120971-166507-1-pb

INTRODUCCINPara facilitar al estudiante la comprensin de

los factores que condicionan el relieve del Planeta aescala global planteamos varias actividades de en-seanza-aprendizaje. Las actividades inciden espe-cialmente en la importancia de la isostasia y el flujotrmico. Utilizamos varios niveles de aproxima-cin, de forma que el alumnado comprenda en pri-mer lugar por qu existen continentes y cuencasocenicas y, posteriormente, reconozca y expliquelas distintas unidades geomorfolgicas que se dife-rencian en cada uno de estos dos grandes dominios.

Para realizar las dos primeras actividades utili-zaremos una pgina web desarrollada por San Die-go Supercomputer Center, Universidad de Califor-nia (San Diego), que ofrece un magnfico recurso

didctico mediante actividades interactivas para quelos alumnos y alumnas experimenten y comprendanunos conceptos, a menudo demasiado abstractos pa-ra ellos, como son los fenmenos isostticos. Lascuestiones que proponemos en cada una de estas ac-tividades van encaminadas a que el alumnado rela-cione estos conceptos con el relieve del Planeta.

En la primera actividad se estudia el conceptode equilibrio isosttico, la influencia que ste tieneen el relieve a escala global y los cambios que pro-duce en el mismo cuando la corteza presenta dife-rentes espesores. En la segunda actividad, estudian-do los procesos de reajuste hidrosttico que ocurrenen un iceberg, se analiza el efecto de los ajustesisostticos cuando por diferentes procesos geolgi-cos se producen cambios de masa en la corteza. Enla tercera actividad se analiza el otro factor que

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ACTIVIDADES DIDCTICAS SOBRE EL RELIEVE TERRESTRE Y LA ISOSTASIADidactic activities about the terrestrial relief and the isostasy

Manuel Gonzlez (*), Juan A. Lpez (**), Pedro Alfaro (***), Jos M. Andreu (***) y ngel Prez (****)

RESUMEN

Planteamos varias actividades didcticas cuyo objetivo es que los alumnos y alumnas comprendan lainfluencia de la isostasia y del flujo trmico en el relieve del planeta y su relacin con la Tectnica dePlacas. Tres de ellas se basan en recursos didcticos digitales, de libre acceso en una pgina web sobreisostasia, mientras que otra utiliza modelos analgicos. La utilizacin de estos recursos permite simular ysimplificar procesos reales que se desarrollan sobre nuestro planeta y que son de difcil comprensin pa-ra el alumnado, especialmente, como consecuencia de las enormes escalas temporales y espaciales sobrelas que actan. Los resultados obtenidos en la aplicacin de algunas de estas actividades a pequeosgrupos de alumnos y alumnas de 4 de Enseanza Secundaria Obligatoria (ESO) indican que la mayoradel alumnado alcanza los objetivos previstos en las mismas, consiguiendo un mayor conocimiento del re-lieve terrestre e integrando los diversos factores que lo condicionan.

ABSTRACT

We suggest some didactic activities which will help students understand the influence of isostasy andthe heat flow on the relief of the Planet and its relationship with the Plate Tectonics. Three of these activi-ties are based on digital didactic resources, of free access in one of the isostasy webpages, while the ot-her one uses scale models. These resources will let us simulate and simplify the real processes of our pla-net which students find particularly complex due to the great time and space scales involved. The resultsobtained with these activities in some small groups of students of 4 ESO showed how most of them rea-ched the objectives planned getting a wider knowledge of the Earth relief and applying some of the fac-tors which influence its development.Palabras clave: superficie terrestre, isostasia, flujo trmico, tectnica de placas.Keywords: Earth surface, isostasy, heat flow, Plate Tectonics.

EXPERIENCIAS E IDEAS PARA EL AULA

(*) I.E.S. La Arboleda, C/ Padre Ellacura 13, 11500 El Puerto de Santa Mara (Cdiz) [email protected](**) I.E.S. Ramn Arcas, Avda. Juan Carlos I, 72, Lorca (Murcia), [email protected](***) Dpto. Ciencias de la Tierra y Medio Ambiente, Facultad de Ciencias, Universidad de Alicante, Campus de San Vicente delRaspeig, Apdo. 99, 03080 Alicante, [email protected] / [email protected](****) I.E.S. Las Salinas, C/ Tamaragua, Arrecife de Lanzarote 35500, Las Palmas, [email protected]

Enseanza de las Ciencias de la Tierra, 2007 (15.2) 206-222I.S.S.N.: 1132-9157

afecta a gran escala al relieve terrestre y que condi-ciona la morfologa de las grandes cuencas oceni-cas, el flujo trmico. En la cuarta actividad se pro-pone integrar los conocimientos adquiridos en lasactividades anteriores para describir las grandesunidades de relieve del Planeta. Finalmente, seplantea una quinta actividad para realizar en el la-boratorio con modelos analgicos sencillos quecomplementa a las anteriores y enfocada tambin aque el alumnado comprenda por qu existen conti-nentes y cuencas ocenicas.

Como complemento previo a la realizacin de es-tas actividades es recomendable la lectura del artculode Alfaro et al. (2007) publicado en este mismo volu-men, en el que se introducen aspectos tericos sobrela isostasia y el flujo trmico terrestre, y se describenlas principales unidades de relieve del Planeta.

OBJETIVOS

A continuacin se citan los principales objetivosconceptuales de las actividades propuestas.

Actividad 1Analizar el efecto de la isostasia en el relieve te-rrestre, explicar el efecto que sobre el relieveprovocarn los cambios en el espesor de la cor-teza ocenica y continental que se producen pordiversos procesos geolgicos (orognesis, sedi-mentacin, erosin) y comprender por quhay continentes y cuencas ocenicas.

Actividad 2Comprender los procesos de recuperacin hi-drosttica aplicados a un iceberg y extrapolar-los a la Tierra en sus primeros kilmetros, ascomo las consecuencias geolgicas que se deri-van de ellos (hundimiento de los sedimentos yrocas sedimentarias en las cuencas sedimenta-rias, elevacin y afloramiento de las races cor-ticales en los escudos y zonas erosionadas, etc).

Actividad 3Analizar la influencia de flujo trmico en el re-lieve terrestre y explicar el relieve de las cuen-cas ocenicas.

Actividad 4Estudiar las grandes unidades de relieve del Pla-neta.

Actividad 5Comprender la existencia de continentes ycuencas ocenicas, as como las diferencias derelieve en las zonas de corteza continental.

ACTIVIDAD N 1: EL RELIEVE Y LA ISOS-TASIA

Para su realizacin utilizamos distintos recursosque aparecen en la pgina web http://www.discove-rourearth.org/ . Para prevenir cualquier cambio de

ste u otros enlaces que aparecen a lo largo del art-culo, las animaciones o modelizaciones a las quehacemos referencia, se podran localizar introdu-ciendo palabra claves como Discover our Earth,topography and isostasy en alguno de los buscado-res disponibles en la red.

Utilizando el diagrama interactivo localizado enhttp://www.discoverourearth.org/student/isostasy.html (Fig.1), en el que puedes modificar los valoresde densidad de los materiales y el espesor del blo-que que se muestra en el mismo, contesta a las si-guientes preguntas:1.1 Qu ocurre cuando la densidad del bloque es

menor que la del lquido? 1.2 Y si la densidad del bloque es igual que la del

lquido? 1.3 Y cundo la densidad del bloque es mayor que

la del lquido? Ahora vamos a investigar la influencia del espe-

sor del bloque respecto a la porcin del mismo quequeda emergido y sumergido. Para ello te propone-mos que experimentes asignando espesores de 10,30, 50, 70 y 100 km de espesor al bloque. Utilizauna densidad de 2,8 g/cm3 para el bloque y de 3,3g/cm3 para el lquido (son las densidades medias dela corteza y del manto respectivamente).

Completa la tabla I con los datos obtenidos.

Tabla I. Caractersticas de los bloques.

207

Fig. 1. Pgina web http://www.discoverourearth.org/student/isostasy.html.

ESPESOR PORCIN PORCIN RELACINBLOQUE SUMERGIDA EMERGIDA r/h(h) (en km) (r) (en km) (h-r) (en km)

10 30 50 70 100

Enseanza de las Ciencias de la Tierra, 2007 (15.2)

1.4 Qu ocurre cuando aumenta el espesor de losbloques?

1.5 Ilustra grficamente tus conclusiones.1.6 Si al mantener la densidad del bloque cortical

observamos que la porcin emergida del mismodisminuye, indica dos posibles causas que ex-pliquen esta situacin.Ahora vamos a investigar la influencia de la

densidad del bloque respecto a la porcin delmismo que queda emergido y sumergido. Paraello te proponemos que experimentes asignandodensidades de 2,8 g/cm3 y 3,0 g/cm3 al bloque, alque debes de mantener un espesor fijo, por ejem-plo de h = 30 km.

Completa la tabla II con los datos obtenidos.

Tabla II. Caractersticas de los bloques para distin-tas densidades.

1.7 Qu ocurre si variamos la densidad de los blo-ques manteniendo constante la densidad del l-quido subyacente?

1.8 Asumiendo que la corteza continental tiene unespesor medio de 35 km y una densidad de 2,8g/cm3, y que la corteza ocenica tiene un espe-sor de 5 km y una densidad 3 g/cm3, intenta daruna explicacin al hecho de que los continentespresenten una topografa elevada respecto a losfondos ocenicos.

1.9 Realiza un corte esquemtico para ilustrar tu ex-plicacin.Comprobemos ahora la influencia de los distin-

tos espesores de la corteza continental en el relieveterrestre.

Observa el mapa de la figura 2 en el que las cur-vas indican el espesor de la corteza (en kilmetros)bajo los distintos puntos de la superficie terrestre:1.10 Existen grandes diferencias de espesor entre

las zonas continentales y ocenicas? 1.11 Cules son los dos datos que representan ma-

yores espesores de corteza? 1.12 Dnde se localizan? 1.13 En el Himalaya, donde se localiza la altura

mxima sobre el nivel del mar de nuestro Pla-neta, la corteza tiene 70 km de espesor. Cmoexplicas que slo una pequea parte (la altitudmxima es de 8848 m en el Monte Everest) es-t emergida?

ACTIVIDAD 2. El EQUILIBRIO ISOSTTICOO CMO AFECTAN LOS CAMBIOS DEMASA DE LA CORTEZA AL RELIEVE?

El equilibrio hidrosttico es el responsable deque un iceberg presente una parte emergida (la deno-minamos altura) y otra sumergida (que no vemos yque llamamos raz). La parte emergida o altura equi-vale a la dcima parte (1/10) del total del espesor deliceberg. As, un iceberg que tenga 100 m de espesorpresentar 10 m de altura (por encima del nivel demar) y 90 m de raz (por debajo del nivel del mar).

Basndonos en la proporcin parte emergida/par-te sumergida, estudiemos qu le sucede a este ice-berg en diferentes situaciones y despus buscaremossituaciones similares en nuestro planeta.

Supongamos que el iceberg se desplaza a latitu-des menores y, por lo tanto, sufre una fusin ni-camente en su superficie que le hace perder 10 mde espesor (no se usarn volmenes para no dificul-tar la comprensin del fenmeno).2.1 Qu altura tendr en la nueva latitud el ice-

berg? Razona tu respuesta.2.2 Si el iceberg recibe nuevas precipitaciones sli-

das que se acumulan en su superficie alcanzan-do un espesor de 20 m. Qu altura y qu raztendr ahora el iceberg?

2.3 Supongamos la misma situacin que en 2.2, pe-ro con la circunstancia de que al comenzar lasprecipitaciones un bloque errtico qued sepul-tado bajo la nieve. A qu profundidad se en-contrar cuando cesen las precipitaciones?

2.4 En un iceberg de 30 m de altura se ha localizadoun bloque errtico a 80 m de profundidad. Si seproduce un deshielo en la superficie del iceberga un ritmo de 1 m/da Crees que ese bloqueerrtico podra aflorar en superficie? Cuntotiempo tendra que pasar? Razona la respuesta.

208 Enseanza de las Ciencias de la Tierra, 2007 (15.2)

DENSIDAD PORCIN PORCIN RELACINBLOQUE SUMERGIDA EMERGIDA r/h

(g/cm3) (r) (en km) (h-r) (en km)

2,8

3,0

Fig. 2. Mapa con los espesores de la corteza conti-nental en kilmetros. El intervalo entre las curvasque unen puntos del mismo espesor es de 10 km. Enlos continentes se incluye una curva de 45 km deespesor cortical para mayor detalle. Modificado deMooney et al. (1998).

209Enseanza de las Ciencias de la Tierra, 2007 (15.2)

En las cuestiones ya realizadas has observadocomo la fusin de un iceberg provoca su disminu-cin en altura y la reduccin de su parte sumergidao raz. Tambin has podido comprobar el procesocontrario la acumulacin de nieve provoca un creci-miento de la raz y de la altura. En ambos casos elespesor perdido o aadido al iceberg no se corres-ponde con la variacin de altura que experimenta eliceberg, la razn estriba en los ajustes que tienen lu-gar en el bloque de hielo para mantener su equili-brio hidrosttico. En ocasiones estos ajustes llegana provocar el giro del bloque de hielo, apareciendosumergidas espectaculares partes (con tneles oventanas) anteriormente emergidas.

Cmo afectan los cambios de masa de la corte-za al relieve?

En los primeros kilmetros de la Tierra se ob-serva un comportamiento similar a lo que hemosvisto que sucede con el iceberg, y que ha sido deno-minado como ajuste isosttico o simplemente isos-tasia. Los procesos geolgicos pueden romper elequilibrio en el que se encuentra la corteza flotan-do sobre el manto. Un aumento de espesor de lacorteza provocado por la colisin de dos placas li-tosfricas o por una intensa actividad gnea produ-cir, por isostasia, un aumento del relieve. El rea-juste isosttico es simultneo a las variaciones deespesor. Por el contrario, la erosin de una cadenamontaosa que ha dejado de ser activa produciruna disminucin del relieve y de espesor cortical.

Vamos a estudiar un caso real utilizando loscortes representados en la figura 3 que muestran elespesor de la corteza en el Himalaya (A) y Apala-ches (B) respectivamente.

2.5 Teniendo en cuenta que ambos relieves corres-ponden a cordilleras que se han originado porun mecanismo similar, intenta explicar por qupresentan diferentes altitudes medias sobre elnivel del mar y por qu sus cortezas tienen dis-tinto espesor. Por ltimo, ilustra con un sencilloesquema la evolucin del espesor de la cortezaen los Apalaches.

ACTIVIDAD 3. EL RELIEVE Y EL FLUJOTRMICO (ISOSTASIA TRMICA)

Bsicamente, las cuencas ocenicas tienen unamorfologa mucho menos variada y compleja quelas zonas continentales. A gran escala podemos dis-tinguir cordilleras ocenicas (dorsales), llanurasabisales y fosas ocenicas. Las plataformas conti-nentales y los taludes, por desarrollarse sobre corte-za continental, no sern tratadas en esta actividad.

Por qu se elevan las dorsales 2 3 kilmetrossobre los fondos marinos?

Topogrficamente las dorsales ocenicas son re-lieves, de entre 3000 y 4000 m de anchura, que seelevan de 2000 a 3000 m por encima de los fondosocenicos adyacentes.

Si nos basramos en los conocimientos adquiri-dos sobre la estructura cortical de las cordillerascontinentales, deberamos esperar que las cordille-ras ocenicas tambin tuvieran races. Sin embargo,un nuevo factor interviene en este caso que modifi-ca sustancialmente las condiciones que se dan enlos fondos ocenicos. Este factor es el flujo trmico.3.1 Qu le ocurre al volumen de un cuerpo cuando

aumenta su temperatura? 3.2 Si dos cuerpos constituidos por un mismo mate-

rial se encuentran a distinta temperatura Culde ellos tendr mayor volumen?

Observa el mapa de la figura 4, que muestra la dis-tribucin del flujo trmico en la superficie terrestre:3.3 En qu zonas de la Tierra es mayor el despren-

dimiento de calor? Por qu?

Fig. 3. Secciones corticales en el Himalaya (A) y enlos Apalaches (B).

A

B

Fig. 4. Mapa del flujo trmico terrestre. Modificadode http://www.iaspei.org/brochure/brochure.html

La siguiente grfica (Fig. 5) relaciona el flujo tr-mico con la distancia al eje de la dorsal y la edad dela corteza ocenica.

3.4 Qu puedes deducir de los datos representadosen la grfica?

3.5 Cmo crees que ser la densidad de la cortezaocenica a medida que nos alejemos del eje dela dorsal?

3.6 Teniendo en cuenta estas observaciones y ayu-dndote del esquema de la figura 6, emite unahiptesis para explicar el relieve de las dorsalessobre el fondo ocenico.

ACTIVIDAD N 4: DESCRIBE Y EXPLICA ELRELIEVE DEL PLANETA

El profesor debe seleccionar una o varias zonasde estudio y, en cada una de ellas, el alumnado debereconocer, describir y explicar la gnesis de lasprincipales unidades de relieve. Para realizar estaactividad pueden utilizar la clasificacin (tabla III)descrita en Alfaro et al. (2007).

El grado de profundizacin y detalle de la deli-mitacin de las mismas estar condicionada por elnivel en el que estemos trabajando, ya que conside-ramos que esta actividad es aplicable tanto en 4 deEnseanza Secundaria Obligatoria como en los dis-tintos cursos de Bachillerato.


Fig. 5. Relacin entre flujo trmico, edad de la cor-teza y distancia al eje de la dorsal. Modificado deDuxbury et al. (2002).

Fig. 6. Esquema que muestra la relacin entre elflujo trmico y la elevacin isosttica del relieve(cordilleras ocenicas).

PRINCIPALES UNIDADES DE RELIEVE DESARROLLADOS EN LITOSFERA CONTINENTALEn lmites de placas convergentes que estn sufriendo un engrosa-miento de la corteza, bien por esfuerzos compresivos (orgenos decolisin en los que convergen dos placas con litosfera continental)o bien por una intensa actividad gnea (orgenos de tipo andino enlos que una placa de litosfera ocenica subduce bajo una continen-tal). En ambos casos, el relieve global de la cadena montaosa (lasuperficie envolvente) se debe a la elevacin isosttica resultado delengrosamiento cortical. A mayor espesor de la corteza, mayor serel relieve.

Tienen un espesor intermedio (normal) de corteza continental (al-rededor de 35 km). Debido al espesor inferior al de las cadenasmontaosas, tambin tienen un relieve muy suave en el que afloranrocas metamrficas e gneas antiguas muy deformadas (escudos).Cuando estas rocas estn cubiertas por rocas sedimentarias recibenel nombre de plataformas estables.

Zonas de corteza continental sometidas a extensin y, por consi-guiente, a un adelgazamiento. Este adelgazamiento produce, en laparte central, una fosa tectnica flanqueada por fallas normales. Es-ta fosa tectnica es estrecha (unas pocas decenas de kilmetros) yalargada. En ocasiones, como ocurre en Baikal o en frica oriental,se forman grandes lagos estrechos y alargados. En otras ocasionessuelen estar ocupadas por grandes valles fluviales (Rhin).

Cinturones montaosos(Himalaya,

Alpes, Cordillera

Btica, Andes)

Cratones(Canad, Siberia, frica,

Australia)

Rift continental

(Lagos africanos,

Lago Baikal)

Tabla III. Principales unidades de relieve del Planeta. Ver tabla completa en la pgina 129 de este monogrfico.


PRINCIPALES UNIDADES DE RELIEVE DESARROLLADOS EN LITOSFERA DE TRANSICIN(LITOSFERA CONTINENTAL ADELGAZADA)

El trnsito entre continentes y ocanos se produce por un adelgaza-miento progresivo de la corteza continental. El adelgazamiento de lacorteza hace que, por isostasia, se hunda en relacin a las cadenasmontaosas y escudos. Las plataformas continentales y los taludescontinentales se sitan sobre zonas con corteza continental ms delga-da que la de los cratones y los taludes continentales.

PRINCIPALES UNIDADES DE RELIEVE DESARROLLADOS EN LITOSFERA OCENICALas cordilleras ocenicas son relieves isostticos. El flujo trmicoque hay en el centro de cordillera (dorsal) es muy elevado y disminu-ye progresivamente al alejarnos del eje de la dorsal. Este mayor flujotrmico hace que las rocas de la corteza ocenica (basaltos y gabros)tengan menos densidad y se eleven isostticamente sobre el resto dela llanura abisal.

Las llanuras abisales son estructuras planas con una pendiente media del1 por 1000. Deben su topografa plana a las acumulaciones de sedimen-tos que ocultan las irregularidades de su superficie. En las zonas ms ale-jadas de la dorsal, donde ya no existe influencia del flujo trmico eleva-do, la corteza ocenica es antigua, fra y densa por lo que se hundeisostticamente hasta profundidades que oscilan entre 4500 y 5500 m.

Depresiones profundas que descienden por debajo del fondo ocenicoadyacente varios miles metros. Presentan una morfologa alargada(entre 500 y 4500 km de longitud) y estrechas (entre 40-120 km deanchura). El surco de las fosas se produce por la flexin de la placaque subduce.

Estas islas volcnicas se forman en las zonas de subduccin en las queconvergen dos placas con litosfera ocenica. La elevada actividad g-nea aumenta el espesor de la corteza de la placa cabalgante y provocala emersin discontinua de varias islas con una morfologa arqueadaen planta. Esta forma de arcos se debe a la geometra esfrica de lasplacas litosfricas, ya que la interseccin entre dos superficies esfri-cas es un arco.

Entre el arco de islas y el continente se encuentran estos mares margina-les, tambin conocidos como cuencas retroarco (situadas en la parte tra-sera del arco volcnico). Son zonas sometidas a extensin (cuando sonactivas el arco volcnico se separa del continente) constituidas por corte-za ocenica o corteza continental muy adelgazada. Por isostasia se en-cuentran por debajo del nivel del mar. Aunque hay islas de diversa naturaleza (con litosfera continental, pris-mas de acrecin, etc.), en este apartado nos centraremos en las de ori-gen magmtico. El origen de estos relieves volcnicos suele estar rela-cionado con puntos calientes. En estos casos forman una cadenaalineada de islas y montes submarinos con la siguiente secuencia: is-las volcnicas activas, islas volcnicas inactivas, atolones y montessubmarinos.

Zonas anormalmente someras de los ocanos de relieve variable entresuave a muy irregular. Pueden tener una planta circular con dimetroque alcanzan el millar de kilmetros en cuyo caso se denominan me-setas ocenicas; otras veces son elevaciones alargadas continuas o concrestas y valles en cuyo caso reciben el nombre de dorsales assmicas.Estas vastas regiones, con una extensin superior en muchos casos almilln de kilmetros cuadrados, estn constituidas por rocas volcni-cas (mayoritariamente basaltos). Su origen est ligado a una intensaactividad volcnica relacionada con el ascenso de una pluma del man-to. Son los equivalentes ocenicos de las llanuras de basalto del Dec-can (India), Brasil o Siberia.

Tabla III. ( continuacin) Principales unidades de relieve del Planeta. Ver tabla completa en la pgina 129 deeste monogrfico.

Plataforma continental y

talud continental(Mar del Norte,

Banco Sahariano)

Cordillera oceni-ca (Dorsales

centroatlntica ydel Pacfico

oriental)

Llanurasabisales

(Atlntico,Pacfico)

Fosas ocenicas(Filipinas,

Japn, Chile,Aleutianas, Marianas)

Arcos de islas(Nuevas

Hbridas, Aleutianas, Marianas)

Mar marginal(Mares del

Japn, Caribe, Sur de China)

Islas volcnicas y montes

submarinos(Islas de Hawai,

Azores, Santa Elena,Ascensin)

Plataformas oce-nicas (Galpagos, Feroes, Cabo Ver-

de, Kerguelen, Ontong-Java)

Para ello proponemos repartir distintas reas de lasuperficie del Planeta por grupos de 2 3 alumnos yalumnas. Para la distribucin de estas reas se puedenutilizar mapas fsicos mudos de escala continental, obien, recurrir a los recursos disponibles en determina-das direcciones de Internet, como por ejemplo los queencontramos en el siguiente enlace (Fig. 7): http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/image/2 minrelief.html .

Para cada una de las reas de estudio (en elejemplo utilizaremos un rea de la placa surameri-cana) se pide:4.1 Delimitar y colorear las distintas unidades de re-

lieve para lo que recomendamos utilizar los ma-pas de las figuras 8 y 9, en los que se realiza unaclasificacin en zonas continentales y ocenicas.

4.2 Completar una tabla en la que se recojan los as-pectos ms significativos de las distintas unida-des de relieve.

ACTIVIDAD N 5: MODELOS ANALGICOSSOBRE ISOSTASIA Y RELIEVE

Presentamos a continuacin un modelo analgi-co que permite al alumnado reproducir en el labora-torio algunas de las condiciones que influyen en elrelieve a escala global. Esta propuesta puede serutilizada como alternativa o complemento de algu-nos aspectos planteados en la actividad 1, ya queambas tienen algunas cuestiones comunes.

Los materiales e instrumentos necesarios para la re-alizacin de estos modelos son: cubeta de plstico ocristal con paredes transparentes, cajas de plstico deforma regular, agua, arena, balanza y regla milimetrada.

Dada la dificultad para encontrar materiales conuna densidad similar a la del manto terrestre (3,3g/cm3), experimentamos con materiales de menordensidad, a los que podemos tener acceso de formacotidiana. En concreto sustituimos el manto poragua y los materiales de la corteza terrestre por ca-jas de plstico rellenas parcialmente de arena.

Para mantener la proporcin entre las densida-des de los materiales utilizados, que est determina-da por el Principio de Arqumedes, utilizamos la si-guiente expresin:

La densidad del material sustituto del manto(agua), es de 1,0 g/cm3. Como las densidades delmanto y de la corteza continental son respectiva-mente 3,3 y 2,8 g/cm3, la densidad del material sus-tituto de la corteza debe ser 0,85 g/cm3.

Para que las cajas de plstico, que sustituyen alos materiales de la corteza, tengan esta densidaddebemos determinar en primer lugar su volumen y,a continuacin, aadir arena (Fig.10). La expresinm= dv determina la masa del conjunto para la den-sidad deseada (tabla IV).


Fig. 7. Mapa fsico mudo a escala continental.

Fig. 9. Principales unidades de relieve del Planeta enzonas con litosfera ocenica (tambin se han repre-sentado las plataformas y taludes continentales porestar sumergidas). Esta figura puede verse ampliadaen la pgina 130 de este monogrfico; su versin encolor est disponible en la pgina web de la AEPECT.

Fig. 10. Procedimiento para conseguir la densidadestablecida para las cajas de plstico.

Fig. 8. Principales elementos geomorfolgicos delPlaneta en zonas con litosfera continental. Esta fi-gura puede verse ampliada en la pgina 128 de es-te monogrfico; su versin en color est disponibleen la pgina web de la AEPECT.


Tabla IV. Caractersticas de las cajas sustitutas dela corteza terrestre.

Las dos cajas se introducen en una cubeta conagua y, con la ayuda de una regla milimetrada, to-mamos las medidas (Fig. 11) hasta completar la si-guiente tabla V:

Tabla V. Porciones sumergidas y emergidas de lascajas en funcin de su espesor.

5.1 Qu ocurre cuando aumenta el espesor de lascajas?

5.2 Ilustra grficamente tus conclusiones 5.3 Sabiendo que en las zonas continentales la den-

sidad de la corteza permanece constante, cmoexplicas el hecho de que existan unas regionesms elevadas que otras dentro de los propioscontinentes?Ahora vamos a investigar la influencia de la

densidad de la caja de plstico respecto a la porcinde la misma que queda emergida y sumergida. Paraello te proponemos que experimentes asignandodensidades de 0,5 y 0,8 g/cm3 a la caja, a la que de-bes mantener un espesor fijo. Por ejemplo, si utili-zas una caja de h= 10 cm. Para conseguir las densi-dades deseadas debes aadir o quitar arena hastaque se cumplan las relaciones

m = 0,5 g/ cm3 1000 cm3m = 0,8 g/ cm3 1000 cm3

Completa la tabla VI con los datos obtenidos.

Tabla VI. Caractersticas de las cajas para distin-tas densidades.

5.4 Qu ocurre si variamos la densidad de las cajasmanteniendo constante la densidad del lquidosubyacente? Ilustra grficamente tus conclusio-nes

5.5 Asumiendo que la corteza continental tiene unespesor medio de 35 km y una densidad de 2,8g/cm3, y que la corteza ocenica tiene un espe-sor de 5 km y una densidad 3 g/cm3, intenta daruna explicacin al hecho de que los continentespresenten una posicin elevada respecto a losfondos ocenicos

APLICACIN Y RESULTADOS Algunas de estas actividades fueron realizadas

con estudiantes de 4 de ESO durante los cursos2005/06 y 2006/07. A continuacin, presentamosun anlisis de los resultados obtenidos.

En primer lugar mostramos los resultados obte-nidos en las actividades 1 (Fig. 12) y 3 (Fig.13),que fueron realizadas por 23 alumnos y alumnasdistribuidos en grupos de 2 y 3 personas. Estas acti-vidades se desarrollaron en aulas dotadas de orde-nadores con conexin a Internet. Cada uno de losgrupos complet un cuaderno de actividades queentreg al finalizar la sesin, y que dur entre dos ytres horas. Los resultados obtenidos tras la aplica-cin de las actividades quedan sintetizados en lassiguientes figuras (Fig. 12 y 13):

El anlisis de estos datos nos ha permitido lle-gar a varias conclusiones que exponemos a conti-nuacin.

En las actividades procedimentales (1.1, 1.2,1.3, 1.4, 1.7, 1.10, 1.11, 1.12, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 y3.5), en las que se interpretaron grficas y esquemasobtuvieron mejores resultados, mientras que en lasdeductivas y explicativas (1.5, 1.6, 1.8, 1.9, 1.13 y3.6) se lograron resultados ms dispares. Tan sloen dos de las actividades propuestas las respuestascorrectas estuvieron por debajo del 50% (1.6 y1.13). En la primera de ellas slo indicaron uno delos factores solicitados, mientras que en la segundaencontraron dificultades para la interpretacin delmapa donde se mostraba la informacin.

La actividad 4, al ser mucho ms global, permi-te distintos grados de profundizacin en funcin delnivel en el que se aplique. Nosotros realizamos la

Fig. 11. Cajas (corteza) en las cubetas con agua(manto).

VOLUMEN DENSIDAD MASA DE LA DE LA CAJA DESEADA CAJA CON ARENA

(v) (d=m/v) (m=dv)

ESPESOR DE PORCIN PORCIN RELACIN LA CAJA (h) SUMERGI- EMERGIDA r/h

cm DA (r) cm (h-r) cm

DENSIDAD PORCIN PORCIN RELACIN DEL BLOQUE SUMERGI- EMERGIDA r/h

(g/cm3) DA (r) cm (h-r) cm

0,50,8

actividad con el mismo alumnado que realiz lasactividades 1 y 3. Los resultados variaron en fun-cin del rea estudiada por cada uno de los grupos,aunque en general, el alumnado era capaz de reco-nocer las distintas unidades geomorfolgicas de surea de estudio.

La actividad 5 se realiz durante el curso2006/2007 con un grupo de 14 alumnos y alumnasde 4 de ESO, utilizando el laboratorio de CienciasNaturales. Los estudiantes se organizaron en grupos

de 3 4 componentes, y cada uno de los grupos de-sarroll la actividad de forma independiente. La du-racin total de la actividad fue de dos horas. Los re-sultados obtenidos fueron los siguientes (Fig. 14):

Los resultados muestran que el alumnado, ade-ms de desarrollar los aspectos manipulativos querequiere la elaboracin de modelos en el laborato-rio, es capaz de responder correctamente a todaslas preguntas en un porcentaje que vara entre el79% y el 100%.


Fig. 12. Representacin grfica de los resultados obtenidos en la aplicacin de la actividad 1 (El relieve y laisostasia).

Fig. 13. Representacin grfica de los resultados obtenidos en la aplicacin de la actividad 3 (El relieve y elflujo trmico).

Fig. 14. Representacin grfica de los resultados obtenidos en la aplicacin de la actividad 5 (Modelos anal-gicos).

CONCLUSIONES

Las actividades didcticas son un complementoesencial para que nuestros estudiantes comprendanconceptos tericos como la isostasia y el flujo trmi-co, as como su influencia en el relieve terrestre. Lasactividades propuestas en este artculo pretenden ser-vir de ayuda al alumnado para que conozcan mejor elplaneta en el que viven. Una vez realizadas podrnresponder a preguntas como por qu existen cuen-cas ocenicas y continentes?, a qu es debida la di-ferencia de relieve entre una cadena montaosa o unaextensa llanura continental? o cmo se han formadolos 75000 km de cordilleras ocenicas?, entre otras.

Los resultados obtenidos en la aplicacin de estasactividades a grupos poco numerosos de estudiantesde 4 de ESO han permitido establecer que la mayo-ra del alumnado alcanza los objetivos planteados apriori, consiguiendo un mayor grado de conocimien-to del relieve terrestre y una adecuada interpretacina escala global de los factores que condicionan lasvariaciones fisiogrficas de nuestro planeta.

Por ltimo, consideramos que este tipo de activi-dades pueden ser adaptadas a distintos niveles edu-cativos en funcin de los conocimientos previos delalumnado, as como del grado de detalle que preten-damos alcanzar. En cualquier caso, el desarrollo delas actividades ha de plantearse de forma escalonaday gradual, pasando progresivamente de rasgos topo-grficos de mayor escala a otros ms especficos.

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Prez, A. (2007). Qu necesitamos para comprender elrelieve terrestre?, Enseanza de las Ciencias de la Tierra,(en este volumen).

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Fecha de recepcin del original: 11 junio de 2007Fecha de aceptacin definitiva: 31 julio de 2007


ANEXOS. SOLUCIONES A LAS ACTIVIDADES PROPUESTAS

Actividad 1.1 El bloque flota (Fig.15).

Actividad 1.2 El bloque permanece englobado dentro del l-quido (Fig.16).

Fig. 15. Flotabilidad de un bloque que est in-merso en un lquido de mayor densidad.

Fig. 16. Flotabilidad de un bloque de igual den-sidad que la del lquido en el que est inmerso.

ACTIVIDAD N 1: EL RELIEVE Y LA ISOSTASIA


Actividad 1.3 El bloque se hunde hasta encontrar un material ms denso.

Actividad 1.4 Aumenta proporcionalmente el espesor de la parte sumergida y el de la emergida

Actividad 1.5

Actividad 1.6 Podra deberse a una disminucin del espesor (y por tanto de la masa) del bloque, o bien a una disminu-cin de la densidad del lquido subyacente.

Actividad 1.7Conforme aumenta la densidad del bloque mayor es la porcin sumergida del mismo, aumentando la re-lacin r/h.

Tabla I. Caractersticas de los bloquesESPESOR PORCIN PORCIN

BLOQUE (h) SUMERGIDA (r) EMERGIDA (h-r) RELACIN r/h(en km) (en km) (en km)

10 8,5 1,5 0,8530 25,5 4,5 0,8550 42,4 7,6 0,8570 59,4 10,6 0,85

100 84,8 15,2 0,85

Tabla II. Caractersticas de los bloques para distintas densidades.DENSIDAD PORCIN PORCIN

DEL BLOQUE SUMERGIDA (r) EMERGIDA (h-r) RELACIN r/h(g/cm3) (en km) (en km)

2,8 25,5 4,5 0,853,0 27,3 2,7 0,91

Fig. 17. Porcin sumergida y emergida de bloques con diferentes espesores A (10 km), B (50 km) y C(100 km), y densidad de 2,8 g/cm3 sobre un lquido de densidad 3,3 g/cm3.

Fig. 18. Porcin sumergida y emergida de bloques con densidades de 2,8 g/cm3 (A) y 3,0 g/cm3 (B) so-bre un lquido de densidad 3,3 g/cm3.

A B


Actividad 1.8 La menor densidad de los materiales que constituyen la corteza continental y su mayor espesor justificaque los continentes presenten una posicin ms elevada respecto a los fondos ocenicos, en los que ladensidad de los materiales es mayor y el espesor de la corteza ocenica es menor.

Actividad 1.9

Actividad 1.10 S, mientras que en los continentes el espesor es superior a 10-15 km, siendo el espesor medio de 35 km,en los ocanos ste es inferior, siendo su espesor medio de 5 km.

Actividad 1.11 70 y 60 km.

Actividad 1.12 En el Himalaya y en los Andes respectivamente.

Actividad 1.13 Porque en las cordilleras se produce un aumento del espesor de la corteza y slo una parte de la mismaqueda sobre el nivel del mar. El resto de la corteza corresponde a la parte sumergida o lo que podemosdenominar las races de las montaas. Es algo similar a lo que ocurre con bloques de madera o de hie-lo que flotan en el agua (Fig. 20).

Fig. 19. Corte geolgico esquemtico que muestra la diferencia en el espesor de la corteza y topografaentre continentes y ocanos. Modificado de Wadsworth Publising company / ITP 1998. (En: http://www.globalchange. umich.edu/globalchange1/current/lectures/topography/topography.html

Fig. 20. A. Relacin entre la raz de un tmpano de hielo y su relieve emergido. B. Esta relacin es ex-trapolable a la corteza continental que flota en un manto ms denso, como se puede observar en esteesquema simplificado de la corteza terrestre (combinacin de los modelos de Airy y de Pratt).


ACTIVIDAD N 2: El EQUILIBRIO ISOSTTICO O CMO AFECTAN LOS CAMBIOS DEMASA DE LA CORTEZA AL RELIEVE?

Actividad 2.1 9 m, ya que aunque la fusin elimina los primeros 10 m superficiales, el iceberg sufre un ascenso paraconseguir el equilibrio hidrosttico, cuyo resultado es que en superficie la altura del iceberg nicamenteha disminuido 1 m y la raz del iceberg ha disminuido 9 m Y qu profundidad tendr su raz? 81 m.

Actividad 2.2 11 m de altura y 99 m de raz.

Actividad 2.3 A 20 m.

Actividad 2.4 S, tendran que pasar 80 das.

Actividad 2.5Las dos cordilleras se originaron por procesos similares que produjeron, en ambos casos, un engrosa-miento de la corteza. Pero los Apalaches son una cordillera antigua (inactiva) mientras que el Himalayaes un orgeno reciente (activo). En los Apalaches ya slo actan los procesos geolgicos externos. Laerosin progresiva de los Apalaches desencadena, por reajuste isosttico, una disminucin del espesorcortical y, por tanto, del relieve (Fig. 21).

ACTIVIDAD N3. EL RELIEVE Y EL FLUJO TRMICO (ISOSTASIA TRMICA)

Actividad 3.1Aumenta debido a su dilatacin.

Actividad 3.2Aqul que tenga mayor temperatura.

Actividad 3.3En aquellos lmites de placas en los que existen dorsales ocenicas. Porque se produce el ascenso de ma-teriales calientes del interior terrestre (Fig. 22).

Fig. 21. Relacin entre el relieve y el espesor cortical. Modificado de Tarbuck y Lutgens (2005).

Fig. 22. Esquema del relieve de una cordillera ocenica y su relacin con el flujo trmico (ms elevadoen el sector central).


Actividad 3.4

El flujo trmico va disminuyendo progresivamente a medida que nos alejamos del eje de la dorsal.

Actividad 3.5Mayor porque la corteza ocenica est ms fra.

Actividad 3.6 El flujo trmico en el eje de la dorsal es mayor que en las zonas adyacentes (llanuras abisales). Este ma-yor flujo trmico hace que las rocas de la litosfera ocenica sean menos densas, por lo que se elevanisostticamente generando estos relieves sobre el resto de la llanura abisal.

ACTIVIDAD N 4: DESCRIBE Y EXPLICA EL RELIEVE DEL PLANETA

Actividad 4.1

Actividad 4.2Descripcin de las unidades de relieve delimitadas en el rea de estudio.

Fig. 23. Delimitacinde las distintas unida-des de relieve en unrea de la placa suda-mericana.

UNIDAD DE DESCRIPCIN ORIGENRELIEVE DEL RELIEVE

Cordillera de los Andes

Extensas llanuras en las queafloran rocas gneas o meta-mrficas

Extensas llanuras constitui-das por rocas sedimentariasque cubren las rocas gneas ymetamrficas de los escudos.

Zonas sumergidas suave-mente inclinadas (platafor-mas continentales) y de ma-yor inclinacin (taludes).

Cinturones montaosos

(Andes)

Escudos

Plataformasestables

Plataformas continentales y

taludes (mrgenescontinentales)

Subduccin de la placa de Nazca (litosfera oce-nica) bajo la Sudamericana (litosfera continen-tal). En este contexto se produce un engrosa-miento cortical (aproximadamente 60 km) portectnica (esfuerzos compresivos) y por la acti-vidad gnea. Por isostasia se eleva el relieve.

Erosin de cordilleras antiguas formando una cor-teza continental ms delgada. Por reajuste isostti-co el relieve se hunde respecto a los Andes.

Idntico a los escudos.

Prolongacin de la corteza continental bajo losocanos. En los mrgenes continentales la cor-teza continental se adelgaza y se hunde progre-sivamente por isostasia.


ACTIVIDAD N 5: MODELOS ANALGICOS SOBRE ISOSTASIA Y RELIEVE

Actividad 5.1 Aumenta proporcionalmente el espesor de la partesumergida y el de la emergida

Zonas extremadamente pla-nas situadas a entre 4000 y5000 m de profundidad enlas cuencas ocenicas.

Cadena montaosa que seeleva entre 2000 y 3000 msobre el fondo ocenico.

Depresin muy profunda demorfologa alargada y es-trecha.

Islas de origen magmtico.

Llanura abisal

Cordillera ocenica

Fosa ocenica

Islas volcnicas y montes

submarinos

Corteza ocenica fra y densa.

Elevado flujo trmico que produce dilatacin ydisminucin de la densidad de los materiales,con el consiguiente ascenso isosttico.

Hundimiento de la corteza ocenica fra y den-sa que genera un profundo surco entre las dosplacas litosfricas. Nota: en este caso concretono es tan profunda porque est rellena parcial-mente de sedimentos provenientes de la erosinde los Andes.

El origen de estos relieves volcnicos suele es-tar relacionado con puntos calientes.

Tabla IV. Caractersticas de las cajas sustitutas de la corteza terrestre.VOLUMEN DENSIDAD MASA DE LA CAJA

DE LA CAJA (v) DESEADA (d=m/v) CON ARENA (m=dv)1000 cm3 0,85 g/cm3 850 g231 cm3 0,85 g/cm3 196 g

Tabla V. Porciones sumergidas y emergidas de las cajas en funcin de su espesor.ESPESOR PORCIN PORCIN

DE LA CAJA(h) SUMERGIDA (r) EMERGIDA (h-r) RELACIN r/hcm cm cm

10 8,5 1,5 0,853,8 3,2 0,6 0,84

Fig. 24. Relacin entre la porcin sumergida y emergida delas cajas. Esta relacin es extrapolable a la corteza conti-

nental que flota en un medio ms denso.

Actividad 5.2


Actividad 5.3 Porque existen variaciones en el espesor de la corteza. Cuanto mayor es el espesor de la corteza mayores el relieve que observamos en la superficie.

Actividad 5.4Conforme aumenta la densidad del bloque mayor es la porcin sumergida del mismo, aumentando la re-lacin r/h (Fig. 25)

Actividad 5.5 La menor densidad de los materiales que constituyen la corteza continental y su mayor espesor justificaque los continentes presenten una posicin ms elevada respecto a los fondos ocenicos, en los que ladensidad de los materiales es mayor y el espesor de la corteza ocenica es menor.

Tabla VI. Caractersticas de las cajas para distintas densidades.DENSIDAD PORCIN PORCIN

DEL BLOQUE SUMERGIDA (r) EMERGIDA (h-r) RELACIN r/h(g/cm3) (en cm) (en cm)

0,5 5 5 0,50,8 8 2 0,8

Fig. 25. Variaciones de las porciones emergidas y sumergidas de las cajas al modificar la densidad delas mismas.

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