Gases e invernaderos

por Gail Littlejohn y Alex Waters

Traducido por Sabrina Sánchez

Los gases no tienen fronteras

Concepto: La difusión es el movimiento de las moléculas de gas desde lugares de alta concentración a lugares de baja concentración. Los gases del invernadero se dispersan hacia arriba desde sus fuentes y se mezclan en la atmósfera.

Método: Coloca una pequeña cantidad de una sustancia olorosa (no alérgena) tal como vinagre o aceite de menta sobre un paño o kleenex. Ponte en un lado del salón de clases y sacude el paño. Pide a tus estudiantes que levanten las manos tan pronto detecten el olor y cuánto tiempo les tomó a todos olerlo. Analicen el rol de la difusión (y del viento) en lograr que las emisiones del invernadero sea un problema global.

Gases como agua

Conceptos: Una importante propiedad de los gases es que estos se disuelven en agua. El oxígeno disuelto es esencial para la respiración bajo el agua de los organismos acuáticos y la habilidad del dióxido de carbono para disolverse en líquido es lo que nos permite disfrutar bebidas frías y efervescentes en los cálidos días de verano. El dióxido de carbono es aproximadamente 200 veces más hidrosoluble que el oxígeno y esta alta solubilidad significa que se mueve fácilmente entre la atmósfera y los cuerpos de agua de la superficie de la Tierra. Los océanos del mundo son referidos como «sumideros» y «reservorios» porque toman grandes cantidades de CO2, ya sea directamente o a través de la fotosíntesis llevada a cabo por el fitoplancton que más tarde se descompone en el suelo del océano. (El dióxido de carbono es también tomado por las plantas terrestres a través de la fotosíntesis, pero es devuelto a la atmósfera cuando las plantas se descomponen o son destruidas por incendios.) Aproximadamente la mitad del CO2 emitido por la quema de combustibles fósiles en las últimas pocas décadas ha sido absorbido por los océanos y los bosques.

Propósito: Demostrar que hay oxígeno disuelto en agua del grifo y que este se disuelve más fácilmente en agua fría que en caliente.

Método:

1. Coloca cantidades iguales de agua de grifo aireada fría en dos vasos de precipitación.
2. Coloca un vaso de precipitación en una placa caliente o sobre un mechero Bunsen a fuego mínimo.
3. Observa las burbujas que se forman en los fondos y a los lados de los vasos de precipitación y hacer comparaciones entre el agua tibia y fría. Cuanto más tibia está el agua, menos aire permanecerá disuelto en estos. Como resultado, las burbujas de aire se forman más rápidamente (salen de la solución) en la muestra calentada.

Los gases son pesados

Propósito: Demostrar que el CO2 tiene peso y mostrar el efecto de la temperatura y la presión en la solubilidad de CO2 (ver el análisis de conceptos en la actividad previa).

Método:

1. Prepara un baño de agua tibia, calentar 100 ml de agua a 50oC (120oF) en un vaso de precipitación de 500 ml.
2. Con una balanza electrónica, encuentra y registra las masas de dos latas de gaseosas frías (seca la condensación del exterior de cada lata antes de pesarlas).
3. Abre cuidadosamente ambas latas, conserva las lengüetas de metal. Analiza qué causa el característico sonido de silbido. (Un incremento en la presión aumenta la solubilidad de cualquier gas en agua. Las bebidas carbonatadas son embotelladas bajo presión; cuando se abre la lata, la presión en la lata cae hasta que esté en equilibrio con la atmósfera. A medida que la presión cae, el dióxido de carbono comienza a salir del líquido.)
4. Espera tres minutos para permitir que algo del gas se escape de las latas. Mide y registra la temperatura de cada líquido mientras esperas.
5. Ubica una de las latas en el baño de agua tibia. Después de 10-12 minutos, quita la lata calentada del agua y seca el exterior de ambas latas. 
6. Mide y registra la temperatura de cada líquido y las masa de cada lata. Compara la masa antes y después para determinar el paso del CO2 que ha escapado de cada lata. 

En base a tus observaciones, ¿hay algunas áreas de los océanos del mundo más propensas a acumular más carbono que otras? (Del estimado de 42 trillones de toneladas de carbono de la Tierra, aproximadamente 1 trillón de toneladas están en la superficie del agua de los océanos y 38 trillones de toneladas están en las profundidades de los océanos donde la temperatura es más baja y la presión es mayor. La transferencia de CO2 desde la atmósfera al océano- el «sumidero»- ocurre más fácilmente en regiones donde la superficie del agua es más fría; las aguas superficiales cálidas ecuatoriales suelen ser fuentes, más que sumideros, de CO2 atmosférico).

Búsqueda de gases de efecto invernadero

Propósito: Familiarizarse con las características y fuentes de los gases de efecto invernadero más importantes.

Método: Divide la clases en grupos de tres o cuatro y pida a cada grupo que genere seis o más preguntas relacionadas con uno de los principales gases de efecto invernadero (excluyendo vapor de agua). Estos son: dióxido de carbono, metano, oxido nitroso, ozono al nivel del suelo y CFC (ver gráfica en la página 10). Se puede asignar la temática del efecto invernadero a un sexto grupo. Preguntas de ejemplo: «Me puedes encontrar elevándome de un arrozal» (metano); «Puedo pasar el rato en la atmósfera por hasta 200 años» (dióxido de carbono). Pon las preguntas y respuestas en hojas de papel divididas en una retícula de seis bloques. Fotocopia las hojas y cortalas en juegos de tarjetas de preguntas. Haz que los equipos se desafíen los unos a los otros (¡asegurándote de que los equipos no hagan sus propias preguntas! ).

Invernadero de frasco de mayonesa

Propósito: Demostrar el concepto de la Tierra como un invernadero.

Materiales: 1 frasco de mayonesa grande con tapa; 2 pequeños termómetros; 2 piezas de cartón; gomas elásticas; lámpara de escritorio brillante o ventana que dé al sol

Introducción para los estudiantes

Un invernadero es un edificio especialmente diseñado para cultivar plantas cuando el clima afuera es frío. Las paredes de un invernadero están hechas de vidrio o plástico claro. La luz del sol pasa a través de las paredes, el suelo y las plantas lo absorben y luego es emitido como energía de calor que calienta el aire adentro del invernadero. Las paredes previenen que el aire caliente se escape, por lo tanto permanece atrapado en el invernadero.

Ciertos gases en la atmósfera se denominan gases de efecto invernadero porque actúan como el vidrio en el invernadero. Los gases del efecto invernadero permiten que ingrese la luz solar a través de la superficie de la Tierra. Cuando la luz solar alcanza la Tierra, calienta la superficie (piensa en el asfalto del estacionamiento en el verano). A medida que el calor aumenta, algo de este es atrapado por los gases del efecto invernadero. Sin los gases del efecto invernadero que crean lo que se denomina el efecto de invernadero natural, la atmósfera y clima en la Tierra sería demasiado fría para sostener la vida.

Método:

1. Con las gomas elásticas, sujetar la parte superior de cada termómetro a una pieza de cartón. Asegurate que los números miren hacia afuera cuando pares los termómetros.
2. Ubica uno de los termómetros adentro del frasco y pon la tapa.
3. Coloca el frasco en una ventana al sol o al lado de una lámpara de escritorio. Al lado colocar el segundo termómetro. Asegurate de que ambos termómetros estén cubiertos de la luz directa por el cartón (ver el diagrama a continuación).
4. Registra las temperaturas de ambos termómetros cada 10 minutos durante una hora.
5. Tal vez quieras continuar el experimento y registrar las dos temperaturas cada día a la misma hora durante una semana. Haz un gráfico y analiza cómo la temperatura fluctuá día a día.

Análisis

• ¿Por qué el termómetro adentro del frasco muestra una temperatura más alta? (El vidrio y la tapa atrapan el aire caliente, por tanto, la temperatura aumenta y permanece más alta que la temperatura afuera.)
• ¿Sería el invernadero frasco de mayonesa más efectivo en algunos días más que en otros, o a ciertas horas del día? (Las variaciones suceden debido a las condiciones de luz diferentes y la duración de la exposición a la luz solar directa.)
• ¿En qué aspectos se parece el frasco con la atmósfera de la Tierra? ¿Cómo es diferente? (Como los gases del invernadero, el frasco atrapa calor. Sin embargo, la atmósfera de la Tierra no es una barrera sólida que detiene el aire caliente de salir, como lo hace el frasco de vidrio. Algo del calor que se irradia desde la superficie de la Tierra se escapa directamente al espacio. Algo se absorbe de forma temporal por los gases del invernadero y luego es devuelto a la superficie de la Tierra.)

Dióxido de carbono y el efecto invernadero

Propósito: Determinar el efecto de los niveles aumentados de dióxido de carbono en la atmósfera.

Materiales: Dos botellas de gaseosas de plástico de 2 litros; regla; (los termómetros (los bitherm son los más sencillos de leer); un foco de 150 watt; lámpara, dos botellas llenas de 1 litro de bebida cola u otra bebida carbonatada de color oscuro.

Método:

1. Destapa una de las bebidas un día antes del experimento. Dejala destapada toda la noche o hasta que el dióxido de carbono se haya disipado y la cola se haya quedado «sin burbujas». No destapar la segunda botella de cola hasta justo antes de que el experimento comience. La cola sin burbujas y la con burbujas deberían estar a temperatura ambiente.
2. Corta las partes superiores de las botellas vacías de dos litros para hacer dos botellas de boca abierta 20 cm (8″) en altura.
3. Con una regla, marca una línea en un lado de cada botella de aproximadamente 8 cm (3,5″) de arriba hacia abajo. Haz un pequeño agujero en el costado de cada botella de al menos 5 cm (2″) arriba de la línea de llenado.
4. Llena una botella hasta la línea con la cola sin burbujas. Llena la otra botella con cola fresca y con burbujas. NO insertes los termómetros hasta unos pocos minutos antes de que el experimento comience (ver paso 6), ya que las burbujas de la gaseosa fresca recién destapada puede salpicar el termómetro y subsecuentemente bajar la temperatura a través de la evaporación.
5. Deja reposar los recipientes durante 30 a 60 minutos. Eso da tiempo para que el CO2 abandone el líquido y lentamente llene el espacio en la botella (CO2 es más pesado que el aire, por tanto, permanecerá en el recipiente). Los estudiantes pueden probar si hay suficiente CO2 si bajan un fósforo o tablilla dentro de la botella. Si sale afuera, hay suficiente CO2.
6. Pon los termómetros a través de los agujeros en las botellas, así sus puntas están en el medio del espacio de aire arriba del líquido.
7. Pon las botellas a igual distancia del foco, aproximadamente 25 cm (10″), y registra la temperatura en cada botella.
8. Enciende la luz. Observa y registra la temperatura en cada botella cada minuto durante 10 minutos. (No dejar que el experimento se exceda de los 10 minutos, ya que el CO2 se habrá disipado después de ese tiempo). 

Una vez que el experimento comience y el CO2 se caliente, el gas se hará más liviano y abandonara el recipiente. No obstante, antes de que eso suceda, los estudiantes deberían notar un aumento de la temperatura de tanto como 5oC en la atmósfera rica en CO2. 

Disposición alternativa: Si tienes un dispensador de soda presurizado con una manguera, un método más rápido de crear una atmósfera rica en CO2 es utilizar contenedores de CO2 disponibles en tiendas de cervezas. En vez de cola, coloca 5 cm (2″) de tierra seca y oscura en los fondos de las botellas. Descarga un contenedor de CO2 dentro del dispensador de soda. Luego coloca la manguera de dispensador de soda de 2,5 cm (1″) de la tierra en una botella y lentamente libera el CO2. Repite, añade una segundo contenedor de CO2 a la misma botella. Registra las temperaturas, enciende la luz y lleva a cabo el experimento durante 10 minutos. 

Gail Littlejohn es co-editor de la revista Green Teacher en Toronto, Ontario. Alex Waters (“Carbon Dioxide and the Greenhouse Effect”) es coordinador de proyectos para el Centro para sostenibilidad en el Kortright Centre en Woodbridge, Ontario.

Créditos: « Invernadero de frasco de mayonesa» se basa en una actividad en Global Warming: Understanding the Forecast, Teachers. Resource Manual by C.M. Raab and J.E.S. Sokolow (New York, NY: American Museum of Natural History and Environmental Defense Fund, 1992). «Los gases pesan» se basa en una actividad en Rivers Curriculum Guide: Chemistry by V. Bryan, A. Burbank and J. Ballinger (Palo Alto: Dale Seymour Publications, 1997).

Traducido por Sabrina Sánchez (Traductora literaria y técnica científica de Buenos Aires, Argentina)

Referencias

Brown, Lester R., Christopher Flavin, Hilary French. State of the World 2001: Worldwatch Institute Report (New York: Norton, 2001).

Kellogg, William W..Overview of Global Environmental Change: The Science and Social Science Issues.. Marine Technology Society Journal 25: 3, pp. 5-11. Takahashi, Taro, Pieter Tans, and Inez Fung..Balancing the Budget.. Oceanus 35: 1 (Spring 1992), pp. 18-28.

From Teaching about Climate Change: Cool Schools Tackle Global Warming, ed. by Tim Grant & Gail Littlejohn, Green Teacher, 2001. Para más información, visite www.greenteacher.com o llame al (888) 804-1486.