Idees clau del model “sistemes materials”

Idees clau del model “sistemes materials”
On fixar la mirada per modelitzar des de la Química.

Teresa Pigrau

Neus Sanmartí

Model per interpretar sistemes materials

Per construir explicacions a partir de les experimentacions que anem fent, caldrà anar relacionant tres mons: el macro (tot allò que observem al manipular els diferents materials), el micro (el que imaginem sobre com són aquest materials per dins, mon que ens possibilita explicar els canvis observats) i el mon del llenguatge simbòlic (que possibilita representar i comunicar les observacions i les explicacions, i que és específic de la química). 

En el dia a dia utilitzem un gran nombre de materials (aigua, aire, metalls, ceràmics o vidre, plàstics, d’origen orgànic -fusta, paper, cotó-, combustibles…), i cada vegada se n’obtenen de nous que ens fan la vida més fàcil però que també sovint comporten problemes ambientals. Per tant serà important comprendre perquè els utilitzem, com s’obtenen i què passa quan els deixem d’utilitzar, per tal de poder prendre decisions fonamentades en relació al seu ús.

El model per aprendre sobre els “sistemes materials” s’hauria de treballar a tots els cicles i aprofundir-hi, en espiral. Podem observar i experimentar propietats i canvis en tot tipus de materials: aigua, aire, metalls, plàstics, fustes, paper, farina, teixits, aliments, sal, guix, i molts més que utilitzem quotidianament, i generar explicacions que ens portin a emprar-los de manera responsable.  

Per interpretar les propietats i canvis dels materials és necessari fixar la mirada i preguntar-nos sobre:

ESTRUCTURA

Composició i propietats

La seva estructura per tal de reconèixer quina és la seva composició (les substàncies que en formen part i com estan distribuïdes, per exemple, en un objecte, una mescla…), i les propietats (com són i com es comporten). Per explicar aquestes propietats i els canvis, també caldrà imaginar l’estructura dels materials per  ‘dins’ formada per ‘partícules’ (nivell micro). 

Un material o diferents? Dur o tou? Àcid o bàsic? Sòlid, líquid, gas o plasma? Mescla o pur? Ordenat o desordenat? 

CANVIS I PROCESSOS

Físics i químics

Els canvis que tenen lloc a l’interaccionar els materials entre ells i amb d’altres que formen el sistema, i que poden ser deguts a interaccions dèbils (físiques), o fortes (químiques). Reconeixerem quines eren les substàncies que hi havia abans del canvi i després, i en què han canviat. Si les substàncies són les mateixes abans i després, poden haver canviat el seu estat, el volum, etc. Si les substàncies finals són diferents a les inicials, es poden observar canvis en el color, l’olor, la densitat, el punt de fusió…  La matèria (la massa, els elements, les partícules -àtoms-) es conserva a llarg de tot tipus de canvis. Tots aquests canvis són cíclics (cicle de l’aigua, del paper, del CO2…). 

Com canvia quan es donen cops, quan s’afegeix aigua, quan s’escalfa, quan fem passar electricitat…? Què hi havia abans i després del canvi? Com sabem que quan interaccionen dues substàncies la interacció és feble o forta?

CONTROL-REGULACIÓ

de les interaccions

Les interaccions matèria-energia entre el sistema i el seu entorn, identificant què entra i què surt i com es controla-regula el canvi (per exemple, la seva velocitat) en funció de variables com la temperatura, la pressió o la quantitat de les substàncies que interaccionen.

Com es pot aconseguir que els canvis siguin més lents o més ràpids? Com canvia el medi quan un material canvia? Com podem aconseguir que els canvis siguin sostenibles ambientalment?

Temps

Incidint en el cicle del material, és a dir, com podem tornar-lo a tenir a partir de la reflexió sobre d’on ve (l’aigua, el paper, el CO2…) i a on va en cadascun dels canvis que possibiliten tancar el cicle.

Escala

L’escala a la que ens referim quan analitzem un sistema material, diferenciant entre el nivell “supra”, que correspon quan els materials els observem en un medi determinat (paisatge, màquina, objecte…), “macro”, que correspon a les observacions fetes d’un material concret a ull nu o amb la lupa, i el nivell “micro”, que és el que correspon a com ens imaginem la matèria per dins (discontínua). Actualment també parlem del nivell “nano”, entre el macro i el micro. Per poder explicar tant la composició d’un material com les seves propietats i canvis, hem d’imaginar-nos com és aquest material per dins i, per tant, interrelacionar escales diverses.   

Per tant, a partir de l’experimentació amb un material concret, proper als infants, es pretén que siguin capaços d’analitzar i explicar usos i canvis en d’altres, és a dir, construir el que en didàctica es coneix com el model per interpretar els sistemes materials, per tal de poder-lo transferir. L’objectiu, doncs, no és posar el focus en les particularitats de cada material, sinó establir què tenen en comú amb d’altres i en què es diferencien, i poder argumentar com fer-ne un bon ús. 

Experiència sobre l’erosió

De què depèn que un riu erosioni més o menys un terreny?

Aquesta pregunta dóna lloc a que es puguin plantejar moltes hipòtesis en funció de diferents variables.  A elles, es pot buscar una resposta a partir de simular diferents situacions per mitjà d’una maqueta.  Per exemple, algunes de les hipòtesis plantejades per nenes i nens  de CS són:

Font: Escola “Monsenyor Gibert” (Sant Fruitós de Bages) al Centre de l’Aigua de Can Font (Manresa)
  • “Si deixem anar més aigua i amb més força aleshores les pedretes que hi ha al terreny faran un recorregut més llarg pel riu”

  • “Si fem dos rius, un amb moltes corbes(A) i un altre força recte(B) aleshores el riu B arrossegarà més materials que l’A”

  • “Si dos rius passen per terrenys diferents, un més sorrenc i l’altre més argilós, tot i que amb el mateix pendent i quantitat d’aigua, un s’erosionarà més que l’altre”

  • “Si deixem anar la mateixa quantitat d’aigua en un riu, però en un cas la tirem molt ràpidament i en un altre poc a poc, l’erosió serà més gran en el primer cas”

Riscos naturals i derivats de l’acció humana

Riscos naturals i derivats de l’acció humana
Idees per treballar

Les idees bàsiques per treballar

Idees per revisar

Les idees habituals de l'alumnat per revisar

"Bones" preguntes

Possibles bones preguntes que ajudin a la construcció d'aquestes idees

Idees per treballar

Un risc natural és un concepte d’ordre social i econòmic que estima la probabilitat de pèrdues en vides humanes o materials a causa d’un fenomen que té lloc a la natura. Així, el risc es defineix com la combinació de la perillositat d’un determinat fenomen, de la vulnerabilitat dels elements exposats i de la seva exposició. Un fenomen, com per exemple una inundació, pot ser perillós, però si es produeix en un lloc on no pugui afectar a  vides humanes no seria considerat d’alt risc.

Els fenòmens naturals com les tempestes, les allaus, les esllavissades o els terratrèmols són, a hores d’ara, impossibles d’evitar. Ara bé, això no vol dir que no es pugui actuar de forma preventiva i proactiva, a partir de conèixer els riscos i les seves causes i d’establir mesures per prevenir els impactes i per estar preparats a l’hora d’actuar enfront dels desastres.

A Catalunya els riscos més  freqüents es recullen al gràfic superior, en el qual es pot comprovar que el risc natural amb més impacte són les inundacions.

Les característiques de cada territori fan que hi hagi uns 

riscos naturals determinats. A la web de l’Earth Observatory de la NASA  es poden visualitzar a temps real els diferents riscos naturals que ocorren en diversos indrets del món.

Font: Vilaplana, J.M. (2008). RISKCAT Els riscos naturals a Catalunya, Informe del CADS :6.
Idees clau sobre riscos naturals

En general per analitzar un fenomen de risc ens cal preguntar-nos sobre:

Factors climàtics i meteorològics (‘el cel’).

Factors geogràfics i geològic (‘la terra’).

Factors socioambientals (‘les persones’).

Idees per revisar

Algunes de les dificultats de comprensió d’aquests fenòmens són que…

Per exemple….

Un risc comporta relacionar un canvi sobtat amb causes que poden haver actuat en un temps llarg.

una esllavissada és el resultat de processos que van començar a succeir molts anys abans.

Un risc és el resultat de molts factors que interactuen entre ells. 

Foto de l’agencia Reuters d’una esllavissada de terres en l’autopista A3, a Keelung, Taiwan. Any 2010.  

En una esllavissada s’han de tenir en compte els tipus de terrenys, el relleu, la cobertura vegetal, la climatologia i la intervenció humana en l’espai (“el terra, el cel i les persones”).

Per tant, un mateix fenomen pot tenir un risc diferent ja que es pot estar molt exposat però alhora protegit.

També cal tenir present que l’alumnat s’interessa per aprendre sobre fenòmens de gran impacte mediàtic (per exemple, terratrèmols o explosions de volcans) i no tant pels més propers que succeeixen en l’entorn (com riuades, esllavissades o ventades).

Exemples de preguntes i activitats
Esllavissades

En general, els factors que influeixen en els diferents fenòmens naturals potencialment perillosos son diversos. En els següents exemples es veu com enfocar-ho.

Per què es produeix una esllavissada?

Una experiència per identificar variables que poden donar lloc a una esllavissada és jugar a fer castells de sorra i observar factors que afecten a l’estabilitat dels materials. Cliqueu sobre la imatge.

Per què quan plou es produeix una esllavissada?

En el següent vídeo s’expliquen algunes d’aquestes variables i es mostra com la comunitat científica busca generar coneixement per poder fer prediccions i disminuir el risc.

Riuades

Un altre fenomen natural de risc interessant per treballar a l’aula són les riuades. Per exemple, a partir d’alguna riuada que hagi pogut succeir en l’entorn proper, ens podem preguntar si podria tornar a passar i quin podria ser l’impacte. Per respondre, ens caldrà pensar en els tres grans factors de risc: ‘el cel’ -la meteorologia i el clima-, ‘la terra’ -característiques geogràfiques i geològiques del terreny-, i ‘les persones’ -com aquestes han actuat en l’espai.  Es pot deduir que els factors naturals no canvien (o són molt lents si es té en compte el canvi climàtic), però han millorat els instruments de predicció i l’acció sobre el terreny.

L’esquema recull els aspectes bàsics a tenir en compte per interpretar una riuada des del model ‘conca hidrogràfica’.
De què depèn que un riu erosioni més o menys un terreny?

Una activitat-tipus per investigar sobre el fenomen de les riuades. Clica sobre la imatge per accedir-hi.

Les cases que hi ha al costat del riu són les mateixes?

Una activitat de comparar-contrastar ajuda a pensar en les similituds i diferències al voltant d’un mateix paisatge. Preguntes per ajudar a fer la comparació poden ser: “Les cases que hi ha al costat del riu són les mateixes”, Hi ha diferències pel que fa a l’amplada del riu? I pel que fa al nivell del riu?” I per ajudar a promoure que s’expliquin les diferències: “Què és el penseu que va fer que augmentés l’aigua d’aquest riu? A quina època de l’any penseu que és més probable que hi hagi una riuada? Quines conseqüències penseu que van poder tenir aquesta riuada?”

Es podrien evitar les inundaciones d'un Riu?

També es pot organitzar un debat sobre: ‘Es podrien evitar les inundacions d’un?”, a partir d’alguna notícia o proposta, en la que mitja classe ha de defensar el projecte i l’altra l’ha de criticar.

Preguntes per promoure el debat serien: Quines avantatges o inconvenients té el projecte? Com afectaria a la població? I a la fauna del riu? I als usos del riu? I pel que fa a l’erosió i a la sedimentació, quins efectes tindria? Ens protegiria aquest projecte contra les riuades? Hi haurien altres solucions per tal de protegir la gent de les riuades?

Cliqueu sobre la imatge per accedir a la web amb tots els materials

Els fòssils

Els fòssils
Idees per treballar

Les idees bàsiques per treballar

Idees per revisar

Les idees habituals de l'alumnat per revisar

"Bones" preguntes

Possibles bones preguntes que ajudin a la construcció d'aquestes idees

Idees per treballar

En algunes roques sedimentàries hi trobem fòssils, que són restes d’éssers vius o evidències de la seva activitat

També es poden trobar determinades substàncies químiques disseminades en el sediment, que reben el nom de fòssils químics– com és el petroli- que poden revelar l’existència dels organismes que les van produir.

Podem relacionar-los amb experiències pròpies:

Els fòssils són una evidència del passat i ens ajuden a entendre’l.

A més ens donen la possibilitat de pensar en el futur: quines restes quedaran de nosaltres? I de les nostres ciutats? I dels animals de la nostra època? Tot això ens ho mirem a escala humana, i el repte es concebre el temps geològic, que és a una escala molt més gran.

Per tant, els fòssils els podem veure com a indicadors de la història de la Terra, ja que permeten mostrar com en altres èpoques, a la Terra hi vivien altres éssers vius. Alguns d’ells, molt abundants i ben adaptats, es varen extingir (per exemple, els dinosaures). 

Conèixer les causes de les extincions, les interaccions entre la biosfera, l’atmosfera, la hidrosfera, la litosfera pot ajudar a entendre el passat i a jutjar aspectes que poden afectar a la humanitat en l’immediat futur.

Per tal que aquestes restes es conservin fins als nostres dies han de passar per un procés de fossilització, que comença amb la mort de l’organisme  i amb un enterrament ràpid, de tal manera que quedi protegit  de l’activitat bacteriana, agents atmosfèrics… 

Posteriorment les restes es mineralitzen canviant la seva estructura i composició. Normalment es conserven les parts dures de l’organisme (ossos, dents, closques…) ja que són més resistents al deteriorament, però hi ha casos excepcionals en què s’han preservat les parts toves (organismes conservats en ambre, quitrà, ambients glacials…).

S’ha de tenir en compte que el procés de fossilització és sincrònic al procés de sedimentació, per aquest motiu la majoria de fòssils es troben en roques sedimentàries i per tant, proporcionen informació per poder reconstruir el seu procés de formació i la seva edat. 

També ajuden a interpretar les condicions ambientals de la zona on vivien els organismes i els climes del passat (els grans de pol·len són molt útils en aquest cas). A més, són útils en la prospecció de petroli, carbó…

Idees per revisar
Exemples de preguntes sobre els fòssils
En relació a la seva diversitat i característiques:
En relació als canvis, el procés de formació:
Font: Centre de Geologia de Menorca
En relació al control-regulació dels canvis:

El temps geològic

Idees per treballar

Les idees bàsiques per treballar

Idees per revisar

Les idees habituals de l'alumnat per revisar

"Bones" preguntes

Possibles bones preguntes que ajudin a la construcció d'aquestes idees

Idees per treballar

En l’estudi de la Geologia és important l’apreciació de la magnitud del temps geològic perquè molts processos són tan graduals que necessiten que passi molt de temps abans que es produeixen canvis significatius.

Fins que es va descobrir la radioactivitat, no es va poder posar la data de molts dels esdeveniments geològics de la Terra. Tot i així, abans d’aquest moment, ja s’anava coneixent la seva seqüència sense saber-ne la data en anys, relacionant l’antiguitat de diferents estrats i  els fòssils que s’hi troben.

Es pot fer l’analogia amb una família, de la que podem conèixer el seu arbre genealògic però no saber l'edat de cada membre.

Els dos tipus de dates que utilitzen els geòlegs, són la data relativa (escala cronostratigràfica) i la numèrica, que utilitza com a unitat el milió d’anys (escala cronomètrica). Com es pot reconèixer en els dibuixos següents, els alumnes, quan representen etapes de la seva vida, uns també utilitzen esquemes que representen esdeveniments relatius seqüenciats i d’altres, a més, els situen numèricament en funció dels anys.

Font: Escola Les Palmeres (Sta. Coloma de Gramenet)
Idees per revisar

Per als alumnes, el temps és la causa dels canvis, una concepció que cal canviar a partir de pensar en què passa al llarg del temps, en els processos que originen els canvis. Per exemple, a l’observar petits forats en una roca calcària, els alumnes identifiquen un possible agent causal del canvi (l’aigua de la pluja) i l’empremta que deixa a la roca, però tenen dificultats per considerar el temps necessari perquè l’aigua arribi a produir aquesta empremta.

"Bones preguntes" i activitats
En relació al temps geològic:
En relació als canvis:

Una activitat prototípica per promoure la representació del temps geològic és fer una línia del temps.

Font: Magda Guiu. Escola Marcel.lí Domingo (Tivissa)

Clica aquí si vols saber més sobre línies del temps.

La història de la Terra

Pedrinaci i Álvarez (1997) es preguntaven:  podem afirmar que un alumne que coneix l’edat de la Terra, els noms i la durada dels períodes geològics, així com algun dels processos que van passar, té construït el concepte de temps geològic? Moltes vegades es donen a conèixer totes aquestes informacions, però aquest concepte requereix interrelacionar les nocions de canvi geològic, conjunts de roques i les seves característiques, causes dels canvis i durada, i cronologia.

Podeu consultar:

Pedrinaci, E., Álvarez, R. (1997). Obstacles en la construcció del concepte de temps geològic: algunes orientacions per al seu tractament. Temps d’Educació, 18, 43-64.

Terratrèmols

Idees per treballar

Les idees bàsiques per treballar

Idees per revisar

Les idees habituals de l'alumnat per revisar

"Bones" preguntes

Possibles bones preguntes que ajudin a la construcció d'aquestes idees

Idees per treballar

Els terratrèmols també donen lloc a canvis sobtats en el paisatge. L’explicació científica és l'existència de diferents forces, degudes a la fricció i desplaçament dels materials que conformen les plaques tectòniques i provoquen la deformació d'aquests materials. Arriba un moment en què la tensió generada supera el límit de deformació del material, el qual es trenca, originan un alliberament sobtat d’energia. Aquesta energia es transfereix a través d’ones, que van comprimint i expandint les roques i que provoquen trencaments.

Idees per revisar

La principal dificultat és entendre que perquè s’origini un terratrèmol ha hagut de passar força temps durant el qual s’ha anat acumulant energia. Per tant, és un fenomen sobtat en quan a la seva manifestació, però lent en el seu origen.

Generalment els infants identifiquen sense problemes que un terratrèmol té alguna relació amb els volcans i expressen que  “la Terra tremola quan els volcans exploten”, “La lava està tan calenta que fa tremolar la Terra” o idees similars. Però per entendre les seves causes, exigeix comprendre el concepte de força i conèixer què passa quan s’exerceixen diferents forces sobre diferents materials.

"Bones preguntes" i activitats
Com pot ser que es trenquin les roques si són tant dures?

Aquesta pregunta ens ajuda a pensar que les roques, quan estan sotmeses a forces molt grans, de comprensió i d’expansió, es poden deformar i arribar-se a trencar, igual que passa quan comprimim un guix o quan estirem una goma elàstica. Per tant serà important experimentar amb diferents materials i comprovar com es deformen i com s’arriben a trencar. També es pot comprovar com el punt per on es trenca una roca o un objecte (una goma elàstica, un espagueti...) no és el mateix que el lloc on s’exerceix la força.

Però, com és que quan es trenquen es produeixen ones que fan tremolar altres parts de la Terra?

En un terratrèmol, les roques es trenquen a l’interior de la Terra (en el lloc que s’anomena hipocentre del terratrèmol). Al trencar-se es produeix un alliberament sobtat de l’energia que s’havia anat acumulant, en forma d’ones que empenyen (fan pressió) sobre les roques properes, i així successivament. És com quan, en una fila, una persona n'empeny a una altra i aquesta a la següent, fins que aquest moviment arriba a la darrera. En el cas d’un terratrèmol, arriba a la superfície de la Terra (o del mar) i el lloc més proper a l’hipocentre s’anomena epicentre. En el camí a la superfície de la Terra aquestes ones provoquen sacsejades brusques del terreny i més trencaments.

Pèndol de Newton
Reproducció a l'aula
Com és que uns terratrèmols fan molt mal i d’altres no tant?

Passant de la idea d’una escorça de la Terra contínua a una altra en la qual ens la imaginem formada per parts (plaques) que es mouen, xoquen, s’enfonsen una sota l’altra..., i que aquest moviment causa que en determinants llocs es donin les condicions de temperatura i pressió que originen la formació del magma. Els alumnes solen pensar, també, que només hi ha activitat volcànica a la superfície de la Terra però, en canvi, també n'hi ha sota el mar, i aquesta pot donar lloc a la formació d’illes.

Com és que es succeeixen a uns llocs i no d’altres

La resposta és similar a quan fem aquesta pregunta en relació als volcans. En el cas dels terratrèmols, els moviments de les plaques causen que es trenquin els materials. Els llocs on hi ha probabilitat que es trenquin són els mateixos on hi ha volcans i fonamentalment són els que hi ha contacte entre plaques, ja que el moviment és continu. Per tant, la idea que volcans i terratrèmols estan associats és adequada però no tant que els volcans són la causa dels terratrèmols.

Quina diferència hi ha entre un terratrèmol i un tsunami?

Un tsunami és la conseqüència quasi sempre d’un terratrèmol, però també ho pot ser de l’activitat volcànica submarina o d’un esllavissament submarí o fins i tot d’impactes de meteorits al mar. Per tal que un terratrèmol origini un tsumani, ha de ser de magnitud considerable el seu hipocentre ha de localitzar-se en el fons marí, per sota dels 6.000 metres. L’energia alliberada impulsa una columna d’aigua del mar verticalment, donant lloc a grans onades que poden arribar a la costa i provocar destrosses importants.

Processos externs de la Terra

Idees per treballar

Les idees bàsiques per treballar

Idees per revisar

Les idees habituals de l'alumnat per revisar

"Bones" preguntes

Possibles bones preguntes que ajudin a la construcció d'aquestes idees

Idees per treballar

Idees clau del model dinàmica externa

Idees per revisar

Quan als nens els preguntes quina és la causa d’un canvi en les roques o en un paisatge, sempre posen l’accent en el “pas del temps”, però els és difícil d’identificar altres variables.

Exemples de preguntes i activitats
Com pot ser que es trenqui una roca que és tan dura?

En relació a aquesta pregunta ens interessarà que puguin observar i conèixer que una roca es pot trencar principalment a partir de dos mecanismes. El primer és la fragmentació física (desintegració) deguda a canvis de temperatura, ja sigui per l’aigua que s’introdueix dins de les roques al congelar-se, ja sigui per les contracció i dilatació de les roques en zones on les variacions de temperatura del dia i la nit són altes. El segon mecanisme són les alteracions químiques (descomposició), que en funció de la composició química dels materials, aquests interaccionen amb la pluja àcida, amb l’oxigen i/o el CO2 de l’aire. Per exemple, també ens podem preguntar “per què no hi ha coves a tots els llocs?”.

Un exemple d'activitat

Una activitat possible consisteix en fer dues boles de fang i embolicar-les amb plàstic transparent. Una de les boles es posa al congelador i després de 24 hores es comparen i s’observa que la que ha estat al congelador està esquerdada. Font: Farndon, J. (1992). La Tierra en tus manos. Ed. Plaza y Janés / Tusquets/ Fundació La Caixa.

Com una roca es pot transformar en un còdol?

Una activitat interessant és la de promoure que es plantegin com una roca es pot transformar en un còdol i reconèixer que cal fer diferents accions: picar, rascar, posar-la en aigua... També es pregunta quina acció és més eficaç i, a la natura, on es produeixen aquestes interaccions i com.

Totes les roques canvien igual de ràpid?

Per respondre a aquesta pregunta podem recordar experiències de vistes a coves subterrànies en què sempre ens expliquen els anys que tarda en formar-se una estalactita, i comparar-la amb l’observació de la formació del sauló a partir del granit, entre d’altres. Es pot concloure que la velocitat del canvi depèn principalment del tipus de roca, del clima o de factors vinculats a l’activitat humana (pluja àcida, desforestació, etc.). Més preguntes interessants poden ser: “Com podríem saber si una cova encara s’està engrandint?” o “Com pot afectar el canvi climàtic a la formació de coves o, en general, al canvis en el paisatge degut a la dinàmica externa?

Un cop s’ha trencat una roca, com és que podem trobar els fragments a llocs molt llunyans?

Per donar resposta a aquesta pregunta ens caldrà pensar en la necessitat de dos processos: l’erosió i el transport. L’erosió és l’eliminació física de materials disgregats gràcies a l’acció d’agents dinàmics com el vent, l’aigua i el gel. El transport comporta el desplaçament d’aquests materials a d’altres zones, en bona part degut a processos gravitacionals. Una activitat interessant pot ser la d’observar sorres i preguntar-nos d’on prové tanta varietat de materials. Per amplicar informació, cliqueu sobre la imatge amb una experiència de CESIRE CDEC publicada per Fàtima Dalmau de l'Escola Camins de Banyoles.

De què depèn que un riu erosioni més o menys un terreny?

Una activitat-tipus per investigar en acció. Clica sobre la imatge per accedir-hi

Els materials que formen l’escorça i els seus canvis

Idees per treballar

Les idees bàsiques per treballar

Idees per revisar

Les idees habituals de l'alumnat per revisar

"Bones" preguntes

Possibles bones preguntes que ajudin a la construcció d'aquestes idees

Idees per treballar

Roques i minerals

L’escorça de la Terra està feta de roques i minerals. Les roques formen el sòl quan han estat sotmeses a processos de meteorització. Les roques i els minerals són materials i com a tals, es poden investigar des del model sistèmic de matèria. En aquest apartat aprofundirem en el coneixement d’aquests materials des de la mirada de la geologia, és a dir, en el seu origen, en els seus canvis al llarg del temps i en com fer-ne un ús sostenible.

Les roques són de fet els materials més comuns i abundants de la Terra. En alguns llocs, com a les muntanyes, als penya-segats o als marges de la carretera, les veiem clarament, però en d’altres estan amagades per aigua, pel sòl, per plantes, etc.

Els noms “roca” i “mineral” s’usen indiscriminadament per descriure tant roques com minerals i, de fet, la diferenciació entre l’un i l’altre a vegades és complexa. Un mineral es defineix com una substància pura, sòlida, que té una estructura interna ordenada –cristal·lina- i que s’ha format com a resultat de processos geològics. Per exemple, una pedra preciosa com l’òpal no es considera un mineral perquè no té una estructura cristal·lina.

Les roques es defineixen d’una manera menys precisa. Es considera una roca a qualsevol massa sòlida constituïda normalment per un o més minerals, tot i que n’hi ha que estan compostes de matèria no mineral, com per exemple l’obsidiana, que és una roca volcànica formada per una substància vítria no cristal·lina, o el carbó, roca formada per restes orgàniques. Són materials sovint durs i consistents, però no totes les roques són grans, ni dures, ja que el que les caracteritza és el material que les conforma. Per exemple, el petroli és una roca líquida, l’argila és una roca fàcilment emmotllable i el sauló és una roca no compacta.

El cicle de les roques

Totes les roques que formen el planeta Terra tenen un origen inicial igni (també es diu magmàtic) ja que quan el planeta es va formar al voltant del Sistema Solar, fa milions d’anys, les temperatures eren molt elevades i les substàncies es trobaven en un estat fos o semifós, com un magma. En refredar-se, aquest va donar lloc a les roques ígnies, les quals s’han anat transformant al llarg del temps, malgrat que els materials que les formen són els mateixos.

El cicle de les roques. Un procés on els materials són transformats pels agents externs i interns en un sistema de recliclatge. Font imatge: Phil Stoffer (2005). Font text: Instituto de Geociencias.

Per ampliar la informació cliqueu aquí. 

Les roques ígnies són les que resulten de la solidificació del magma, les roques sedimentàries s’originen a partir de processos que tenen lloc a la superfície de la Terra (meteorització, erosió, transport, sedimentació i cimentació o compactació), i les roques metamòrfiques (terme que etimològicament significa canvi de forma) són les produïdes per la modificació física o química de roques sedimentàries, ígnies o d’altres metamòrfiques preexistents, en unes condicions de pressió i temperatura que possibiliten que aquestes no arribin a fondre’s. Tots aquests canvis requereixen molt de temps.

Tot i la diversitat de roques existent, aquestes s’agrupen en tres grans grups segons els processos pels quals han passat: el de les ígnies, el de les sedimentàries i el de les metamòrfiques. Els processos impulsats per la calor interna de la terra són els responsables de la formació de les roques ígnies i metamòrfiques, mentre que els impulsats per l’energia procedent del Sol i de la gravetat produeixen els sediments a partir del qual es formen les roques sedimentàries.

Cliqueu aquí si voleu llegir més informació sobre les roques ígnies (volcàniques i plutòniques).

El cicle de les roques és un dels molts cicles del sistema Terra en el què la matèria canvia però es  conserva (es recicla), i permet comprendre l’origen dels tres tipus de roques bàsics i la funció dels diferents processos geològics que intervenen en la transformació d’un tipus en un altre.

Idees per revisar

L’alumnat no reconeix les roques com al material del qual està formada lescorça terrestre, sinó que pensa que són només els fragments rocosos irregulars, que els més petits en diuen pedres

També creuen que són objectes permanents, fixes, que sempre han estat en el mateix lloc i per tant no tenen un origen ni han canviat. Per descriure una roca es refereixen a característiques relacionades amb la forma, color, grandària o rugositat (si és llisa, consideren que ja no es tracta d’una roca) i sovint no es fixen en la seva composició (si són homogènies o heterogènies, si tenen cristalls que brillen, etc.).

Una altra dificultat per a l’aprenentatge és que, tot i poder observar els diferents tipus de roques, se’ns presenta impossible veure i comprendre els processos que han possibilitat la seva formació, degut a la seva lentitud i complexitat. Per exemple, els efectes de l’erosió deguts a la circulació de l’aigua solen ser identificats, però no els efectes a causa de la seva congelació, ja que als alumnes els costa imaginar que l’aigua s’expandeix quan es congela. 

Tampoc no solen veure cap relació entre el fet que les roques es trenquen i la formació dels sòls o de la sorra de la platja. En alguns casos interpreten la formació de còdols a partir d’un model  d’acreció (i per tant, pensen que els còdols amb el pas del temps es fan grans) enlloc de considerar un model d’erosió. També acostumen a pensar que si una roca es troba en un riu ha de tenir necessàriament un origen sedimentari.

Existeix un altre tipus de dificultat d’origen lingüístic en el moment que relacionen el terme metamòrfica” amb la metamorfosi d’alguns animals i els porta a creure que és un canvi similar al dels éssers vius. En general, en edats primerenques es pot entendre més la formació de les roques sedimentàries, ja que els processos de meteorització, erosió, transport i compactació es poden simular fàcilment al laboratori, mentre que en el cas d’altres tipus de roques és més difícil d’imaginar i comprendre els processos que tenen lloc.

Els alumnes no tenen consciència que la major part dels objectes d’ús quotidià estan formats per roques o minerals. També acostumen a considerar que un mineral dur no pot ser fràgil, quan realment són dues propietats diferents. Per exemple, el diamant és el mineral més dur i també és molt fràgil. 

Cada mineral té unes propietats que el diferencien d’altres i possibiliten identificar-los. Les més significatives des del punt de vista de la geologia són la duresa, la forma en que cristal·litzen i el color de la ratlla, propietats que entre d’altres condicionen els seus usos. Per tant, aprendre sobre els minerals comporta utilitzar un vocabulari nou (verbs i adjectius) a partir tant de l’observació directa o de la manipulació, com ratllar-los, fer ratlles amb ells, trencar-los o fer d’altres accions.

Finalment, cal tenir en compte la dificultat d’imaginar-se el temps geològic. Els infants poden parlar del temps necessari perquè es formi una roca dient: “des de fa molt de temps”, “des de fa alguns anys” o “des de fa un any o menys”, però alhora, majoritàriament pensen que totes les roques existeixen des de l’origen de la Terra.

"Bones preguntes"

Sovint es té la tendència a iniciar els aprenentatges sobre les roques classificant-les, quan el més important és realment preguntar-nos sobre l’origen. Només després d’haver pensat que totes les roques tenen un origen té sentit classificar-les.

Algunes preguntes que poden ajudar a construir coneixements sobre les roques i minerals són:
En relació a la seva estructura

Per descriure els seus components i les seves propietats

Fem boles de terra

Educació infantil. Totes les terres són iguals? Com podem fer boles de terra?. Proposta educativa de Lab 0-6 de la FUB (Universitat de Manresa) emès per Fibracat.tv.

Com podem saber si una “pedra” que observem és una roca o un mineral?

És homogènia o heterogènia? Observem que té “grans” (i seria sedimentària) o cris-talls (seria ígnia o meta-mòrfica)? Quina utilitat tenen les roques i els minerals? Encarregaríeu un anell amb un perfecte cristall de sal? Fabricaríeu un martell amb un diamant? Com és que fem servir el guix per escriure a la pissarra i, en canvi, un llapis per escriure sobre el paper? Com és que els productes de neteja acos-tumen a tenir calcita en la seva composició? (la calcita és en general més dura que la brutícia i, en canvi, menys que els materials dels que estan fets els plats i les olles)...

Exemple. A l’aula es van crear 4 estacions amb diferents tasques per observar roques. Imatges: Esther González. Ins. Ca n’Oriac (Sabadell). 1r d’ESO. 

En relació als canvis, per explicar-los.
Com era abans aquesta roca? Com és ara? Com serà després?

Fase d'exploració d'idees prèvies. Dibuixa com imagines que era aquesta roca abans, com és ara i com creus que serà. Font: Magda Guiu. Escola Marcel·lí Domingo (Tivissa).

D’on han “sortit” totes aquestes roques?

Pot una roca transformar-se en una altra de diferent? Què ens pot explicar una roca del seu origen? Tenen edat les roques? Com es pot saber?

En relació al control-regulació dels canvis, per interpretar-los.
Poden considerar-se que les roques són un recurs il·limitat, que mai s’acabarà?

Quantes roques consumim i en què? Quines marques deixa en el paisatge l’extracció de minerals i roques?. Imatge: Lithica, Pedrera de marès a Ciutadella, Menorca.

Per saber-ne més: