Levantamientos por heladas y muros de piedra de Connecticut Tarea Alineación con los estándares: * Expectativa de desempeño: HS-ESS2-5 — Planificar y llevar a cabo una investigación sobre las propiedades del agua y sus efectos en los materiales terrestres y los procesos superficiales. * Declaraciones de evidencia: Los estudiantes planifican y llevan a cabo una investigación que identifica las propiedades del agua (como su expansión al congelarse) y sus efectos en los materiales terrestres y los procesos superficiales. * Práctica de ciencia e ingeniería: Planificación y realización de investigaciones * Ideas centrales disciplinarias: ESS2.A: Materiales y sistemas terrestres * Concepto transversal: Causa y efecto Enlace de simulación: Heaves de escarcha y muros de piedra de Connecticut ## Introducción Connecticut tiene más millas de muros de piedra que casi cualquier otro estado: se estima que 50,000 millas de ellos serpentean a través de bosques y campos. Cuando los agricultores del siglo XVIII limpiaban sus campos cada primavera, se sorprendían al encontrar rocas nuevas en la superficie cada año, como si la Tierra las estuviera haciendo crecer. ¿De dónde venían estas rocas? La respuesta reside en una propiedad única del agua. En esta tarea, utilizarás la simulación Levantamientos por heladas y muros de piedra de Connecticut para planificar y llevar a cabo una investigación que descubra el mecanismo detrás de este fenómeno. ## Parte 1: Haz una predicción Antes de comenzar tu investigación, considera lo que ya sabes sobre el agua y el hielo. 1. Recuerda: ¿Qué le sucede al volumen del agua cuando se congela? ¿En qué se diferencia esto de la mayoría de las demás sustancias? 2. Predice: La simulación comienza con 30 rocas enterradas en suelo limoso/franco típico de Connecticut con un 60 % de humedad. Escribe una predicción: ¿Cuántos ciclos de congelación-descongelación (años) tardará la primera roca enterrada en llegar a la superficie? Explica tu razonamiento. 3. Introduce tu predicción en el cuadro de predicción de la simulación antes de hacer clic en Iniciar. ## Parte 2: Investigación de referencia Ejecute la simulación con la configuración predeterminada (suelo limoso/franco, 60 % de humedad, invierno moderado) y observe con atención. 1. Observar: Haga clic en “Iniciar” y observe la sección transversal del suelo a través de varias estaciones. Describa lo que ve que sucede con las rocas durante el invierno (cuando la temperatura baja de 0 °C) en comparación con la primavera (cuando la temperatura sube por encima de 0 °C). 2. Registrar datos: Deje que la simulación se ejecute durante al menos 10 años. Utilice la tabla de registro de datos para registrar: * El año en que la primera roca llega a la superficie * El número total de rocas superficiales después de 10 años * La profundidad de la helada durante el invierno 3. Comparar: ¿Cómo se comparó su predicción de la Parte 1 con el resultado real? ¿Qué le sorprendió, si es que algo lo hizo? ## Parte 3: Investigación sistemática: Aislamiento de variables Una buena investigación prueba una variable a la vez. Ahora planificará y llevará a cabo una investigación controlada para determinar qué factores tienen el mayor efecto en el levantamiento por helada. Reinicie la simulación entre cada ensayo. ### Conjunto de ensayos A: Humedad del suelo Mantenga el tipo de suelo en limo/franco y la severidad del invierno en moderada. Ejecute tres ensayos de 15 años: | Ensayo | Humedad | Rocas superficiales (año 15) | Profundidad de la escarcha (invierno) | Observaciones | |:——|:———|:————————|:———————|:————-| | A1 | 0% (seco) | | | | | A2 | 60% | | | | | A3 | 100% | | | | ### Conjunto de ensayos B: Severidad del invierno Mantenga el tipo de suelo en limo/franco y la humedad en 60%. Ejecute tres ensayos de 15 años: | Ensayo | Invierno | Rocas superficiales (año 15) | Profundidad de la escarcha (invierno) | Observaciones | |:——|:———-|:————————|:———————|:————-| | B1 | Muy suave | | | | | B2 | Moderado | | | | | B3 | Ártico | | | | ### Conjunto de pruebas C: Tipo de suelo Mantenga la humedad al 60% y la severidad del invierno en Moderada. Ejecute cuatro pruebas de 15 años: | Prueba | Tipo de suelo | Rocas superficiales (Año 15) | Profundidad de la escarcha (Invierno) | Observaciones | |:——|:————|:————————|:———————|:————-| | C1 | Arena | | | | | C2 | Limo/Franco | | | | | C3 | Arcilla | | | | | C4 | Suelo misterioso| | | | ## Parte 4: Análisis del suelo misterioso La simulación incluye una opción “¿Suelo misterioso?”. 1. Investigar: Ejecute al menos dos pruebas con el suelo misterioso (variando la humedad o la severidad del invierno). Registre sus datos. 2. Analizar: Compare la tasa de levantamiento del suelo misterioso con la de Arena, Limo/Franco y Arcilla. ¿A qué tipo de suelo conocido se parece más? ¿Es más o menos eficaz en el levantamiento por heladas? 3. Afirmación: Con base en sus datos, haga una afirmación sobre las propiedades del suelo misterioso. ¿Qué característica (drenaje, capilaridad, tamaño de partícula) explicaría su comportamiento? ## Parte 5: Construya su explicación Utilizando la evidencia que recopiló de todos sus ensayos, construya una explicación científica completa del levantamiento por helada. Su explicación debe: * Identificar la propiedad única del agua (expansión al congelarse) que hace posible el levantamiento por helada. * Describir el mecanismo paso a paso: ¿Cómo se forma una lente de hielo? ¿Por qué la roca se mueve hacia arriba pero no vuelve a bajar completamente? (Esto se llama el “efecto trinquete”). * Utilice sus datos para explicar qué variables ambientales (humedad, severidad del invierno, tipo de suelo) tienen el mayor efecto y por qué. * Aplicar el concepto transversal de Causa y Efecto: ¿Cuál es la causa? ¿Cuál es el efecto? ¿La relación es simple o compleja? * Conéctate con el fenómeno: Usa tu explicación para responder a la pregunta original: ¿Por qué los agricultores de Connecticut encontraban rocas nuevas en sus campos cada primavera y por qué hay más de 50,000 millas de muros de piedra en el estado?