Inicio. MEVYT en voz. Módulo: Nuestro Planeta, la Tierra

Tema 1. La naturaleza es diversa; sus cambios, también

¿Eres una persona curiosa? ¿Te gusta hacerte preguntas sobre lo que te rodea? ¿Has apreciado la diversidad de materiales que forman todo lo que existe en la naturaleza? Para entender mejor los cambios en la naturaleza, es necesario poner atención y preguntarnos de qué están formados los seres vivos y todo lo que nos rodea.

En el siglo quinto antes de Cristo, Leucipo de Mileto y su discípulo Demócrito de Abdera se preguntaron qué pasaría si se desmoronaba un terrón de arena hasta convertirlo en polvo y después seguir y seguir hasta reducirlo en su forma más pequeña. A esta diminuta partícula de materia la llamaron átomo, que en griego significa "indivisible", es decir, que ya no se puede dividir.

Sin embargo, fue hasta el siglo 17, con filósofos como Pierre Gassendi y Wilhelm Leibnitz, y más tarde en el siglo 20 con Bertrand Russell, cuando se retomaron estas ideas que explican que la materia está compuesta por átomos.

Hoy sabemos que el átomo no es la partícula más pequeña de la materia, sino que cada átomo está formado por partículas más diminutas: un núcleo, en el que se encuentran los protones y los neutrones y otras partículas menores que giran alrededor del núcleo, llamados electrones. Entre estas partes sólo existe espacio vacío.

Los protones tienen una carga eléctrica positiva, los neutrones no tienen ninguna carga, y los electrones tienen carga negativa. El núcleo de un átomo tiene carga positiva, dada por los protones que se localizan ahí, y atrae a los electrones, que tienen carga negativa.

Pedregoso

Algunos científicos, con el interés de que las personas puedan acercarse a los hechos y los conocimientos de manera más clara y entretenida, divulgan, es decir, dan a conocer información de distintos ámbitos de la ciencia utilizando diversos recursos y técnicas. Éste es el caso de Alejandra Alvarado Zink, investigadora mexicana que es­cribió un cuento sobre el volcán Xitle, que se encuentra cerca del Ajusco, para contarnos acerca de cambios que han ocu­rrido en un lugar de la Ciudad de México.

En una de nuestras aventuras por los pedregales del sur de la Ciudad de México conocimos a un personaje muy singular que habita en uno de ellos: Pedregoso. A estos pedregales los conocemos como Pedregal de San Ángel, Pedregal de Coyoacán, Pedregal de Eslava o Pedregal de San Agustín de las Cuevas. Tenemos ya varios años de conocer a Pedregoso, en el transcurso de los cuales él nos ha contado interesantes historias. Una de sus historias inicia así:

Hace más o menos 2 mil años, Xitle —el padre de Pedregoso— formó un extenso pedregal. El diseño original estuvo a cargo de Flora, su madre. En los planos, que aún conserva Pedregoso, podemos apreciar que la zona abarcaba una superficie de 7 mil hectáreas.

Según recuerda Pedregoso por relatos de sus padres, la obra dio inicio con gran estruendo, derramando grandes cantidades de espesa lava que alcanzaba temperaturas de más de 850 grados centígrados, capaz de derretir el plomo. Al dar inicio la obra, toda forma viviente se extinguió al paso de la ardiente lava, y quedó sólo una estéril superficie. El primer paso se había dado, pero la obra todavía no concluía, ya que después de algunos miles de años ésta se convertiría en un lugar privilegiado para que se desarrollara una variada flora y fauna.

Pedregoso nos explicó cómo se llevó a cabo este proceso. En un principio, su madre estuvo a cargo del proyecto, ya que no se trataba de hacer un pedregal cualquiera, sino uno que en el futuro se convirtiera en la primera cuenca ecológica de la Ciudad de México.

Desafortunadamente, del total del área contemplada en los planes originales de su padre Xitle, Pedregoso sólo ha logrado rescatar una pequeña parte.

El jardín de Pedregoso

Pedregoso habita en una zona del Pedregal de San Ángel a la que ha denominado el Jardín de Pedregoso. Uno de sus principales intereses es conservar este lugar para poder mostrar la diversidad y belleza de los organismos que aún existen en esta región. Su jardín es uno de los pocos lugares en el mundo donde se observa cómo una comunidad vegetal y animal se ha desarrollado y ha evolucionado sobre una corriente de lava.

El Jardín de Pedregoso es de origen volcánico; presenta un terreno bastante irregular y accidentado en donde se pueden encontrar distintos tipos de microambientes, como, por ejemplo, cuevas y hondonadas.

Pedregoso nos explicó que a lo largo de cientos de años el paisaje ha variado. Después de la erupción tan sólo quedaron rocas y un desolado paisaje sin vida. Pero no tardaron en llegar los primeros colonizadores a estas nuevas formaciones rocosas: algas y esporas de líquenes y helechos fueron transportadas por el viento a este nuevo espacio.

Al transcurrir los años, estos nuevos colonos se adhirieron a las desnudas rocas y se reprodujeron hasta aumentar sus poblaciones. La acción de estas formas de vida, el viento y las extremosas tem­peraturas ayudaron a acelerar el desgaste de las rocas hasta formar suelo. Éste, con el tiempo, se fue acumulando en las partes hondas y planas permitiendo que otros organismos pudieran establecerse; tal fue el caso de distintos tipos de plantas con raíz que requieren de suelo para desarrollarse adecuadamente.

Posteriormente, otro tipo de vegetación fue sustituyendo a la flora anterior; este proceso, conocido como sucesión, continuó por cientos de años y ha dado como resultado una variada y rica comunidad de organismos.

Actualmente, en el Jardín de Pedregoso podemos encontrar diversos tipos de plantas: desde pequeños musgos y helechos hasta uno que otro árbol, e insectos, aves, reptiles, anfibios y mamíferos.

La historia del átomo

La humanidad ha pasado miles de años buscando explicaciones a muchas interrogantes y aprendiendo de manera práctica a resolver sus necesidades. Se ha aprendido a extraer y fundir minerales, a combinar materiales, a hacer vidrio, a preparar alimentos, a elaborar telas y teñirlas, entre otras muchas actividades.

Pero, ¿cuánto sabía el ser humano de los cambios que producía?, ¿por qué sucedían estos cambios?

Dos mil trescientos años antes del nacimiento de Cristo, el concepto de átomo, palabra que quiere decir “indivisible”, fue utilizado por los filósofos griegos Leucipo y Demócrito; ambos usaron esa palabra para describir las partículas minúsculas e invisibles cuya organización daba a la materia sus diferentes propiedades.

Anaxímenes y Aristóteles, filósofos griegos, decían que el mundo material se componía de cuatro elementos indivisibles: agua, aire, fuego y tierra.

En la Edad Media, que según algunos historiadores terminó en 1492, cuando ocurrió el descubrimiento de América, personas conocidas como alquimistas buscaron también explicaciones respecto a la conformación de la materia; trabajaron para convertir en oro diferentes metales y para encontrar el elíxir de la vida, realizaron diversos experimentos, sin éxito, pero dejaron para los químicos algunas técnicas, como la destilación y la cristalización.

En la constante búsqueda para encontrar cuáles eran los elementos que formaban a la materia y qué componía a esos elementos, algunos científicos regresaron a la teoría de Leucipo y De­mócrito y perfeccionaron el concepto de átomo.

El invento del microscopio, con el cual podían verse cosas que a simple vista no se conocían, ayudó a creer con más certeza que las cosas estaban compuestas de algo más pequeño.

El químico inglés Robert Boyle criticó a los alquimistas, ya que el oro, decía, no podía hacerlo el ser humano porque era un elemento de la naturaleza, una sustancia básica que no estaba compuesta de otras sustancias, lo mismo que el cobre, la plata y el mercurio. En 1754, Joseph Black, médico y químico, demostró claramente que la teoría aristotélica de la indivisibilidad de los elementos no era real, demostró que en el aire había bióxido de carbono y lo descompuso, es decir, dividió la molécula del carbonato de calcio en dos moléculas más pe­queñas: cal y bióxido de carbono.

A principios del siglo 19, en el año de 1808, John Dalton, científico inglés, relacionando la vieja hipótesis de Leucipo y Demócrito y los descubrimientos de otros científicos, formuló la primera teoría práctica de los átomos y de las moléculas, que fue la base de la química moderna.

Las partículas finales de todos los cuerpos simples son átomos, no pueden dividirse, cada átomo tiene su propio peso y puede expresarse con números.

El físico italiano Amadeo Avogadro amplió la teoría de Dalton y demostró que la partícula más pequeña de agua que puede existir tiene dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno y se representa H2O, así conocemos el símbolo del agua hoy en día, él llamó a estos com­puestos o átomos combinados, es decir, moléculas.

Más tarde los científicos descubrieron que los áto­mos y las moléculas están en constante movimiento. Al aplicar calor a un cuerpo, el movimiento de sus moléculas se acelera y algunas de éstas son lanzadas al aire convirtiéndose en vapor, este descubrimiento dio ori­gen a las máquinas de vapor que aprovechan la fuerza de éste.

El conocimiento del átomo y de su estructura y la clasificación de la materia en elementos, compuestos y mezclas fueron la base para que en el siglo 20 se determinara que hay dos clases de moléculas: pequeñas y gigantes, a estas últimas se les llama también polímeros.

Las moléculas pequeñas se encuentran en componentes de la natu­raleza como el aire y el agua, así como en piedras y metales; su peso molecular es ligero. Las moléculas gigantes o polímeros están compuestas de moléculas pequeñas y son más pesadas.

Las moléculas gigantes naturales son la materia de la vida, lo que vive y crece; animales y plantas están hechos de polímeros.

En el siglo 20, el ser humano creó moléculas grandes a partir de moléculas pequeñas.

Con este descubrimiento, basado en la teoría atómica, se inició una larga carrera de inventos, la del diseño de polímeros artificiales; y se desarrolló la industria de materiales sintéticos. Estos materiales creados por el ser humano tienen cualidades que permiten su uso de acuerdo con las necesidades específicas de la industria; muchos de ellos han resuelto problemas relacionados con la duración, calentamiento, resistencia y adaptabilidad de un cuerpo.

Los polímeros cambiaron y siguen cambiando la forma de vida, la producción y el consumo; se usan en la producción del petróleo, en materiales para la salud, en la vivienda y en el vestido. El siglo pasado puede ser reconocido como la era de los plásticos.

El celofán, el rayón, las resinas, el poliéster, las llantas, la celulosa, el caucho, las lacas y pinturas, el material fotográfico, los envases, los engranes para distintas máquinas y muchas otras cosas que se consumen cotidianamente son elaborados a partir de moléculas gigantes.

Los hombres y las mujeres seguirán descubriendo nuevas cosas para beneficio de la humanidad. Lo importante es usarlas de manera racional para no dañar al ambiente con materiales que pueden volverse contaminantes y contribuir al deterioro de la naturaleza.

Las sustancias formadas por elementos químicos distintos se llaman compuestos, como el bióxido de carbono o el agua; así, cada molécula de agua está formada por dos átomos del elemento hidrógeno y uno del elemento oxígeno.

El agua es el compuesto que en forma sencilla podemos encontrar en la naturaleza en los tres diferentes estados: sólido como el hielo en donde las moléculas se encuentran juntas y sin movimiento, líquido como el agua de un río en donde las moléculas están separadas con poco movimiento y gaseoso como el vapor de una nube o de agua que hierve, donde sus moléculas se encuentran aún más separadas ya que se rompe su unión.

El hierro se encuentra sólido en las minas, pero está líquido, es decir, derretido cerca del centro de la Tierra, donde la temperatura es muy elevada.

¿Por qué existen estos tres estados? Porque las moléculas siempre están en movimiento: vibran, rotan y, a veces, pueden desplazarse. Al calentar una sustancia, le damos energía y sus moléculas se pueden mover más. Cuando las moléculas solamente vibran alrededor de una posición, la sustancia está en estado sólido, si le agregamos calor, su movimiento aumenta y la distancia entre moléculas también. Entonces, el sólido se vuelve líquido. Si seguimos agregando calor, las moléculas empiezan a desplazarse a grandes distancias, por consecuencia, la sustancia se vuelve gas y ocupa más espacio que cuando estaba en estado sólido.