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1. Introducción
Los problemas ambientales han adquirido gran importancia actualmente
debido a que atañen a toda la población del planeta;
no son problemas cuya solución pueda ser encontrada ni realizada
por una persona o un grupo pequeño1. Algunos de tales problemas
tienen un gran contenido relacionado con la física y la matemática,
al menos por dos razones: por una parte, tienen su fuente en agentes
físicos como la radiación y el sonido; esto supone,
para su estudio, un esquema matemático implícito.
Por otra parte, existe la necesidad, dada la magnitud de los problemas
o por su complejidad, de hacer experimentos numéricos con
fines predictivos; esto también supone un esquema matemático,
representado por una variada modelación matemática.
El marco más adecuado para introducir a quienes se dedican
o dedicarán a la física y matemática, a nivel
de investigación o de docencia es la escuela (la Universidad),
que es el lugar en donde recibirán los elementos básicos
para su futura labor especializada; por tal motivo, es necesario
empapar a los estudiantes de estas especialidades con los conocimientos
básicos para que en su futuro trabajo estén capacitados
para dar solución a los problemas ambientales en el marco
de su labor diaria; En realidad, esta acción de educar ambientalmente
a los estudiantes universitarios debería ser tan sólo
una parte de la educación ambiental estructurada en todo
el sistema educativo2, atendiendo al principio de 'continuidad'
de la Educación Ambiental (EA). En México se ha comenzado
a realizar este tipo de trabajo en el sistema
de educación básica, la primaria y la secundaria;
sin embargo, el trabajo a nivel superior no debe esperar ya que
es necesario comenzar con las contribuciones, sobre todo en materias
como la física y la matemática, las cuales tienen
un tono diferente a las ciencias "biológicas" como
la ecología y la misma biología. En este trabajo exponemos
una serie de cuestiones ambientales que pueden servir de inicio
al tratamiento de los problemas ambientales en las carreras de física
y matemática y también damos las líneas generales
a seguir para su implementación. Nuestra idea es comenzar,
con este trabajo, un análisis profundo de los contenidos
estándar de las asignaturas de estas carreras, con el fin
de crear un banco de problemas ambientales que pueda ser utilizado
por maestros y alumnos. En la sección 2 se da una breve relación
de problemas ambientales relacionados con la física y la
matemática, la cuál puede servir de guía en
esta temática, tanto para los estudiantes como para los maestros;
en la sección 3 se proporcionan ideas de cómo llevar
esto a los alumnos, fundamentalmente a través de la vía
formal.
2. Problemas ambientales, Física y Matemática
Los siguientes son problemas ambientales en donde están
presentes los aspectos físicos o matemáticos.
a) Radiación infrarroja y efecto invernadero
Un invernadero retiene la radiación infrarroja debido a
las propiedades de absorción del material de que está
hecho. De la misma forma, la atmósfera de la tierra, fundamentalmente
el vapor de agua y el gas carbónico emitido por los vehículos
automotores, las industrias, la quema de combustibles y los incendios
forestales, absorbe esta clase de radiación e impide que
se disipe, lo cuál puede dar lugar a sobrecalentamiento y
con ello, más calor, alteración de las precipitaciones,
modificación de la productividad agrícola y de la
circulación atmosférica3.
Los fenómenos físicos involucrados son, fundamentalmente,
la reflexión, la absorción y emisión de radiación
electromagnética.
b) Radiación ultravioleta. Capa de ozono
La capa de ozono se encuentra en la zona atmosférica conocida
como estratosfera; en esta zona existe una dinámica natural
de creación y destrucción de ozono, lo cuál
trae como consecuencia la presencia de una concentración
promedio hasta cierto punto estable. La dinámica natural
de creación y destrucción de ozono se ve alterada
por la emisión, debida a la actividad humana, de compuestos
conocidos como cloro-fluoro-carburos4. Puesto que la capa de ozono
retiene parcialmente la radiación ultravioleta que proviene
del sol, su destrucción puede significar un aumento de la
probabilidad de cáncer en la piel, alteración de las
precipitaciones, etc.
El fenómeno físico fundamental implicado es el de
absorción de la radiación, el cuál se da a
tres niveles: en la realización de foto-reacciones, en la
misma capa de ozono y en la piel de los seres vivos.
c) Radiación ionizante
La radiación ionizante se convierte en problema ambiental
debido a la existencia de desechos radiactivos, así como
al incremento de su uso en laboratorios, centrales nucleares, hospitales,
etc. Su acción no es aguda sino crónica y en muchos
casos está ligada a ciertas profesiones5. Estas radiaciones,
por su energía y poder ionizante se vuelven problemáticas
particularmente para las células humanas, causando
su muerte o mutación por vía directa o indirecta
( por ejemplo mediante radiólisis); en todo momento existe
el peligro de aumento en el riesgo de cáncer6.
Aquí nuevamente tenemos la presencia de emisión y
absorción de la radiación, así como la presencia
de sus propiedades energéticas en la interacción con
las células.
d) Radiación sonora
El oído percibe las ondas sonoras en el rango de 20 a 20.000
Hz, entre los límites conocidos como umbral de audibilidad
y umbral del dolor. Estas ondas sonoras se convierten en problema
ambiental cuando se presentan como ruido. El ruido puede causar
sordera al afectar el oído interno. Tal sordera es el resultado
de una hipoacusia en la zona supra-conversacional, la cuál
pasa inadvertida por cierto tiempo; es irreversible y se puede adquirir
en cuestión de meses. En México se han implementado
normas que reglamentan la emisión permisible de ruido, tanto
de fuentes fijas como móviles7.
e) Modelación matemática
La modelación matemática puede aplicarse a gran cantidad
de situaciones, incluyendo las ambientales y ecológicas:
Los modelos pueden ser variados: por ejemplo, ecuaciones diferenciales
ordinarias, en diferencias o en derivadas parciales, ecuaciones
integrales con o sin retardo, sistemas de ecuaciones diferenciales
lineales o no lineales, etc.8; tales modelos pueden atacarse con
métodos analítico-numéricos. Un ejemplo de
modelación puede serlo el estudio de propagación de
epidemias (incluyendo al SIDA) o la dinámica de los contaminantes
en aguas, suelos y atmósfera.
f) Aspecto ético
El desarrollo social acelerado de los últimos tiempos hace
que los físico-matemáticos tengan cada vez más
una responsabilidad hacia el medio ambiente. Por ejemplo, la industria
tiene un desarrollo impetuoso pues su importancia es vital en las
sociedades modernas; esto trae como consecuencia la búsqueda
de fuentes de energía nuevas como la nuclear. Por otra parte,
la guerra también se ha convertido, desgraciadamente en un
factor de desarrollo y utilización de los conocimientos físico-matemáticos.
¿En que medida los conocimientos o resultados de las investigaciones
deben ser utilizados cuando es sabido que pueden ser nocivos para
la vida sobre la tierra? El físico-matemático debe
estar consciente de la importancia social y de la utilización
de sus conocimientos, lo cuál supone una posición
de carácter ético9.
3. La Educación Ambiental
Las vías de la EA son la formal y la no formal fundamentalmente.
Mediante estas deben ser abarcados tres aspectos fundamentales de
toda carrera universitaria: el puramente académico (las clases),
el investigativo (importante sobre todo para quien se va a graduar
como físico o matemático) y el laboral (lo relacionado
con la posible labor a desempeñar en el futuro, por ejemplo,
en México, impartir clases).
i) La vía formal
Esta vía se logra fundamentalmente a través de las
clases, en las aulas; Como hemos ido señalando, los fenómenos
ambientales tienen relación con asignaturas tales como electromagnetismo,
óptica, oscilaciones y ondas, física atómica
y nuclear, ecuaciones diferenciales y una que no siempre existe
en los planes de estudio: la historia o filosofía de la física-matemática.
Es menester que se realice la ambientalización de las asignaturas
ya que de aquí parte el trabajo directo con los estudiantes;
Los ejemplos de la sección anterior se refieren a problemas
ambientales agudos, pero para desarrollar la EA no necesariamente
se deben tratar problemas críticos, es posible tratar el
medio ambiente en general; Algunos ejemplos son los siguientes:
- En mecánica, los conceptos y leyes relacionados con la
aceleración de la gravedad, las velocidades cósmicas
y la fuerza de gravitación universal se pueden emplear
en la explicación de la consistencia de la atmósfera
y de las mareas.
- En física molecular, las magnitudes temperatura y presión
se pueden ver en relación con los vientos, las tormentas
y los ciclones.
- En oscilaciones y ondas se pueden tratar los terremotos, los
maremotos y las ondas de choque.
- En óptica, se puede usar el concepto de difusión
de la luz para abordar la problemática del smog.
- En física atómica y nuclear, la radioactividad,
las centrales núcleo-eléctricas y la generación
y uso de energía por el hombre, etc.
- En las clases de ejercitación es posible proponer problemas
cuyo contenido sea el aspecto físico de cuestiones ecológicas
o en general, ambientales; se puede proponer un problema como
el siguiente:
- a estratosfera absorbe el 3% de la energía solar que
le llega, debido a su contenido de ozono:
1) Calcule su coeficiente de absorción si se considera
que tal capa atmosférica se extiende desde los 20 hasta
los 60 km de altura.
2) ¿Qué significaría una disminución
de la concentración de moléculas de ozono (hueco
en la capa de ozono)?
La discusión de uno de estos problemas, aunque esté
centrada en los aspectos de las leyes físicas, es muy instructiva
en lo que respecta a problemas ambientales reales y debe ser aprovechado
ese potencial.
Se pueden proponer actividades a manera de seminarios en los que
los estudiantes presenten los elementos físico-matemáticos
de alguna cuestión de carácter ambiental, por ejemplo,
las celdas solares, su estructura y funcionamiento, los cálculos
de producción de energía en cierta zona, el ahorro
que representa su uso en una casa promedio, etc.; pudiera tratarse
también la radiación infrarroja, ultravioleta, ionizante,
sonora (incluyendo el ultrasonido), sus efectos biológicos,
las medidas contra los efectos negativos, etc.
ii) La vía no formal
En esta vía de EA es común la realización
de eventos o concursos estudiantiles; en lo relacionado con la carrera
de física y matemática es factible también;
pueden ser también discutidos, después de ser bien
seleccionados por el profesor, artículos de periódicos
y revistas y videos; pueden realizarse visitas a museos y excursiones,
mantener murales con información ambiental, etc.
Consideraciones finales
Para nosotros, una vía de gran importancia, por su efectividad,
es el tratar de realizar la educación ambiental en actividades
que tengan una relación lo más directa posible con
el perfil concreto de los estudiantes: la docente si se trata de
formar profesores o la investigativa si se formarán físicos
y matemáticos "puros"; este aspecto de carácter
laboral debería ser tomado en cuenta de forma explícita
en la estrategia de las carreras.
La forma de abordar desde la clase los problemas ambientales es
variada; para ello no es necesario tiempo adicional si se seleccionan
adecuadamente los momentos en que se manifiesta algo de interés
desde el punto de vista físico o matemático; debe
tenderse a lograr la dimensión ambiental correcta de las
asignaturas.
Lo anterior supone solamente un poco de preparación específica
de quien enseña pero vale la pena un pequeño esfuerzo
por la importancia de los problemas ambientales hoy día y
el creciente papel que desempeñan los físicos y matemáticos
en su tratamiento y solución.
Notas:
1 YABLOKOV, A. y OSTROUMOV, S. (1989): Conservación
de la naturaleza viva, Vneshtorgizdat, Moscú. McKIBBEN, B.
(1990): El fin de la naturaleza.diana, México, D.F.
2 GIOLITTO, P. (1984): Pedagogía del medio ambiente,
Herder, Barcelona.
3 BREUER, G. (1989): El aire en peligro, Salvat Editores
S.A. España. HOUGHTON, R. y WOODWELL, G. (1989): Scientific
American, 260, pp. 18-26. OKKEN, P. A., SWART, R. J. y ZWERVER,
S. (editors) (1991): Climate and Energy, Kluwer Academic Publishers,
The Netherlands caps. 1, 2 y 3.
4 LUDEVID, M. (1998): El cambio global en el medio ambiente, Alfaomega
México.
5 TURK, A., TURK, J. y WITTES, J. (1975): Ecologia, contaminacion
y medio ambiente, Ed. Interamericana, México, D.F.
6 VALLS, A. y ALGARA, M. (1994): Radiobiología, Eurobook,
Madrid.
7 Norma Oficial Mexicana NOM-081 SEMARNAT, 1994.
8 LOGAN, J. (1987): Applied Mathematics, John Wiley and sons, N.Y.
USA.
9 FROLOV, I. y YUDIN, B. (1986): The Ethics of Science, Progreso
Publishers, Moscow.
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