Tijeras Pegamento Planisferio con nombres del Mundo Desarrollo Los alumnos procederán a remarcar en la imagen 3.8 las líneas de los límites de placas tectónicas. Cortar la plantilla, pegarlos en la pelota de unicel para que Quede como un planisferio mostrando la ubicación de los límites de las placas tectónicas y ponerle

los

nombres

de

cada

placa

observando

las

imágenes

3.20

y

3.21. 85

Imagen 3.20.

Limite de Placas Tectónicas

Imagen 3.21. Distribución superficial de placas litosféricas con sus nombres y ubicación

Posteriormente marcarán con flecha como en la imagen el comportamiento de cada límite de Placa para completar el siguiente cuadro

86

Separación de Placas

Choque de Placas

Transformantes

En el Atlántico entre Euroasiática y Norteaméricana

En el Pacífico entre Nazca y Sudamérica

En el Caribe, entre Caribe y Sudamérica

Hay siete placas principales además de otras secundarias de menor tamaño. Algunas de las placas son exclusivamente oceánicas, como la de Nazca, en el océano Pacífico. Otras, la mayoría, incluyen corteza continental que sobresale del nivel del mar formando un continente.

87

Observa y completa el siguiente cuadro con la ayuda de la imagen 3.22. Checa el ejemplo.

Nombre de la Placa Tectónica

Nombre de las placas con la que se relaciona

Antártica

Sudamerica Nazca Pacífica

Imagen 3.22. Placas Tectónicas de América

88

4. Actividad 2. Conozcamos las corrientes de convección y su influencia en la Tectónica de Placas Nivel: Primaria y secundaria Objetivos específicos: Identificará los procesos que originan el movimiento de placas tectónicas por medio de las corrientes de convección Objetivo: Conocerán los diferentes movimientos que presentan las corrientes de convección y su influencia en el movimiento de las placas tectónicas Material Colorante vegetal liquido color: azul y rojo 4 vasos de vidrio de 200ml. 3 vasos de vidrio transparente de 240 ml. 5 cubos de hielo 250 ml. Agua caliente 3 goteros 200ml. agua fría (hielo derretido) 200 ml. agua a temperatura ambiente Desarrollo En equipo de dos personas se reparten tres vasos de vidrio transparente de

240

ml, 2 goteros, colorante vegetales azul y rojo. Así mismo dos vasos de 200 ml para agua fría (hielo derretido) y recipientes de 250 ml para agua caliente, hielo y agua a temperatura ambiente. Los alumnos procederán a llenar con agua los 4 vasos de vidrio de 200ml, que dejarán reposar por 5 minutos. Llenar otro recipiente de 200 ml con agua muy fría y agregar una gota de colorante vegetal azul. Llenar otro recipiente pequeño con agua caliente. Agregar una gota de colorante vegetal rojo. Anotar observaciones

89

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _______________________________________________________________. Por otra parte utilizar un gotero para añadir una gota de agua caliente roja en el fondo

del

primer

vaso

de

vidrio.

Anotar

observaciones________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ______.

agua en la

Imagen 3.23-25. Imágenes 3.23 a Mezcla 3.25. de agua caliente

En la segunda taza, repite el procedimiento utilizando el agua fría azul. Observa y registra los resultados. ¿Qué puedes determinar a cerca del agua cálida? ¿Del agua fría? ¿Cuál es más densa? 90

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _______________________________________________________________ En la tercera taza, vacía simultáneamente agua caliente roja en el fondo, y agua fría azul en la superficie. Observa y registra los resultados. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ __________

Por otra parte los geocientíficos consideran que los movimientos de convección del manto dentro de la Tierra son la causa de los movimientos de las placas tectónicas, dando como resultado en la superficie de la Tierra la presencia de terremotos, tsunamis y erupciones volcánicas.

Comentar el concepto de densidad en relación a la temperatura. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _______________________________________________________________

91

5. Actividad 3. Subducción de la placa de Cocos bajo la placa americana en México Nivel: Primaria y secundaria Objetivos específicos: Comprenderán el comportamiento del movimiento de las placas tectónicas y en consecuencia el origen de los sismos con su respectivo comportamiento en el espacio. Material Mapa de la República Mexicana Bicolor Imágenes del movimiento del movimiento relativo entre placas a lo largo de las zonas costeras del país. Desarrollo Los alumnos procederán a leer el siguiente texto: El movimiento convergente ocurre cuando una placa con corteza oceánica más pesada choca con una placa de corteza continental más ligera asociados con una zona de subducción, la litosfera oceánica empuja y se hunde dentro del manto por debajo de la placa continental. Las fosas oceánicas, volcanes y los sismos están asociados con zonas de subducción. Ahora se procederá a ubicar con color rojo en el mapa de la República Mexicana los siguientes estados Jalisco, Colima, Michoacán, Guerrero, Oaxaca y Chiapas. ¿Estos estados se ubican en la zona costera del Océano pacífico ó Golfo de México? __________________________________________________________________ Has escuchado en alguna ocasión por los medios de comunicación en dónde se han originado los temblores presentes en el territorio nacional? ¿En qué estados? 92

__________________________________________________________________ En México el movimiento de subducción con relación a la placa Cocos con la Placa Americana varía el ángulo subduciente de acuerdo al lugar de que se trate; estos resultados han sido obtenidos por interpretaciones de registros geofísicos y geológicos, por ello se muestran diferentes imágenes variando de acuerdo al lugar.

Imagen 3.26. Movimiento relativo de la Placa de Cocos con respecto la Placa Americana en la zona de Jalisco, considera la profundidad en kilómetros que alcanza la Placa del de Cocos (litosfera oceánica) al hundirse bajo la Placa Americana (litósfera continental) bajo el volcán de Colima. Los puntos rojos nos dan los datos locales de la presencia de sismos, la mayor parte de dichos puntos rojos se localizan a una profundidad de 8 a 40 km de profundidad a lo largo de una franja llamada la zona de Wadati-Benioff. Conforme aumenta la profundidad disminuyen la presencia de los sismos.

93

Imagen 3.27. Movimiento de la Placa de Cocos con la Placa Americana en la zona de Guerrero. Los datos locales de la presencia de los sismos están concentrados en la zona costera; mientras que para 1964, 1980 y 1994 ocurrieron sismos mayores a una profundidad cercana a los 60 km.

Nota la profundidad alcanzada por la litósfera oceánica debajo del volcán Popocatépetl. Imagen 3.28. Movimiento de la Placa de Cocos con respecto a la Placa Americana en la zona de Oaxaca. La presencia de los sismos en diferentes años define la zona de Wadati-Benioff. La mayor presencia se da a profundidad entre los 8 y 55 km de profundidad. De nuevo, nota la profundidad alcanzada por la placa oceánica bajo el volcán Pico de Orizaba.

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Completa la siguiente tabla: ESTADO

AÑOS DE SISMOS MAYORES

VOLCANES PRESENTES

PROFUNDIDAD (Km) DATOS LOCALES Y TELESISMICOS

OBSERVACIONES Valor del ángulo subduciente

JALISCO

GUERRERO

1964,1980,1994 Popocatépetl

10 - 45

OAXACA

CHIAPAS

¿La subducción tiene la misma geometría en las tres zonas, si ó no? ¿porqué? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ¿Qué importancia tiene conocer la ubicación del origen del movimiento de las Placas Tectónicas? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ________________________________________________________________

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6. Actividad 4: La República Mexicana a través del Tiempo Geológico Nivel: Primaria y secundaria Objetivo especifico. Identificará los cambios que se han presentado a través del tiempo geológico en la geografía del territorio mexicano. Materiales Bicolor Mapa de la República Mexicana con nombres Acetatos Plumones para acetatos Desarrollo Los alumnos procederán a observar los siguientes esquemas de la región donde se encuentra el territorio mexicano en la que se perciben los cambios presentes a través del tiempo. Se inicia con una imagen a nivel global (figura 3.9) para que identifiquen la República Mexicana y seguir observando la figura 3.10 a 3.13. Posteriormente con el bicolor pintarán en donde corresponde con el Tiempo geológico en la tabla geológica.

Figura 3.9. Configuración geográfica de los continentes hace 200 millones de años. Los continentes

presentes eran Laurasia (parte del continente de Norteamérica y Asía) y

Gondwana (Continente Suramericano, África, Antártico ) Cómo se percibe la configuración del territorio Mexicano aún no aparece.

96

Figura 3.10. Configuración del territorio que hoy es México hace 60 millones de años.

Figura 3.11. Configuración del territorio que hoy es México hace 50 millones de años

97

Figura 3.12. Configuración del territorio que hoy es México hace 20 millones de años.

Figura 3.13. Configuración del territorio que hoy es México hace 10 millones de años .

98

México

Diagrama 3. Tiempo geológico con descripción de eventos y edades.

99

Los alumnos procederán a complementar el siguiente cuadro utilizando el mapa de la República con nombres indicando las diferencias observadas y la tabla geológica. Cambios presentes

Período geológico al que pertenece con sucesos importantes

Hace 60 millones de años

Hace 50 millones de años

Hace 20 millones de años

Hace 10 millones de años

Posibles transformaciones a futuro:

La unión de América y Asía por el norte dará lugar al próximo supercontinente por la fuerte atracción hacía el polo norte dando lugar a Amasia, con el nombre que los científicos estadounidenses dan al supercontinente de la historia dentro de entre 50 y 200 millones de años. Esto dará como resultado una cordillera montañosa que permitirá cruzar de Alaska a Siberia (Yale, 2012).

América permanecerá situada sobre el anillo de fuego del Pacífico, una zona de intensa actividad sísmica y volcánica dando cambios en la orografía; así mismo posiblemente el océano Ártico y mar del Caribe provocará la desaparición. Los estudios que han ayudado a dicho comportamiento son el estudio del magmatismo.

100

3.1.5 Tema 5. El Vulcanismo en México a través de los mapas La actividad volcánica es una de las manifestaciones naturales en la cual se nos da información sobre los procesos internos del planeta Tierra; los volcanes son estructuras rocosas producto de la acumulación de materiales fundidos que han viajado desde las profundidades del manto. Los volcanes toman diversas formas, pero generalmente son estructuras montañosas en forma cónica, con un cráter en su cima.

Hablando de la República Mexicana en la parte central se percibe la mayor abundancia de estructuras volcánicas, en una región conocida como Faja Volcánica Transmexicana (FVTM; Figura 3.14); ésta es un alineamiento de estructuras volcánicas casi paralela a los 19 grados de latitud norte. El volcanismo en la FVTM es el resultado del proceso de subducción de la placa de Cocos bajo la placa Norte Americana; es decir, en el choque de estas dos placas la de Cocos se sumerge por debajo de la placa Norteamericana, y a una profundidad de entre 80 y 100 km bajo la superficie de la Tierra inicia un proceso de fusión parcial. El material fundido asciende para formar volcanes en la superficie. La edad en que inició el volcanismo en dicha faja es de aproximadamente 20 millones de años y la actividad continúa en el presente (Ferrari, 1999).

101

Figura 3.14. Distribución geográfica de los volcanes de México (http://www.proteccioncivil.guanajuato.gob.mx/atlas/geolo...)

Los volcanes de la FVTM como se muestra la distribución geográfica de los volcanes en la Imagen 3.29, son considerados peligrosos ya que en su pasado geológico han tenido actividad eruptiva de gran magnitud; aunque los periodos en los que se presenta ésta son muy espaciados por intervalos de cientos de años. Los mayores volcanes ubicados en esta zona son: Citlaltépetl (5,610 metros sobre el nivel del mar: msnm), Popocatépetl (5,450 msnm) e Iztaccíhuatl (5,280 msnm). También esta zona alberga uno de los volcanes más activos del mundo: el de Fuego de Colima (3,860 msnm; Imagen 3.30). Este volcán cuenta con documentación histórica abundante en donde se da testimonio de varias erupciones; junto a éste contrasta un antiguo volcán hoy desprovisto de glaciares y profundamente erosionado: el Zapotépetl o Nevado de Jalisco y Colima. Cabe mencionar aquí también otros gigantes, uno cuyo cráter alberga un par de lagos de aguas muy frías ubicadas a gran altitud sobre el nivel del mar: el Chicnautécatl o Nevado de Toluca (4,691 msnm), cerca de Toluca, la capital del Estado de México. Y por último,

102

mencionaremos a la Matlacueye, mejor conocida como Malitzin de Tlaxcala (4,461 msnm), con su espectacular barranca de San Juan.

Imagen 3.29. Volcán Paricutín

Imagen 3.31. Volcán Popocatepetl

Imagen 3.30. Volcán de Colima

Imagen 3.32. Volcán Pico de Orizaba

Existen otras zonas donde se presentan volcanes activos en México fuera de la franja de la Faja Volcánica Transmexicana, que concentra a la mayoría de los volcanes relativamente jóvenes. Bastante distantes se encuentran los complejos volcánicos del Pinacate, en una de las provincias más áridas de México como la parte norte del desierto sonorense; y la Sierra de Tres Vírgenes, en Baja California Sur. Finalmente, en el extremo sureste de México, en el exuberante estado de Chiapas, hay dos volcanes notables: el Chichonal (1,070 msnm), cerca del límite con el estado de Tabasco, y el Tacaná (4,060 msnm) en la frontera con Guatemala.

Volviendo al centro del país, la cuenca de México presenta al oriente dos grandes aparatos volcánicos que son el Popocatépetl (Imagen 3.31) y el Iztlaccíhuatl, de los 103

cuáles solo el primero es activo. El resto de la zona metropolitana de la Ciudad de México (ZMCM) se encuentra limitado por elevaciones topográficas de origen volcánico como son la Sierra de Guadalupe al norte, la Sierra de Las Cruces al poniente, la Sierra del Chichinautzin al sur, el volcán del Ajusco al suroeste y la Sierra Nevada al oriente. Sobre la Sierra del Chichinautzin destaca el volcán Xitle, que hizo erupción hace aproximadamente 2,000 años y cuyas lavas sepultaron el centro ceremonial de Cuicuilco, en el sur de la Ciudad Universitaria. Dentro del valle existen algunos aparatos volcánicos aislados, siendo los principales los que forman la Sierra de Santa Catarina y existiendo algunos otros que aparecen en forma aisladas como son el Peñón del Marqués, el Peñón de los Baños y el Cerro de la Estrella. Los volcanes de la Sierra del Chichinautzin en su mayoría son conos pequeños en comparación al Popocatépetl, con características similares al volcán Paricutín (Imagen 3.29), que hizo erupción en 1943. Mapas

Un mapa es la representación reducida y plana de la superficie terretre. El grado de reducción viene determinado por la escala. Se utilizan la escala gráfica que es un segmento subdividido en segmentos más pequeños correspondientes a longitudes determinadas del terreno.

0 km

5k m

Ejemplo:

En un mapa de escala 1:100,000 corresponde 1cm en la escala gráfica a 1 km. Cuando se utilizan mapas con escalas muy elevadas (1:10,000,000) los detalles del área se pierden, mientras que si la escala es muy pequeña (1:1,000), el mapa será más detallado con mayor información. Por otra parte para determinar el tipo de relieve se utilizan los valores de las curvas de nivel que unen puntos que tienen una

104

misma elevación y que en un mapa se localizan a intervalos regualres de, por ejemplo, 10, 20, o 100 metros.

Nota: Se hacen coincidir todos los puntos en que las curvas de nivel cortan a la línea trazada indicando la altitud (altura sobra el nivel del mar) de cada una.

Figura 3.15 Uso de curvas de nivel.

105

Se sitúa en cada punto a una altura correspondiente los valores y se unen dando como resultado una meseta y una montaña, observa la figura 3.15

. Figura 3.16. Construcción de un perfil topográfico

Por lo anterior un mapa topográfico se puede levantar con un perfil que represente el relieve de la zona tal y como se vería en la superficie de la tierra. Es importante considerar que el relieve del terreno es toda aquella deformación de la superficie terrestre en forma visible y contempla, montañas, valles, depresiones, etc. como la imagen representada de la Sierra de las Cruces (Figuras 3.16 y 3.17).

Valle del Tezontle

Cañada Monte Alegre

Figura 3.17. Descripción del relieve de la Sierra de las Cruces en modelo digital de elevación (www. df.gob.mx)

106

Figura 3.18. Fotografía panorámica de Monte Alegre.

Cartas Geológicas

Una carta geológica conjuga color y líneas que representan en tiempo y espacio los diferentes tipos de rocas y sedimentos que afloran en la superficie terrestre considerando el relieve. Pueden diferenciarse de acuerdo al tipo de rocas (ígneas, metamórficas o sedimentarias) o composición (granitos, pizarras, areniscas, etc.) y también a la edad (cámbricas, cenozoicas, paleozoicas, etc.); todo esto con colores y tramados considerado en la simbología utilizada; es decir descifrando el lenguaje gráfico del mapa.

Otro aspecto importante presente en los mapas son geológicos son las estructuras (pliegues, fallas, etc.) de los materiales; así mismo en algunos se incluyen yacimientos de fósiles, recursos minerales, etc. Todos estos datos se representan mediante una simbología especial. Habitualmente se utiliza un mapa de la superficie del terreno (mapa topográfico) como base del mapa geológico.

A continuación se describen los componentes de una carta geológica:

107

Imagen 3.33. Descripción de las partes de una carta geológica (www.sgm.gob.mx)

El descifrar las cartas geológicas es conocer el tipo de rocas de un lugar, las fallas y fracturas presente, ríos, relieve; así como estabilidad en el terreno, la búsqueda de recursos naturales y muchas otras aplicaciones.

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1. Ideas previas sobre volcanes y tectónica de placas Se consideraron las ideas previas (Vera, 1988) de acuerdo a preguntas planteadas como:

Los volcanes y terremotos, ¿son causa o efecto de los movimientos de las placas? Explica según los casos las razones que creas convenientes:  3% son causa y efecto  6% cuando se acercan las placas producen los terremotos; cuando se alejan, los volcanes.  3% son la causa del movimiento de las placas  6% los volcanes son causa porque expulsan lava;  70% en el choque de placas tectónicas se provocan los volcanes y sismos  12% no sabe/no contesta

Del análisis de las respuestas parece desprenderse que:

1. El acercamiento de placas implica movimientos, desequilibrio, en suma sismicidad. 2. El alejamiento de placas litosféricas hace pensar en agujeros, fosas, espacios abiertos por los que fluye el magma, es decir vulcanismo. 3. Un porcentaje elevado de alumnos cercano al 30, tiene ideas muy confusas incluso incorrectas respecto al concepto de causalidad que se ha investigado. 4. Aun en el caso de los alumnos que dominan tal concepto, el choque de placas aparece como un ejemplo más creíble, por lo que implica de catástrofe, cambios bruscos, etc., en relación con el vulcanismo y la sismicidad.

Concluyen que para conocer cuáles de esas ideas tienen un verdadero significado, se deben estudiar no como ideas aisladas, sino como parte de un conocimiento más 109

amplio, constituido por las relaciones entre esas concepciones. Comprender un dato requiere utilizar conceptos, es decir, relacionar esos datos dentro de una red de significados que explique por qué se producen y qué consecuencias tienen (Pozo, 1991). Los importantes conceptos de fusión de corteza oceánica o material del manto, por liberación de fluidos en el proceso de subducción parece ser desconocido entre los encuestados.

Así, los conceptos tales como: erupción, magma, tectónica, etc., son algo más que conceptos específicos o puntuales. Son conceptos estructurantes que permitirán luego poder acceder a la comprensión de la Tierra como sistema. En este sentido, se afirma que los volcanes son algo más que una forma de relieve, ya que estos ponen de manifiesto la transferencia de materia y calor desde el interior de los planetas hacia la superficie y son la culminación de un conjunto de procesos que implican la génesis, ascenso y erupción de los magmas (Lutgens, 1999). Las dificultades conceptuales detectadas, se consideran conceptos elementales y de carácter medular en el aprendizaje del vulcanismo en la geografía escolar. Dificultades conceptuales detectadas:  Fuego en el centro de la Tierra.  Montañas como contenedoras de magma y/o fuego.  Los volcanes no aportan ningún beneficio.  El magma es lo que rellena los volcanes.  Todo el material expulsado por el volcán llega desde el centro de la Tierra.  Falta de asociación entre la presencia de “placas tectónicas” y la presencia del “magma”, necesaria para comprender la génesis y dinámica de los volcanes.  No poseen “idea de volcán” alumnos que viven “frente” a un volcán.

110

Dichas ideas en las cuales se advierten dificultades conceptuales se deben a dificultades en las estrategias de enseñanza - aprendizaje, así como a cuestiones que se relacionan con la manera en que están planteados los contenidos escolares en el currículo. Se observan datos que los alumnos no evidencian precisión en la relación de datos estructurales, tales como presencia de magma, cámara magmática y erupciones.

2. Ideas previas de ¿Cómo se forman las montañas? (Lillo, 1993) Para contestar está pregunta se utilizaron frases y dibujos obteniendo las siguientes respuestas: 50% consideraron que se forman por el choque entre placas, asimilando bien la causa principal; sin embargo, analizando los dibujos se concluyo que la asimilación y comprensión es sólo del léxico, pero no del concepto. Por otro lado, el análisis de las expresiones gráficas permiten observar errores conceptuales a partir de que las respuestas a “las montañas se forman por” incluyen:  el choque de placas  por las presiones los esfuerzos que hay en el interior de la Tierra localizándolas en la corteza  las producen las fuerzas horizontales opuestas  por el alejamiento progresivo del Sol a la Tierra va perdiendo calor y su enfriamiento produce el arrugamiento de la corteza  identifican montañas con volcanes activos o como resultado de la acumulación de la lava  se forman por la erosión de la lluvia y/o del viento  por acumulación de la arena y el paso del tiempo. Se llegó a la conclusión que la frase “choque de placas” aparentemente correcta desde el punto de vista científico, esconde gran número de errores conceptuales y casi la totalidad de los encuestados no han asimilado el concepto científico correcto.

111

Por otra parte, la utilidad de los dibujos secuenciales con demasiada carga conceptual debe hacerse en los libros de texto con cuidado ya que produce confusiones en los alumnos.

Así mismo, (Shayer, 1986) detectan en geología ideas y esquemas previos en los alumnos, sustentados en observaciones y conclusiones de sentido común; dichas barreras para conseguir un aprendizaje significativo se ven aumentadas por las dificultades para comprender la escala del tiempo geológico, la dimensión de los cambios, el detallismo de muchos fenómenos geológicos, etc. Sin olvidar la complejidad, e incluso imposibilidad, de diseñar experiencias realizables y por tanto la necesidad de formular modelos analógicos correctos.

Está misma pregunta ¿Cómo se forman las montañas? se realizó a alumnos de las carreras de geología y botánica de los cuales:  14% de los encuestados contestan en forma correcta  54% está equivocado  32% manifiesta tener una idea aproximada sobre el tema, en donde los alumnos de Botánica son los que logran mayores aciertos (25%) y entre los de Geología no hay respuestas positivas (0%). La gran mayoría cree que las montañas se originan por “pliegues”, “volcanes” y “sismos”, algunos complementan sus respuestas con términos como “presión” o “compresión”. Un grupo numeroso indica un origen exógeno para las montañas, las definen como: “acumulación de sedimentos” o “acumulación de tierra” y señala como responsables de su formación a los agentes atmosféricos (“acumulación de polvo arrastrado por el viento, que forman primero lomas y luego montañas” v.gr.).

Existen también aquí los que entienden que las montañas se forman por “desplazamiento, desprendimiento o movimientos de tierra”. Se encontraron también respuestas que esbozan los principios de la tectónica de placas, aunque la terminología usada no es correcta pues utilizan frases como “choque, movimiento, 112

desplazamiento o elevación de capas tectónicas o capas terrestres”, ninguno usa el término “placa”.

Muchos de los encuestados, sin que la pregunta

lo solicitara, plantean la

temporalidad en la formación de las montañas; la mayoría considera que son muy antiguas, así lo demuestran estas respuestas: “son de edad primaria”, “en tiempos remotos” o “hace millones de años”. Otros, dos o tres personas, esbozan el principio del actualismo cuando expresan “a través del tiempo” y “desde siempre”.

3. Ideas previas de la relación entre el Vulcanismo y geotermia (Membiela, 2002) Se estudian las concepciones previas de un grupo de estudiantes sobre el termalismo, cuya principal característica apunta a que un número relativamente elevado cree erróneamente que el volcanismo es la causa fundamental del termalismo en la zona de Galicia, España. Estas conclusiones han sido utilizadas en el proceso de reelaboración de actividades de aula sobre esta temática, en el que también se han tenido en cuenta otras líneas de diseño curricular.

Se elaboraron varias interrogantes como: ¿Porqué crees que sale agua caliente de la fuente de las Burgas? ¿Sabes para qué usa la gente estas aguas termales? Esta encuesta se dirigió a 178 estudiantes de 15 años para conocer sus ideas previas sobre el origen de las aguas termales más conocidas de la ciudad (las Burgas), y sobre los usos que le daban los ciudadanos, se han agrupado en las siguientes categorías:

1. Existencia de un volcán (39.3%): se incluyen aquellas respuestas que de alguna manera relacionan el que salga agua caliente con un volcán: •debajo de ellas hay un volcán, se dice que hay un volcán que está dormido, porque hay un pequeño 113

volcán que calienta un río subterráneo que va dar a las Burgas, este volcán es demasiado pequeño para hacer erosiones o terremotos y aún menos para desprender lava, porque las Burgas son una especie de volcán que echa agua caliente en vez de lava, no me acuerdo del nombre de este tipo de volcanes. Aunque algunos se muestran un poco escépticos con esta explicación: •dicen que hay un volcán, pero yo no me lo creo. 2. Debido a las temperaturas más altas que hay en zonas profundas de la Tierra (12.4%): Porque viene de capas de la Tierra que están más cerca del interior y allí las temperaturas son muy altas.

3. Un manantial profundo de agua caliente (11.2%): Porque hay ríos subterráneos de agua caliente, es debido a un manantial profundo de agua subterránea y por eso está caliente.

4. Otros confunden causa con procedencia (7.9%): Sale de debajo de la Tierra. Viene de zonas profundas.

5. Para otros el agua se calienta por contacto con rocas calientes o magmas (6.2%): Pasa por rocas calientes. Algún magma la calienta.

6. Otras respuestas (3.9%): Viene de algún lado, pero nunca me paré a pensarlo, porque hay un manantial de agua que pasa por unas cámaras construidas durante el imperio romano que la calientan, en su curso hay un desnivel que hace que se caliente el agua.

7. Es de destacar el elevado porcentaje de la categoría No sabe/No contesta (19.7%).

114

4. Actividad 1. Perfil topográfico Nivel: Secundaria Objetivo Identificarán los principales elementos de un mapa topográfico y la ubicación de la Faja Volcánica o Eje Neovolcánico en el territorio Mexicano Materiales Mapas topográficos (Recortados en tamaño carta) Lápiz Bicolor Regla Hojas de papel milimétrico Carta Topográfica Atlas

Desarrollo 

Los alumnos procederán a observar el siguiente ejercicio de curvas de nivel.

Observar la línea marcada A – A´ para determinar el perfil. 

Sobreponer el papel milimétrico para marcar en él todos los puntos en que

las curvas de nivel que cortan a línea trazada. Indicar la altitud de cada una. 

Marcar, en papel milimétrico los ejes de coordenadas. Sobre el eje X, situar

los datos anteriormente extraídos del mapa. Se consigue así representar, sobre una línea horizontal, las distancias a escala entre las distancias curvas de nivel. 

Colocar las altitudes sobre el eje de las Y, teniendo en cuenta que cada 100

m. de altura reales 

Situar cada punto del eje X a su altura correspondiente indicada en el eje Y.

Unir todos los puntos resultantes e indicar la orientación del perfil.

115

A

A´

Describir el tipo de relieve que resulto de la interpretación del perfil. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _______________

116

Escoger una parte de la carta topográfica del Eje Neovolcánico y pintar de color azul los ríos y mares. Y según la altitud del terreno colorea las curvas de nivel correlacionado con la siguiente escala:



VALOR DE CURVA DE NIVEL (metros)

COLOR

0-200

Verde claro

200 - 400

amarillo

400 - 600

Naranja

600 - 800

rojo

800 - 1000

Marrón claro

1000 - 1200

café

Al pintar las montañas de color oscuro y las zonas de planicies de colores claros ¿Qué sensación te produce? ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ _____________________________________________________________



¿Cuáles son los volcanes, ríos y ciudades más importantes encontrados en la parte de la carta? ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________

Considerando que la localización de un punto en los mapas topográficos se expresa por medio de ciertos parámetros como son las coordenadas geográficas, expresados en valores angulares como la longitud y latitud. La longitud de un punto es la distancia, expresada en grados, minutos y segundos, que separa este punto del meridiano. Se considera al meridiano 0º el de Greenwich señalando si es Este u Oeste y varía de 0 a 180º. La latitud es la distancia medida también en grados,

117

minutos y segundos que separa a un punto del Ecuador y se toma como origen de latitudes. Puede ser Norte ó Sur y varía de 0º (Ecuador) a 90º (los polos).

Imagen 3.34. Ubicación de longitudes del Mundo. (www.cuentame.inegi.org.mx)

Imagen 3.35. Ubicación de latitudes en la superficie de la Tierra (www.cuentame.inegi.org.mx)

118

 De tu carta ¿qué valores máximos puede tener la latitud de un punto? ____________________________________________________________________ ________________________________________________________________

 ¿Cuáles son los valores máximos de longitudes? ______________________________________________________________ __________________________________________________________

¿Qué importancia tiene las cartas topográficas y mapas en general para ti a partir de esta actividad? ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________

119

5. Actividad 2. Volcanes, peligros y vulnerabilidad

Nivel: Secundaria

Aprendizaje. Conocerán la importancia de identificar las zonas de mayor riesgo para la población ante las manifestaciones de una erupción en los alrededores de un cono volcánico partir del estudio de los mapas.

Objetivo. Reconocerán e interpretarán en los mapas las zonas de mayor riesgo en los alrededores de los conos volcánicos. Materiales Mapa de peligros del Volcán de Colima Lápiz Bicolor Regla Desarrollo Los alumnos contestarán las siguientes preguntas: ¿Qué entiendes por la palabra vulnerabilidad? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _______________

¿Crees importante conocer el comportamiento de los volcanes? Si, no (por qué) ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ __________________________________________________________________

120

Los alumnos procederán a leer con atención el siguiente texto.

El término de “vulnerabilidad” en el tema de riesgos naturales se refiere a la susceptibilidad de recibir impactos negativos por un evento natural; en este caso el volcán de Colima. El estudio del riesgo que pueden presentar el volcán a los pobladores de su alrededor ante una erupción volcánica es predecible a partir del estudio de dicha área a partir del uso de la cartografía, del comportamiento de erupciones pasadas, tipo de flujo de lava, las formas del terreno, etc. Este término desde un enfoque social se refiere a la habilidad de la sociedad para hacer frente a hipotéticos eventos en un nivel de daños tolerable que encuentre la comprensión del problema en su conjunto en el que es imprescindible el establecimiento del grado de vulnerabilidad de los grupos sociales afectados. El concepto es comúnmente confundido con riesgo, o con peligro. Los peligros asociados a un volcán son diversos, incluidos la caída de ceniza, los flujos piroclásticos, las avalanchas de escombros y los flujos de lava.

El volcán de Colima se sitúa dentro de la Faja Volcánica Transmexicana (FVT) o Eje Neovolcánico. Es una cadena volcánica de unos 1000 km de longitud que cruza la parte central de México, desde el Océano Pacífico hasta el Golfo de México. En su origen se encuentra la subducción de las placas de Cocos y Rivera bajo la Norteamericana, con más de 11 centros volcánicos en los últimos 20,000 años.

Otros datos importantes sobre el volcán de Colima son los siguientes:  Es una área semiseca sin cambio drástico en invierno. La temperatura media anual es de 17.5ºC y la precipitación supera los 750 mm concentrándose las lluvias en verano (junio, julio y agosto)

121

 La fertilidad de los suelos en los alrededores del cono de este Complejo Volcánico, ha favorecido el cultivo de los cítricos y la caña de azúcar, siendo considerado como principal productor. Observa el siguiente mapa y la distribución de coloresinvestigación elaborada por la Universidad de Colima. El significado de los colores es el siguiente:

ROJO. Es la zona de mayor peligro alcanzando 5 km a su alrededor como los producidos en 1991, 1994 y 1998-1999. Considerada como la zona 1 ya que puede ser afectada por flujos piroclásticos tipo Merapi y Soufriere.

NARANJA. Peligro intermedio, es la zona 2 que puede ser alcanzada a 9 km a lo largo por flujos tipo Soufriere como los presentes en 1913, 2004 y 2005 y flujos de lava.

AMARILLO. Zona 3 de menor peligro con menor probabilidad de ocurrencia, que podría ser afectada por avalanchas de escombros en un diámetro de 15 km como la presente en 1913 afectando a 15,000 habitantes.

VERDE CLARO. Zona 4 con peligro de caída de proyectiles balísticos.

Observa el mapa (Imagen 3.36) y completa el siguiente cuadro escribiendo los poblados y ríos en riesgo de acuerdo a la zona que correspondan:

122

Imagen 3.36. Zonas de peligro del volcán de Colima. http://www.ucol.mx/volcan/img/mapa.gif

Zona 1. Mayor peligrosidad Color rojo

Zona 2. Peligrosidad media Color naranja

Zona 3. Baja peligrosidad Color amarillo

Poblado Yerbabuena Río El Embudor

123

Ejercicio: De acuerdo al mapa de peligros del volcán de Fuego de Colima realiza una interpretación sobre el rango de peligrosidad volcánica observando y utilizando el mapa y la leyenda para contestar las siguientes preguntas:  ¿Qué lugares (poblados, ríos) serían vulnerables en caso de una erupción volcánica? ¿por qué? ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________  En qué lugares y poblados causarían mayor daño los: 1. Flujos piroclásticos _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________ 2. Caída de cenizas y pómez _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________ 3. Flujo de lahares _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________ 4. Flujos de lava en bloques _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________

124

5. Avalancha de escombros volcánicos _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________

Observa y responde cuál es el valor de las curvas de nivel en dónde afectarían las bombas o proyectiles balísticos

___________________________________________________________________ _________________________________________________________________

3.1.6. Tema 6. Geohidrología: El estudio del agua para un desarrollo sustentable en México Antecedentes

Para abastecer de agua cualquier población es indispensable ubicar zonas factibles de aprovechamiento de dicho recurso. En México el agua superficial es abundante solamente en el sureste y dependemos del agua de extracción, es decir agua que proviene del subsuelo. Las características consideradas para lograrlo son la ubicación geográfica, presencia y distribución de la precipitación y el tipo de rocas con ciertas propiedades para que se considere un acuífero; el acuífero es un cuerpo de roca en el subsuelo en el que existe un espacio libre de ser ocupado por agua y donde tiene la posibilidad de moverse el agua como se ilustra en la figura 3.19.

125

Se mueve en los poros entre los sedimentos sueltos (arenas, gravas)

Se mueve en las fracturas, el contenido de poros es despreciable (como en los basaltos, calizas y granitos)

Como

Se mueve en los huecos como en los canales, cavernas o rocas kársticas (calizas, yeso)

Fig.3.19 Tipos de acuíferos y características de las rocas. La zona en gris señala la presencia de agua y la flechas la dirección en que fluye, de izquierda a derecha.

A partir de las imágenes anteriores se define formalmente “Acuífero” como aquella formación geológica capaz de almacenar y transmitir agua susceptible de ser explotada en cantidades económicamente apreciables para atender diversas necesidades. Una de las características importantes de dichas formaciones de roca es la porosidad que se considera como la relación del volumen de vacios y el volumen total del material acuífero expresado como un porcentaje, en el que se refiere al grado en que un acuífero contiene poros o cavidades. Estos pueden estar ocupados por aire o agua. Otra característica es la permeabilidad que considera la capacidad de la roca, sedimento o suelo poroso de transmitir agua subterránea. Es una medida de la interconexión de los espacios porosos y de la relativa facilidad del fluido (agua) de moverse. El fluido se mueve bajo la acción de presiones desiguales.

126

Imagen 3.37. Acuíferos, zonas de recarga, mantos acuíferos, pozos. (Fuente: www.sgm.gob)

Los acuíferos reciben agua de la precipitación, condensación de niebla y escorrentía; entre otras. Por ello se delimitan zonas de recarga, de circulación y descarga, que son importantes para conocer la dirección del flujo de agua. (Imagen 3.37). Las zonas de recarga se ubican generalmente en las partes altas en las montañas con presencia de vegetación, en las cuales el agua escurre y se infiltra hacia el acuífero. Las zonas de descarga es la zona donde el agua sale del acuífero, como puede ser un manantial o la salida al mar; en ocasiones también descarga para alimentar un río. Por último la zona de circulación es el área comprendida entre la zona de recarga y la zona de descarga. En este proceso los bosques juegan un papel importante en la captación del agua de lluvia. La presencia de los bosques hace que el suelo permita la infiltración; la condensación de niebla aporta cantidades de agua en la que la vegetación también juega un papel importante. Los espacios porosos y la consistencia del suelo son modificados por el crecimiento de las raíces, facilitando la infiltración sin importar que las pendientes topográficas sean pronunciadas. 127

Así mismo la cuenca hidrológica es el área geográfica que por su topografía de las partes altas a las bajas fluye el agua hacia un sitio delineado por los valores de las curvas de nivel; su comportamiento es como un embudo en el que las aguas de lluvia o condensación caen en dirección a las curvas de menor elevación y que pasa por el sitio en que se quiere evaluar. El área de la cuenca hidrológica puede ser determinada sobreponiendo el mapa de la cuenca con un cuadriculado de área conocida y contando el número de cuadros en la cuenca hidrológica como se muestra en la Imagen 3.38.

Imagen 3.38. Concepto de cuenca (Fuente: http://www.planning.org/planificacion/2/4.htm). El límite de la cuenca hidrológica marcada con una línea roja considera las corrientes principales que desembocan en el embalse.

Por otra parte es importante considerar que el agua se mueve y existe un constante intercambio de agua entre la atmósfera, hidrósfera, biosfera y litósfera; a dicho movimiento se le conoce como ciclo hidrológico, con diversos fenómenos físicos; el agua se evapora movida por las corrientes de circulación de aire atmosférico hasta que se precipita como lluvia, granizo o nieve que al caer es (1) interceptada y absorbida por las plantas, (2) es devuelta a la atmósfera o (3) escurrir como

128

corrientes superficiales, (4) llena las depresiones formando lagos (donde puede evaporarse de nuevo) y (5) forma acuíferos (Imagen 3.39).

Imagen 3.39 Ciclo del agua (Fuente: www.sgm.gob.mx)

En México dada la complejidad de las formas del relieve, la historia geológica y la situación climatológica del territorio existe una gran variedad de acuíferos y flujos regionales cuyo potencial no se conoce completamente. Por ello conocer las características geológicas estructurales (fallas, fracturas, pliegues) de un área o región es necesaria. Para estudiar el tema del agua es muy importante el concepto de cuenca. Si imaginas toda el agua que cae sobre el techo de una casa y una forma de colectarla para que salga toda por un solo desagüe, podrás empezar a entender el concepto de cuenca. Una cuenca nos explica el funcionamiento dinámico del agua en una región. Si consideramos toda la precipitación sobre un 129

área en la superficie de la Tierra que descarga en un solo punto el área define una cuenca. La cuenca puede contener un río principal y varios tributarios, contiene zonas de recarga, contiene uno o más acuíferos, pero lo más importante es que en ella solo hay una salida o descarga.

130

1.

Ideas

Previas

permeabilidad,

de

los

conceptos:

contaminación

de

acuífero,

suelo,

porosidad,

infiltración

y

vulnerabilidad. Se realizó un cuestionario a 20 estudiantes de nivel secundaria para saber las ideas con respecto a conceptos relacionados con el estudio del agua. Se recuperaron las más importantes. Acuífero

Porosidad

Permeabilidad

Es en escencia agua; formación que mantiene el agua bajo la tierra

Tiene diminutos orificios

Capa que absorbe líquidos ó que pasan en él

Cuerpo que tiene características de contener imperfecciones o huecos en su superficie

La resistencia al agua y/o diferentes líquidos o gases

Lugar donde se concentra la mayor cantidad de agua

Lo relacionado con el agua, el suelo, el subsuelo

Hace relación al elemento agua y principalmente a la acumulación de esta en determinado espacio

La facilidad de absorción de sustancias diferentes a ese cuerpo. Se refiere a la particularidad de los cuerpos que presentan orificios y pueden absorber o repeler líquidos, puede ser un material permeable

Se refiere a la característica que presentan diversos materiales para permitir el paso de los líquidos a través de estos Es un material que se atraviesa sin alterar su estructura externa

Contaminación del suelo Desechos de diversos materiales que contienen químicos y que dañan el suelo por ser materiales que regularmente no se degradan ó tardan demasiado Todo lo que daña al suelo y subsuelo

infiltración

Vulnerabilidad

Es como sinónimo de impermeabili dad donde pasan líquidos

Sensibilidad

Introducir lentamente un líquido en un sólido (algo en otra cosa)

Puede ser dañado, modificado Punto de quiebre de cualquier cuerpo

Se refiere al deterioro del terreno por diversos agentes externos que pueden ser sustancias químicas, basura, desechos, etc.

Objeto a ser vivo que contiene orificios

131

Resultados.

Los alumnos que participaron en la encuesta tenían conocimiento sobre el ciclo del agua, sin embargo, ellos mismos no conocían la manera como el ser humano altera este proceso natural.

El 90% de los alumnos, finalmente aprendieron la importancia que tiene el suelo para la conservación del agua subterránea, así como la forma en que este material natural sirve como barrera protectora de los mantos acuíferos. Por último, alrededor del 98% llegó a la conclusión de que el consumo del agua contaminada provoca severos problemas de salud. Por lo anterior la necesidad de cuidarla.

2. Ideas previas del uso de las aguas termales Por lo que se refiere a los usos de dichas aguas, con las respuestas de los estudiantes se hicieron las siguientes categorías:

1. Usos terapeúticos (90.4%): Es muy buena para curar heridas, dicen que son milagrosas y que curan enfermedades, para curar enfermedades de la piel: granos, para curar el reuma.

2. Usos domésticos (14.0%): Para lavar la ropa, para calentar las casas, como calefacción.

3. No sabe/No contesta (6.2%).

La opinión de un porcentaje relativamente elevado de estudiantes (39.3%) es que un volcán sería la causa y origen del más importante manantial de aguas termales existente en la ciudad de Ourense (Galicia, España). Sin embargo, esta respuesta 132

no es correcta (Seara, 1985), tal como puede deducirse fácilmente de la ausencia de materiales y estructuras volcánicas en la zona y está relacionado con la presencia de fracturas en la zona.

Se ha podido observar la similitud existente entre algunas concepciones de los estudiantes y las opiniones científicas en épocas pasadas (Wanders, 1985), cuando intentan explicar un fenómeno como el termalismo mediante la intervención de uno de los agentes geológicos más espectaculares y de acción rápida como es el volcanismo, lo que ha sido denominado propensión al catastrofismo en las concepciones de los estudiantes (Pedrinaci, 1987). (Pedrinaci, Catastrofismo versus Actualismo. Implicaciones didácticas, 1992)

También se observa la influencia del medio sociocultural en las ideas previas (Giordan, 1987) en el elevadísimo porcentaje de estudiantes que conoce los usos terapéuticos de las aguas termales. Estas concepciones sobre la utilidad de las aguas termales proceden fundamentalmente de un medio familiar y social dónde todavía se usa y valora su poder curativo.Las acciones rápidas y espectaculares de los volcanes podrían explicar su poder de fascinación, hacen que sea el tema geológico por excelencia (Brusi, 2001), y como tal debería ser aprovechado en la enseñanza de la geología.

Se concluye con la siguiente pregunta: Ya viste como las fracturas de las rocas es importante en la formación del relieve, además ¿Piensas que puede existir relación entre la aparición de las aguas termales y las fracturas?

133

3.

Actividad 1: Conozcamos la interacción agua-roca-espacio-

tiempo para la conformación de una acuífero. Nivel: Primaria y Secundaria Objetivo general. Identificarán como los distintos tipos de rocas permiten comprender la distribución del agua subterránea en el espacio y tiempo Conocimientos previos requeridos. roca, química, ígneo, intrusivo, cuenca, intrusivo, acuífero Materiales: Arcilla (200 gr) y arena (200 gr) Agua Muestras de roca: Tezontle, basalto, granito, caliza, mármol, presión Un frasco de vidrio de aproximadamente 100 ml. Desarrollo Los alumnos procederán a observar las muestras de roca para describir sus características físicas complementando el siguiente cuadro: Roca

Características físicas (color, textura: tamaño de partículas)

Características hidrológicas (retiene el agua, se infiltra)

Granito Arcilla Tezontle Caliza Mármol Arena

A partir de determinar las características físicas e hidrológicas de las rocas y comparar el comportamiento de cada una contesta lo que se te pide:

134

Describe

y

observa

lo

que

sucede

en

cada

muestra

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ______________________________________________________

La permeabilidad de las rocas se observa cuando el agua se infiltra a través de su superficie y esta característica depende del grado de porosidad de la misma; es decir, los diminutos orificios que se encuentran y permiten el paso de los líquidos.

¿Qué tipo de roca retiene el agua mayor tiempo? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ________________________________________________________________

Por lo anterior es importante reconocer las características de las rocas de una formación geológica para la conformación de un acuífero, en el que se debe considerar la interacción agua-roca-espacio-tiempo; el acuífero se caracteriza por la porosidad y permeabilidad pues son propiedades fundamentales para un estudio hidrogeológico es decir de las aguas subterráneas.

135

4. Actividad 2. Conocerán la importancia de las unidades hidrogeológicas distribuidas en el espacio Objetivos específicos: Identificarán espacialmente la distribución de las unidades hidrogeológicas en la Zona Metropolitana de la Ciudad de México. Materiales Acetatos Plumones color café, beige, verde, azul Diagramas, secciones de las unidades hidrogeológicas Mapa de la República Mexicana Procedimiento

Los alumnos procederán a observar e identificar la cuenca del Valle de México en el mapa de la República Mexicana para ubicar la zona de estudio.

Figura 3.20. Mapa de localización de la Cuenca del Valle de México

136

Conocerá en el mapa de las cuencas hidrológicas los ríos y en general cuerpos de agua que se ubican en la cuenca del Valle de México para que identifiquen la importancia

que tiene conocer

las unidades hidrogeológicas distribuidas en el

espacio y la importancia del movimiento del agua en dichas unidades. La Zona Metropolitana de la Ciudad de México (ZMCM) ver Imagen 42 está limitada por elevaciones topográficas de origen volcánico como son la Sierra de Guadalupe al Norte, Sierra de las Cruces al Poniente, Chichinautzin al sur, Volcán Ajusco al Suroeste y la Sierra Nevada al Oriente (CIGSA, 2000).

Imagen 3.40 Ubicación de las Sierras del Valle de México y secciones geohidrológicas

137

Imagen 3.41 Unidades Geohidrológicas del Valle de México

138

Imagen 3.42 Localización y distribución de la sección de las unidades hidrogeológicas (modificada de Ortega y Farvolden, 1989).

Imagen 3.43. Secciones hidrogeológicas (modificada de Ortega y Farvolden, 1989).

139

El agua subterránea fluye de los lugares de alta energía potencial (montañas) hacía lugares dónde su energía potencial es baja (el mar, un lago, un manatial, etc.). La energía potencial es mayor simplemente por estar a mayor elevación. Así es posible determinar la dirección del flujo del agua subterránea como ejemplo tenemos la Sierra del Ajusco, al sur de la Ciudad de México, pues esa dirección coincide con cambios de elevación. Considera algunas características de la Sierra del Ajusco: la presencia de bosques, el relieve, las rocas porosas volcánicas (como el tezontle). Estos rasgos dan la presencia de manantiales al pie de la sierra y agua en el subsuelo en la cuenca del valle de México.

Imagen 3.44. Modelo Conceptual del acuífero del Valle de México

140

5. Actividad 3. ¡No se termina el agua, se contamina! Objetivos específicos: Conocerán que la cantidad de de agua que existe en el Planeta Tierra no cambia, su disponibilidad y su calidad sí. Materiales Diagramas Planilla de las unidades hidrogeológicas

Procedimiento Los alumnos procederán a analizar la siguiente imagen de la distribución del agua en la Tierra:

Imagen 3.45. Distribución de agua en la Tierra (Fuente:http://water.usgs.gov/gotita/waterdistribution.html)

141

Procederán a analizar los datos

y complementar el siguiente cuadro como el

ejemplo: % del total de agua Océanos Agua subterránea Capas de hielo, glaciares Lagos Rios Atmósfera y humedad del suelo Total

97

3% de agua dulce

97% % agua salada

------------------------22

100%

Ahora respondan las siguientes preguntas: ¿Con que porcentaje de agua dulce cuenta el Planeta y como está distribuido? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ____________________ ¿Qué tipo de agua es recomendable para consumo humano. Agua dulce o salada? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ____________________ ¿Consideras que el agua en el Planeta Tierra se está acabando ó se está contaminando. Si o no, por qué? (Para contestarlo observa la imagen 2) ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _______________________________________________________________

142

Aunque en la Tierra el mayor porcentaje como observaste es agua de mar y los océanos es salada por la concentración de sales minerales disueltas que contiene 3.5% de cloruro de sodio también conocido como sal de mesa. Su composición química de un litro de agua de mar es:

Compuesto químico

Agua destilada Cloruro de Sodio Cloruro de Magnesio Sulfato neutron de sodio Cloruro de Calcio Cloruro de Potasio Bicarbonato de Sodio Bromuro de Sodio Äcido Bórico Cloruro de Estroncio Fluoruro de Sodio

Cantidad gramos (gr.) 100 24 5 4 1.1 0.7 0.2 0.096 0.026 0.024 0.003

Mientras que en forma natural los principales elementos disueltos en el agua son: sodio, potasio, calcio, magnesio, carbonato, sulfato y cloro (elementos mayores). Sin embargo hay una gran cantidad de otros elementos como el Zinc, Flúor, Yodo, Nitratos, Fosfatos están en unos cuantos miligramos por cada litro de agua.

143

Imagen 3.46 Agua disponible para consumo humano

Como puedes observar sólo el 0.3 % del 100 % de agua del Planeta Tierra tiene una calidad química aceptable para consumo humano; se considera que la mayoría de ese porcentaje está contaminada ya que no cumple con los elementos químicos aceptables.

144

4. Consideraciones finales Con la propuesta presentada se concluye lo siguiente:  El presentar un taller didáctico de Ciencias de la Tierra desde una perspectiva en la que se involucran modelos y esquemas derivados de investigaciones recientes traducidos a la enseñanza no formal es una de las opciones para reconsiderar el camino de la divulgación y actualización de dichos temas para una conformación de educación ciudadana.  Se muestra que al recuperar

ideas previas de maestros y alumnos

relacionadas con las Ciencias de la Tierra se modifican los errores conceptuales detectados de los conocimientos ya conformados. Para los maestros es mayor el impacto ya que modifican sus errores conceptuales para abordar los aprendizajes con sus alumnos, propiciando un diferente enfoque aplicado a la enseñanza de la geografía y Ciencias Naturales con todas las implicaciones relativas a: riesgos, ecología, salud pública y evolución orgánica.  Las ideas previas pueden actuar como un poderoso obstáculo que impide el aprendizaje o como un elemento motivador que ayuda a desbloquear la mente, facilitar y provocar lo que facilita y provoca un cambio conceptual y metodológico, imprescindible para el aprendizaje. Centrar la atención en los conocimientos de alumnos, maestros se favorece la construcción colectiva de conocimientos permite que el esclarezca las ideas y modelos conceptuales, que suelen ser complejos, porque en ellos convergen la física química, matemáticas, etc.  El resultado de recuperación de las ideas previas

dio los siguientes

resultados:  Para maestros (educación básica)

modificaron el conocimiento de sus

conceptos como transmisores de conocimiento; para alumnos comprendieron

145

la importancia de conocer su entorno de diferente manera mostrando interés por las Ciencias de la Tierra.  Se detectó que los libros de texto utilizados en las escuelas presentan errores conceptuales significativos. Tanto en la medida que no abordan el o los temas que se tratan de enseñar, como en que no presentan la actualización de elementos de definir mejor el concepto o principio que se desea enseñar.  Una tesis central que diferencia los requerimientos de la presente propuesta consiste en que dichas actividades

permitan a las personas aprender

permanentemente y construir una sociedad

que asuma el concepto de

educación durante toda la vida con sus ventajas de flexibilidad, diversidad y accesibilidad en el tiempo y el espacio, y que base el accionar

en el

aprender a ser, a hacer, a conocer y a convivir con la presencia de los fenómenos naturales asi como la preservación de los recursos naturales.  La presente propuesta que permite utilizarse tanto para comunidades indígenas, rurales, de campo y ciudades. Finalidad que conlleva a fomentar la identidad dejando aparte la uniformidad y el sometimiento a una verdad única reforzando con ello que conociendo su entorno favoreciendo al aprendizaje e incorporación de tecnologías y/o procesamiento de recursos acordes con la región y que no dañen el entorno llegando a un saber ser de la realidad donde se vive.  El actual panorama del el saber cotidiano de los temas que se relacionan al origen y consecuencias tanto de fenómenos naturales, preservación de recursos naturales conlleva a hablar de una alfabetización científica en la que se fomente una difusión mayor por parte de los centros de investigación para recalcar la importancia de las áreas de las Ciencias de la Tierra con mayor conocimiento de nuestro país.

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INDICE DE FIGURAS Figura 3.1 Imagen de una metorita condrítica al microscopio............................... 34 Figura 3.2 Imágenes de la meteorita de Allende .................................................. 34 Figura 3.3 Formación de elementos, minerales y rocas ....................................... 50 Figura 3.4 Afloramiento de rocas en una montaña ............................................... 61 Figura 3.5 El ciclo de las rocas ............................................................................ 63 Figura 3.6 Corte del pozo artesiano de la casa de Moneda de México ................ 64 Figura 3.7 Corrientes de Convección ................................................................... 65 Figura 3.8 Diferentes tipos de movimientos de placas tectónicas ........................ 67 Figura 3.9 Configuración de los continentes hace 200 millines de años ............... 85 Figura 3.10 Configuración del territorio que hoy es México hace 60 Ma .............. 86 Figura 3.11 Configuración del territorio que hoy es México hace 50 Ma .............. 86 Figura 3.12 Configuración del territorio que hoy es México hace 20 Ma .............. 87 Figura 3.13 Configuración del territorio que hoy es México hace 10 Ma .............. 87 Figura 3.14 Distribución geográfica de los volcanes de México ........................... 91 Figura 3.15 Uso de curvas de nivel ...................................................................... 94 Figura 3.16 Construcción de un perfil topográfico ................................................ 95 Figura 3.17 Descripción del relieve de la Sierra de las Cruces en modelo digital de elevación .............................................................................................................. 95 Figura 3.18 Fotografía panorámica de Monte Alegre ........................................... 96 Figura 3.19 Tipos de acuíferos y características de las rocas ............................ 115 Figura 3.20 Mapa de localización de la cuenca del Valle de México .................. 125

INDICE DE IMÁGENES Imagen 3.1 Dunas de Marte ................................................................................. 38 Imagen 3.2 Vista de las dunas de Marte ............................................................. 38 Imagen 3.3 Imagen de satélite de la superficie terrestre, Valle de Santiago......... 38 Imagen 3.4 Paisaje de la superficie de un Planeta ............................................... 46 Imagen 3.5. Vista desde el espacio de la superficie de un Planeta ...................... 47 Imagen 3.6. Yeso ................................................................................................. 54 Imagen 3.7 Calcita ............................................................................................... 54 Imagen 3.8 Halita ................................................................................................. 54 151

Imagen 3.9 Cuarzo............................................................................................... 54 Imagen 3.10 Grafito (clave 5) ............................................................................... 56 Imagen 3.11 Diamante (clave 6) .......................................................................... 56 Imagen 3.12 Arenas de Acapulco ........................................................................ 65 Imagen 3.13 Arenas de Cancún ........................................................................... 65 Imagen 3.14. Ubicación de las Costas de Guerrero en la República Mexicana para comprender el origen de las arenas considerando el espacio y tiempo ................ 66 Imagen 3.15. Cuarzo lechoso .............................................................................. 69 Imagen 3.16. Feldespato ..................................................................................... 69 Imagen 3.17 Mica ............................................................................................... 69 Imagen 3.18. Perfil estratigráfico en un núcleo de sedimentos ............................. 72 Imagen 3.19. Presencia de fósiles en la cima de las montañas Antequera .......... 84 Imagen 3.20. Límite de Placas Tectónicas ........................................................... 86 Imagen 3.21 Distribución superficial de placas litosféricas con sus nombres y ubicación .............................................................................................................. 86 Imagen 3.22 Placas Tectónicas de América ........................................................ 88 Imagen 3.23-25. Mezcla de agua caliente ........................................................... 90 Imagen 3.26 Movimiento de la Placa del Pacífico con la Placa Americana en la zona de Jalisco ............................................................................................................. 93 Imagen 3.27 Movimiento de la Placa del Pacífico con la Placa Americana en la zona de Guerrero. ........................................................................................................ 94 Imagen 3.28 Movimiento de la Placa del Pacífico con la Placa Americana en la zona de Oaxaca. ......................................................................................................... 94 Imagen 3.29 Volcán Paricutin ............................................................................ 103 Imagen 3.30 Volcán de Colima .......................................................................... 103 Imagen 3.31 Volcán Popocatepetl...................................................................... 103 Imagen 3.32 Volcán Pico de Orizaba ................................................................. 103 Imagen 3.33 Descripción de las partes de una carta geológica .......................... 108 Imagen 3.34. Ubicación de longitudes del Mundo .............................................. 118 Imagen 3.35 Ubicación de latitudes en la superficie de la Tierra ........................ 118 Imagen 3.36 Zonas de peligro del volcán de Colima .......................................... 123 Imagen 3.37. Acuíferos, zonas de recarga, mantos acuíferos, pozos ............... 127 Imagen 3.38 Concepto de cuenca...................................................................... 128 Imagen 3.39 Ciclo del agua ................................................................................ 129 Imagen 3.40 Ubicación de las Sierras del Valle de México y secciones geohidrológicas .................................................................................................. 137 152

Imagen 3.41 Unidades geohidrológicas del Valle de México .............................. 138 Imagen 3.42 Localización y dsitribución de las unidades hidrogeológicas.......... 139 Imagen 3.43 Secciones hidrogeológicas ............................................................ 139 Imagen 3.44 Modelo conceptual del acuífero del Valle de México ..................... 140 Imagen 3.45 Distribución de agua en la Tierra ................................................... 141 Imagen 3.46 Agua disponible para consumo humano ........................................ 144 INDICE DE DIAGRAMAS Diagrama 1. Distribución de elementos químicos en atmósfera solar .................. 42 Diagrama 2. Los elementos químicos forman los minerales.. .............................. 63 Diagrama 3. Tiempo geológico con descripción de eventos y edades ................. 99

INDICE DE GRÄFICAS Gráfica 1. Resultados de la encuesta del Tema Placas Tectónicas ..................... 82 Gráfica 2. Errores más frecuentes ........................................................................ 83

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