Minerales y Rocas: Propiedades, Clasificación y Sostenibilidad Ambiental

Minerales y rocas

El objetivo de este tema es plantear el estudio de minerales y rocas a través de sus propiedades más sencillas, para que puedan ser comprobadas por el alumnado (capacidades, observación, clasificación) y dar a conocer su utilidad para las personas en su vida diaria.

Noción de mineral

Los minerales son compuestos químicos, siempre sólidos, que se han formado por procesos naturales, con composición definida pero no fija normalmente, y disposición atómica ordenada que da lugar a la formación de cristales. Tienen propiedades como la dureza, el hábito, la exfoliación, el brillo, el color, la fractura, la densidad y la raya.

Ejemplos: oro nativo, plata nativa, diamante nativo y pulido, cobre, galena, calcopirita, pirita, magnetita, cuarzo, yeso, mica, calcita y halita.

Noción de roca

Las rocas son materiales compuestos por minerales, por fragmentos de otras rocas o por restos de organismos, que se han formado en condiciones determinadas. Son sólidas, aunque el petróleo puede estar en estado sólido, líquido o gaseoso.

Propiedades de las rocas

• Composición mineralógica: los minerales que la componen.
• Textura: disposición de los elementos que forman la roca a escala microscópica (tamaño de granos o cristales, forma, porosidad, permeabilidad).
• Estructura: disposición de los elementos que forman la roca a mayor escala (estratificación, laminación, filones).

Clasificación de las rocas

Rocas sedimentarias

Son el resultado de un conjunto de procesos de erosión, transporte, sedimentación y diagénesis (compactación). La acción del agua superficial, el hielo o el viento produce la erosión de rocas superficiales terrestres (magmáticas, sedimentarias o metamórficas). Los materiales erosionados se transportan por el viento, el agua... Cuando la energía del agente de transporte disminuye, su capacidad de transporte también, y el material transportado se deposita (en cuencas de ríos o lagos, frentes glaciares, cuencas...). Los sedimentos son porosos, blandos y saturados de agua. Tiene que haber diagénesis, entendiéndose como los materiales sedimentos que se depositan sobre ellos, aumentando la presión y la temperatura: compactación (eliminación de poros), cementación (precipitación entre granos de minerales que actúan como cemento) y cambios de estructura y composición mineralógica.

Propiedades: composición mineralógica, textura, estructura y color. Permite diferenciar y clasificar rocas y suministra datos sobre su origen y los procesos que ha sufrido en su transformación (caliza, conglomerado).

Rocas magmáticas o ígneas

Se forman en el interior de la tierra por ascendencia y consolidación de un magma. Los procesos de fusión dan lugar a la formación del magma, como consecuencia del aumento de temperatura o disminución de presión. Los magmas tienden a ascender hacia la superficie de la tierra porque son menos densos que las rocas que los rodean y aprovechan zonas de menor presión para acceder. Durante su ascenso, el magma se va enfriando y solidificando en el interior de la tierra, lo que permite que cristalicen minerales y da lugar a rocas plutónicas, como el granito (no pueden ascender y se enfrían quedándose dentro; puede estar fuera por erosión). Cuando en su ascenso encuentra una zona de menor presión (fracturas o discontinuidades), el magma asciende rápidamente hacia la superficie dando lugar a erupciones volcánicas. Al enfriarse muy rápidamente, los minerales no cristalizan bien, son rocas volcánicas, como el basalto o las subvolcánicas (no llegan a enfriarse del todo, en la superficie).

Propiedades: composición mineralógica y textura, que nos permiten reconstruir los procesos de su génesis y su lugar de formación, procesos que no pueden ser observados directamente, además de presión y temperatura, al igual que las sedimentarias.

Rocas metamórficas

Se forman por metamorfismo, en zonas más profundas. Como consecuencia de incrementos de temperatura y presión del interior de la tierra, se producen transformaciones de unos minerales en otros sin alcanzar la temperatura de fusión. Las rocas originales pueden ser de cualquier tipo. Los procesos y lugares en los que hay metamorfismo pueden ser cuencas (por acumulación de grandes espesores, hay aumento de presión y temperatura), zonas de fractura intensa, alrededor de cuerpos ígneos y en relación con zonas de choque de placas (mármol, esquisto, gneis y pizarra). Se producen con mayor aumento de presión y temperatura que las sedimentarias.

Propiedades: composición mineralógica, textura y estructura, que proporcionan información sobre la roca original y el proceso metamórfico.

Minerales y rocas primarios

Las rocas y minerales están en un grupo general llamado piedras, tierra o suelo. En relación con su origen, se refieren a la localización inmediata (agua, minas, volcanes, ríos, rocas), producto de formación que no va más allá de lo que 'creen'. Las propiedades que consideran son solo las observables directamente (aspecto, color, rugosidad, brillo, forma). Desconocen si son productos naturales o artificiales. No identifican en su entorno urbano inmediato, están en montañas, ríos, volcanes o campos. Solo conocen algunas utilidades relacionadas con su vida cotidiana asociadas al hogar (yeso, carbón, mármol). Siempre son compactos y duros; si no son así, son tierra o suelo. Algunos piensan que tienen la misma edad que la tierra. La mayoría piensa que no están sujetos a cambios.

Orientaciones para la enseñanza de minerales y rocas en primaria

No se debe plantear el estudio aislado de otros contenidos disciplinares. Las propuestas deben estar contextualizadas en necesidades de recursos naturales en nuestra vida, relacionando su utilización e implicaciones sociales de su uso. Hay que considerar las ideas que tienen los escolares al inicio. Los contenidos deben estar basados en observación e identificación de características minerales y rocas mediante su manipulación, sin pretender que de esta surjan modelos interpretativos. Hay que diferenciar aspectos descriptivos de rocas y minerales adecuados para el nivel primario de aspectos derivados de la interpretación de modelos teóricos, cuya comprensión necesita un gran nivel de abstracción. El alumnado aprende a partir de lo concreto: lo cercano serán las propiedades de rocas, y lo lejano la interpretación de su origen. Hay que partir de las propiedades y no de su origen.

Sostenibilidad

Ecosistemas

Biosfera: conjunto de seres vivos que habitan la tierra y zona que ocupan.

Ecosistema: parcela de biosfera delimitada por características más o menos precisas, formada por individuos de muchas especies que dependen de características del medio físico-químico en que viven y modifican.

• Biocenosis: seres vivos, componente biótico (vivo).
• Biotopo: medio físico-químico (componente abiótico, no vivo), determinado por una serie de parámetros físicos o químicos como temperatura, humedad, disponibilidad de agua, luminosidad, suelo...
• Interrelaciones.

Población: conjunto de todos los individuos de una misma especie reunidos en un ecosistema.

Comunidad: conjunto de todas las poblaciones que habitan juntas.

Clave de ecosistemas: relaciones que en él se establecen. En un ecosistema lo más importante no son las unidades aisladas de seres vivos, sino cómo estos se relacionan entre sí y con el medio en que viven, porque cada elemento puede influir en los demás.

Hábitats: lugares donde viven y se desarrollan especies con características determinadas, encuentran refugio, alimento y se pueden reproducir.

Selección natural: las especies se van adaptando al medio modificando aspectos anatómicos y fisiológicos.

Cadenas y redes alimentarias

Están compuestas por grupos de organismos que se transfieren materia y energía unos a otros.

• 1.º nivel trófico: plantas, productores. Formados por organismos que obtienen energía de una fuente externa al sistema. Producen su propia materia orgánica que puede servir de alimento a otros seres. De productores a consumidores herbívoros (ratones, pájaros, cabras, ardillas, conejos) y de estos a consumidores carnívoros (comadrejas, musarañas, erizos, avispas), después lince, gato montés.
• Descomponedores (bacterias y hongos): se alimentan a partir de materiales de desecho de animales y restos de plantas y animales. Bacterias y hongos culminan el proceso de descomposición y cierran el ciclo produciendo materia inorgánica que puede ser utilizada por productores.

Cadenas tróficas: vías por las que circula materia y energía de ecosistemas, se representan mediante flechas. El sentido de la flecha tiene significado 'es comido por'. Cada eslabón de cadena = 1 nivel trófico.

• 1.º nivel trófico: plantas (productores).
• 2.º nivel trófico: herbívoros (consumidores primarios).
• 3.º nivel trófico: carnívoros (consumidores secundarios).
• 4.º nivel trófico: carnívoros secundarios (grandes animales que se alimentan de otros carnívoros).
• Descomponedores: su función es mantener la calidad del suelo, lo airean y reciclan nutrientes que son necesarios para el crecimiento de la vegetación.

En una cadena alimentaria se va perdiendo materia y energía en el proceso de transferencia y pérdidas. Una parte se pierde en excrementos, mudas, pelos y otra se usa en el mantenimiento de la vida y la reproducción, como movimiento, crecimiento, regulación de temperatura... Por eso, cada vez que subimos en la pirámide, se estrecha: leones o insectos. La materia y energía que se almacena en tejidos u órganos que se comen, como herbívoro o carnívoro, es la que se transfiere al eslabón siguiente.

Interrelaciones entre poblaciones

Interrelación entre depredadores y presas: no agotan las relaciones tróficas que existen entre poblaciones de un ecosistema.

Relación depredador-presa: se pueden aplicar modelos matemáticos que simulan variaciones que tienen lugar entre ambas poblaciones. Si aumenta el número de presas, en un tiempo aumenta la del depredador, y esto aumenta frena la expansión de la población de presas. La presencia de una población de depredadores puede favorecer a poblaciones de sus presas al eliminar a otros depredadores de la misma presa.

Relación patrón-comensal (comensalismo): un organismo (comensal) aprovecha el sobrante de comida del patrón u hospedador, sus mudas, excrementos, secreciones, parásitos... Esta asociación puede producirse en el interior de cavidades del cuerpo o en la superficie del cuerpo (tiburón y rémoras).

Competencia: cuando 2 o más organismos de igual o distinta especie hacen uso de los mismos recursos escasos o limitados en el mismo ecosistema (pájaros gorjeadores). Relación antagónica que suele acabar con la 'eliminación' de una de las poblaciones en competición.

Mutualismo: se benefician 2 especies distintas (pez payaso y anémona). El pez protege de depredadores y la anémona también. Hay interacción entre ellos.

Relación simbiótica: beneficios para ambos seres. Relación muy frecuente en personas (bacterias intestinales), animales (bacterias estomacales de rumiantes) y plantas (bacterias en raíces de leguminosas). Los líquenes surgen por simbiosis entre hongo y alga.

Relación huésped-parásito: beneficio para el parásito. Explotación en esta relación del comensal, menor que el patrón. La explotación no conduce a la eliminación del patrón, sino a su debilitamiento.

Competencia: como los recursos son limitados, muchos organismos usan los mismos recursos. Relación antagónica que suele acabar con la 'eliminación' de una de las poblaciones en competición.

Relación de neutralidad: cuando poblaciones no interfieren entre sí, aunque tengan misma fuente alimentaria (animales diurnos y nocturnos).

Naturaleza compleja y organizada

Todos los seres vivos necesitan energía. Las plantas captan energía de la luz solar y los animales la obtienen comiendo plantas u otros animales. Nosotros comemos para obtener nutrientes que nos proporcionan energía. Si comemos una vaca, esta come hierba; si comemos atún, estos comen plancton y algas.

Todos estos seres vivos necesitan materia. Las plantas fabrican a partir de sustancias simples del suelo y aire; los animales, aunque obtienen oxígeno del aire, en mayor parte obtienen la materia de los alimentos que ingieren. Las plantas hacen fotosíntesis, es complementaria a la respiración. La energía y materia van pasando de eslabón a eslabón en cadenas tróficas (pirámide). En cada eslabón de cadena parte de energía y materia pasa a descomponedores. Cuando un organismo es comido por otro, esta energía y materia no es eliminada en su totalidad: las heces y otros restos que los descomponen son consumidos por los descomponedores. Los siguientes animales del nivel trófico captan materia y energía.

Los descomponedores devuelven al suelo la materia formada por sustancias simples que son usadas de nuevo por plantas para formar alimento. La materia orgánica se transforma en inorgánica. Todos dependemos de energía procedente del Sol. Todos los seres vivos necesitan unos de otros para obtener energía y materia imprescindibles para sobrevivir. La naturaleza posee su propio mecanismo de reciclaje de materia, de manera que todos los seres vivos necesitan unos de otros para sobrevivir.

Biodiversidad

Biodiversidad: diversidad genética, específica y de ecosistemas, resultado del proceso evolutivo. Lentamente, pero de forma inevitable, se renuevan especies; el periodo de existencia es finito. Anualmente se destruyen más de 16 millones de hectáreas de bosques naturales. Extinción del 42% de mamíferos, 43% de aves y 45% de mariposas. Casi 30% de vertebrados en Murcia desaparecidos.

Pérdida de biodiversidad

Las actividades humanas contribuyen a eliminar especies por: alteración o destrucción de ecosistemas (contaminación, degradación...), contaminación atmosférica, de aguas, y eliminación directa de ecosistemas (sobreexplotación de recursos).

Alteración y/o destrucción de ecosistemas

Degradación de ambientes y paisajes: el aumento de la población humana y necesidades de bienestar conllevan a que se esté actuando sobre zonas que hasta hace poco se consideraban a salvo (explotación de gas y petróleo, selvas, Amazonas).

Ocupación de espacios (urbanismo): eliminación de determinados espacios de poca extensión, algunos de ellos o de no demasiados ejemplares de flora y fauna puede ser suficiente para su desaparición (microurbanizaciones, campos de golf). Desarrollos urbanísticos alteran y ocupan un porcentaje significativo del territorio regional. Se elimina vegetación (desmontes, desbroces, encauzamientos...), varían o ciegan cursos de agua permanentes y ocasionales, se matan animales o huyen.

Desertificación (pérdida de terreno fértil): proceso por el que tierras áridas o semiáridas se degradan perdiendo capa fértil y capacidad para ser cultivadas o reforestadas. Causa principal: actividad humana (deforestación, incendios, sobrepastoreo...) y malas prácticas agrícolas y ganaderas.

Contaminación

La actividad humana genera gran cantidad de productos que, por su concentración excesiva, contaminan aire, aguas y tierras, y tienen consecuencias nefastas para la vida. Productos tóxicos con alta toxicidad son causa de mutaciones genéticas, enfermedades... en plantas, animales y personas. Los pesticidas sintéticos llegan a la cadena alimentaria porque se quedan adheridos a tejidos vegetales o pasan a la atmósfera o cursos de agua.

• Contaminación atmosférica.
• Contaminación de aguas dulces (superficial y subterránea): vertidos urbanos con desechos orgánicos y detergentes, vertidos ganaderos y agrícolas con gran cantidad de fertilizantes, industriales... hacen que aguas claras ricas en O2 se transformen en turbias, verdosas, pestilentes, con crecimiento de algas, pobres en O2 y animales diferentes a los que habían.
• Contaminación de mares y océanos: el mar es el vertedero final para la mayoría de desechos: vertidos urbanos, ganaderos, agrícolas e industriales, incluso parte de la contaminación del aire. Accidentes petroleros nos son conscientes de cantidades que se vierten al mar. El 5% de vertido anual de petróleo al mar (accidentes). En fondos oceánicos hay miles de barriles con sustancias como plutonio, cesio o mercurio.

Eliminación directa de ecosistemas

La sobreexplotación de recursos naturales lleva casi a la extinción o desaparición natural de estos recursos.

• Explotación de especies (pesca): grandes pesqueros acceden a bancos de pesca sin que se haya hecho antes una evaluación de ésta, donde se puede pescar. Grandes redes arrastran y esquilman peces, crustáceos, moluscos, tortugas, aves acuáticas... atunes, captura de ballenas (solo sobrevive el 1% de la población inicial de ballenas azules porque las capturan, aunque está prohibido).
• Agua: cuando no hay suficiente agua superficial, se recurre a acuíferos que están en su mayoría sobreexplotados.
• Petróleo: obtenemos casi el 40% de energía que se consume en el mundo, además de productos como plásticos, gases, combustibles... Según expertos, si el consumo se mantuviera en cifras de 2004 (29.300 millones de barriles), en menos de 40 años nos quedaríamos sin petróleo. Queda lo más difícil de encontrar y extraer, y es más caro. El 62% del petróleo está en Oriente Medio.

Soluciones: uso de energías renovables para algunos, también nuclear o fusión, aunque con el terremoto y tsunami en Fukushima se pone de manifiesto el riesgo de la energía nuclear y su uso.

Consecuencias de la pérdida de biodiversidad

Base de la supervivencia de la especie humana, porque determina la calidad de vida; de ella dependen recursos naturales, por lo que supone bienes y beneficios económicos de valor inmediato usados en alimentación, salud, sistema productivo...

• Biodiversidad y alimentación: en la actualidad, el 75% de la alimentación humana se basa solo en 7 especies: trigo, arroz, maíz, patatas, cebada, batatas y mandioca. Esto refleja creciente dependencia hacia pocas variedades agrícolas que precisan tratamientos fitosanitarios intensos. Se están creando redes, catálogos y bancos de especies autóctonas para proteger la agrodiversidad.
• Biodiversidad y salud: uso de plantas y animales con fines curativos. Mitad de medicinas que se usan en países desarrollados se obtienen de la biodiversidad: plantas y hongos.
• Biodiversidad y sistema productivo: se usan productos derivados de plantas y animales con fines industriales (caucho, aceites, papel, goma, jabones, explosivos...).

Necesario fomento de la información y formación de la ciudadanía.

Conservación de la biodiversidad

Todos tenemos nuestra parte de responsabilidad en el problema planteado. La mejor manera de conservar la biodiversidad es no malgastándola. Se han aprobado protocolos de carácter internacional, pero estas leyes son poco atendidas por gobiernos de países industrializados. Excusas: necesidades de economía y de industrias de estos países. La conservación de la biodiversidad no es incompatible con el desarrollo económico, sino que puede ser un factor para aumentar el bienestar y calidad de vida de las personas. El desarrollo sostenible contempla el uso racional de recursos naturales en beneficio de generaciones presentes y futuras. Es necesario que todos los sectores sociales estén bien informados y comprendan el problema para poder colaborar y contribuir a preservar la biodiversidad mediante la conservación integral del territorio y de sus recursos naturales y humanos, utilización de energías renovables... dentro de un modelo de desarrollo sostenible: usar sensatamente recursos naturales, eliminar derroche general, limitar consumo.

Sostenibilidad: acción humana e influencia sobre ecosistemas

Sostenibilidad

Como sistemas biológicos se mantienen diversos y productivos con el transcurso del tiempo, existiendo equilibrio de especies con recursos de su entorno. Situaciones insostenibles son las que se explotan recursos a causa de límites de renovación de los mismos, también las que suponen destrucción o degradación de ecosistemas.

Derechos y deberes de las personas

Todo individuo tiene derecho a: un medio ambiente capaz de generar el más alto nivel sostenible de salud y bienestar; estar informado y tener posibilidad de acceder a consultas en relación con el estado del medio ambiente (planes, decisiones y actividades que afectan); participar en procesos de toma de decisiones.

Tenemos responsabilidad: contribuir a la protección del medio ambiente en interés de su propia salud y la de los demás.

Ambientes saludables para niños: vivir, estudiar, jugar sanos, reducir enfermedades y conformar un mundo más seguro y saludable.

Otras acciones, problemas

Problemas importantes que afectan a la salud de nuestro planeta. Visión global que permita conocer la importancia de estos problemas e interrelaciones que hay entre ellos.

Efecto invernadero y cambio climático

El nitrógeno (79%) y el O2 que usamos en respiración (20%) son los gases de la atmósfera; los restantes, en menos de una centésima parte, son llamados gases de efecto invernadero (CO2, vapor de agua, metano, dióxido de nitrógeno). En pequeñas cantidades, estos gases son vitales para la vida en la Tierra.

Efecto invernadero: fenómeno natural en el que parte de la energía solar que alcanza la superficie terrestre se refleja en ella, es absorbida y retenida por gases atmosféricos y reenviada de nuevo hacia la superficie de la tierra. Este proceso regula la temperatura de la superficie terrestre y hace posible la vida; si no existieran gases invernadero, el planeta sería 30 grados más frío.

¿Por qué aumenta la temperatura? Quema de combustibles, deforestación, ganadería... incrementan los gases de efecto invernadero en la atmósfera. Dejan pasar energía en forma de luz visible hacia la Tierra, mientras que no permiten que la Tierra emita energía al espacio en forma de radiación infrarroja; como consecuencia, se incrementa la temperatura (cambio climático por calentamiento global).

Previsiones catastróficas: fusión parcial del hielo que cubre permanentemente polos; muchas zonas costeras podrían quedar sumergidas. El problema del efecto invernadero es muy complejo porque intervienen gran número de factores, y es difícil evaluar el previsible aumento en temperatura media de la tierra y efectos de esto sobre el clima. La actitud más sensata es la prevención: obtener mayor rendimiento energético, uso de energías renovables, disminución del consumo de combustibles fósiles (por eso aporte de CO2 menor), reforestación.

Cambio climático: 0,5 °C más de temperatura que en 1890. El hielo derritiéndose cada vez más rápido. Número de huracanes en aumento, lluvias torrenciales en partes del mundo, sequías extremas. Oscilaciones en temperatura y lluvia entre un año y el siguiente. Aumento de temperatura media del planeta que subirá hasta 5,8 °C, aumentará la cantidad de hielo polar derretido, subirá el nivel del mar inundando superficies de tierra, y el clima se modifica drásticamente. La principal causa es la emisión a la atmósfera de gases que incrementan el efecto invernadero (CO2), resultante de la quema de combustibles fósiles. Aunque se dejaran de emitir estos gases, la gran inercia del planeta hace que la temperatura siga elevándose durante algunos años hasta llegar a un máximo; luego se va enfriando poco a poco hasta tener equilibrio.

Consecuencias del cambio climático: aumento de temperatura media del planeta, progresivo deshielo de casquetes polares y subida de niveles de océanos, aumento de sequías e inundaciones, mayor frecuencia de formación de huracanes, incremento de precipitaciones (torrenciales), aumento de cantidad de días calurosos con olas de calor.

Consecuencias sobre personas: zonas con enfermedades endémicas sensibles al clima, graves escasez de agua y escasa producción alimentaria, pequeños estados insulares en desarrollo y regiones montañosas, megalópolis y zonas costeras de países en desarrollo.

¿Qué hacer para mejorar la situación? Grandes decisiones deben ser tomadas por acuerdos internacionales entre gobiernos y países, pero todos los habitantes estamos obligados a tomar medidas para detener el cambio climático y aumentar el efecto invernadero. Reducción de la contaminación producida por medios de transporte, uso eficiente de recursos naturales, dejar de usar CFC y sustituirlos por aerosoles o pulverizadores, plantar árboles, poner aislantes de calidad en casas y doble cristal en ventanas para reducir escapes de calor, usar sistemas de clasificación de electrodomésticos que aprovechen energía al máximo, no dejar correr agua cliente cuando nos lavamos o duchamos, reciclar.

Disminución de la capa de ozono

En la atmósfera, entre unos 20-40 km de altura sobre nivel del mar, existe una capa muy fina rica en ozono que protege a las plantas de rayos ultravioleta que pueden tener efectos muy dañinos. Destrucción del fitoplancton, por lo que peligrarían los organismos marinos. En personas provocaría cáncer de piel, daños en sistema inmunológico, cataratas y mutaciones genéticas. Si desapareciera totalmente esta capa, la vida en la Tierra no sería posible. La reducción se debe a la emisión de clorofluorocarbonos (CFC), compuestos que se usaban y usan en circuitos de aires acondicionados, frigoríficos, aerosoles, disolventes... Los CFC pueden permanecer activos en la atmósfera más de 100 años y por eso la reducción de la capa de ozono continúa. Hay que tomar medidas y muchos países lo están haciendo para disminuir el uso de estos compuestos y sustituirlos por otros menos dañinos.

Otras formas de contaminación humana

Contaminación lumínica: muchos seres vivos se ven afectados en sus ciclos vitales y vida cotidiana. Emitir luz al espacio supone derroche energético, emisiones de CO2 y otros contaminantes a la atmósfera que podríamos evitar. Nos han robado el cielo.

Contaminación acústica y salud humana: ruido o sonido desagradable cuando está por encima de 80 dB. Personas expuestas a niveles altos de ruido desarrollan a corto plazo un indicio superior de ataques cardíacos; procesos cancerosos aparecen y se desarrollan más rápido. Niños son más sensibles al ruido (aprenden a leer más tarde, más agresividad, fatiga, peleas, riñas, aislamiento...).