EPPUR SI MUOVE... DIARIO DI UN PERCORSO DIDATTICO SUGLI ASPETTI DINAMICI DELLA TERRA. Fabio Olmi, Daniela Sorgente

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1 EPPUR SI MUOVE... DIARIO DI UN PERCORSO DIDATTICO SUGLI ASPETTI DINAMICI DELLA TERRA Fabio Olmi, Daniela Sorgente

2 Questo percorso è stato costruito e sperimentato dal gruppo GRDSF che lavora da cinque anni a percorsi su tematiche scientifiche per la scuola secondaria di primo grado. PERCHE' QUESTO PERCORSO La tematica qui affrontata, la dinamica della Terra (vulcani, terremoti e tettonica a zolle), è stata per noi una sfida interessante. Volevamo vedere se era possibile per i nostri alunni affrontare questo argomento nell'ottica di una didattica non trasmissiva. L'argomento non si presta alla realizzazione di esperienze dirette da parte degli studenti, quindi, dove possibile, sono state utilizzate simulazioni, sono stati mostrati immagini e filmati. Inoltre sono state fatte scelte ben precise su quali concetti trattare. Affrontare l'argomento all'interno della scuola secondaria di primo grado ci sembrava molto importante per molti motivi. Negli ultimi anni è anche stato purtroppo molto di attualità, con i terremoti di Haiti, L'Aquila, Giappone; lo scorso anno i voli su molti stati sono stati bloccati per le ceneri prodotte da una eruzione vulcanica. I nostri alunni quindi ricevono molti input sull'argomento dalla televisione, e anche dalle credenze popolari, e accade che si formino dei concetti sbagliati.

3 FINALITA' Le finalità del percorso sono quelle che gli studenti riconoscano terremoti e vulcani come manifestazioni di un pianeta in continua evoluzione, che ne ricavino un primo modello interpretativo del loro funzionamento e che possano collegare questi fenomeni ad una introduzione alla teoria della tettonica a zolle. I risultati ottenuti in questi anni hanno provato la validità dell'approccio seguito e delle scelte effettuate. Gli alunni sono molto coinvolti, si interessano e riescono ad impadronirsi dei concetti trattati. In tutta la trattazione si sfrutta la carica emotiva degli argomenti per sollecitare l interesse degli alunni, porre alcuni situazioni problematiche e cercare di far arrivare gli alunni a dare delle risposte.

4 COSA E' UN VULCANO? Il percorso inizia con la presentazione di immagini riguardanti eruzioni vulcaniche e i loro effetti e la lettura di brani tratti dalle due lettere di Plinio il Giovane riguardanti l eruzione del Vesuvio del 79 d.c. Poi l'insegnante dà una consegna: Cosa pensi che sia un vulcano? Rispondi e fai un disegno. Si riportano alcuni esempi: Secondo me un vulcano è una specie di montagna, un'apertura nella crosta terrestre tramite canali dai quali esce lava proveniente dal centro della Terra. Secondo me un vulcano è una montagna cava che al suo interno conserva della lava proveniente dal centro della Terra. Ed è una montagna che non ha la punta ed è cava anche lì. Un vulcano è una montagna che erutta lava e non c'è nessuna vegetazione.

5 Costruiamo il concetto di vulcano attraverso la visione di filmati... Dai disegni degli alunni emerge che il vulcano viene sempre visto come rilievo; vengono trascurate le emissioni solide e gassose; il materiale di eruzione viene direttamente dal centro della Terra; l'edificio ha sempre un solo cratere dal quale esce la lava; sulle pendici di un vulcano non c'è vegetazione; gli alunni utilizzano i termini lava e magma come sinonimi. L'insegnante mostra allora una serie di filmati di eruzioni del vulcano Etna, poi chiede se, dopo quello che hanno visto, c è qualcosa che cambierebbero nei disegni che hanno fatto. Durante la discussione che segue l'insegnante precisa che la spaccatura dalla quale avvengono le eruzioni si chiama cratere. Si conclude che un vulcano può avere anche più di un cratere. Inoltre abbiamo visto come un vulcano non emetta solo materiali fluidi come la lava, ma anche gassosi e solidi (fumo e lapilli).

6 ...e l'osservazione di immagini Vulcano St.Helen Vulcano Fujiyama Montagna dell'oregon Vulcano Mauna Loa L'insegnante mostra immagini di vulcani e di montagne: tra i vulcani ce ne sono di varia forma, dalla conica alla quasi piatta dei vulcani a scudo; le immagini di montagna scelte hanno forma conica. Si chiede agli alunni di dire quali tra questi sono vulcani; gli alunni si rendono conto che non è possibile determinarlo, in quanto nelle fotografie non ci sono segni visibili di eruzioni. Qualcuno riconosce alcuni vulcani, ad esempio il Fujiyama; altri non sono d'accordo perchè è ricoperto di neve, il che, secondo loro, è incompatibile con il calore di un vulcano. Si possono poi presentare immagini di vulcani in eruzione dove si vede che i vulcani possono essere anche quasi piatti, come i vulcani hawaiani, e possono avere sulle pendici neve e vegetazione. Si conclude che guardando un rilievo non si può dire se è un vulcano, anche perchè spesso i vulcani non sono rilievi, e poi non sempre sono in eruzione.

7 Cos'è allora un vulcano? Alla luce delle nuove scoperte riguardiamo le definizioni di vulcano che gli alunni avevano scritto sui quaderni. Va bene dire che un vulcano è una montagna? No, perchè alcuni non si presentano come montagne. E corretto dire che emette solo lava? No, abbiamo visto che può emettere anche lapilli, cenere e fumo. E corretto dire che se non è in eruzione non è più un vulcano? No, perché dopo l eruzione segue una fase di quiete (e tutti sono d accordo su questo). Ogni alunno mette in rilievo sui quaderni cosa c'era di inesatto nella sua definizione di vulcano, si discute e si arriva ad una definizione condivisa di vulcano: Dal quaderno di Elisabetta:

8 Andiamo avanti... Due problemi rimangono aperti: - il primo: ancora non sappiamo da dove proviene il magma; - il secondo: non sappiamo perchè i vulcani hanno forme così varie (a questo proposito c'è sempre qualcuno che ipotizza che semplicemente la forma varia con l'età: i vulcani piatti sono giovani, quelli a forma conica hanno avuto più eruzioni e quindi hanno depositato più lava intorno). E' importante terminare una lezione con una problematica in sospeso: questo facilita il coinvolgimento e alla lezione successiva si fa inizialmente un punto della situazione, un dove eravamo rimasti e si cercano le risposte ai problemi rimasti insoluti.

9 PERCHE' I VULCANI HANNO FORME COSI' DIVERSE? ESPERIENZA SULLE ERUZIONI L'insegnante mostra immagini e filmati di eruzioni vulcaniche sia di tipo effusivo che esplosivo, con lava che viene proiettata in aria ma anche con lava che scende tranquilla e lenta. Quindi le eruzioni possono avvenire in modo molto diverso. Da cosa dipende? Per mostrarlo si esegue una semplice esperienza: si scaldano fino a ebollizione tre beker contenenti rispettivamente acqua, latte e purè. (Da Il laboratorio di scienze della terra, questo sconosciuto di Maria Teresa De Nardis, Naturalmente, 1991, 4 (3), 7-9) Al momento dell'ebollizione gli alunni possono osservare che, mentre l'acqua esce dal beker senza problemi, il latte prima forma una pellicola e poi esce formando un po' di schiuma che poi si allontana subito dal beker; il purè esce con difficoltà, formando delle bolle e schizzando, e si depone ai lati del beker accumulandosi senza scorrere via. Se i beker fossero crateri di un vulcano, cosa succederebbe allora? Gli alunni capiscono che il vulcano di forma conica si può avere nel caso di un magma simile al purè, mentre nel caso di un magma simile al latte o all'acqua la lava fuoriesce allontanandosi dal cratere e quindi non formando un edificio a forma di cono.

10 Gli alunni concludono che la forma di un vulcano non dipende dall'età ma dal tipo di magma. Dal quaderno di Martina G. Questa è anche l'occasione per definire magma e lava: il materiale fuso si chiama magma quando è all'interno del vulcano e contiene anche i gas; quando esce, perde i gas e si chiama lava.

11 Da dove proviene il magma? Rimane da risolvere il problema della provenienza del magma. L'insegnante chiede agli alunni: ci sono fenomeni che ci fanno pensare che sottoterra c'è qualcosa di caldo?. A molti vengono in mente le acque termali, i soffioni boraciferi, noi possiamo aggiungere i geyser, le solfatare, ecc. Quindi sottoterra c'è calore. E' da lì che viene il magma. Qui l'insegnante deve intervenire e spiegare, senza entrare nei dettagli della struttura interna della Terra, che la terra è rivestita da un involucro sottile chiamato crosta, al di sotto del quale c'è uno strato roccioso che in alcuni punti fonde e genera il magma, che è roccia fusa che risale perchè è più calda. Si possono poi fare vedere filmati del geyser Old Faithful e mostrare immagini come queste.

12 I vulcani italiani ETNA Come consolidamento possiamo far fare agli alunni una ricerca sui vulcani italiani, dicendo loro di indicare dove sono, frequenza delle eruzioni e data dell'ultima eruzione. Gli alunni incontrano in questo occasione i termini attivo, quiescente e spento, quindi è l'occasione perchè emerga che un vulcano ha una specie di ciclo vitale. L'insegnante mostra immagini di vulcani italiani e gli alunni possono osservare la loro forma facendo ipotesi sul tipo più o meno fluido di magma che l ha determinata. L'insegnante può raccontare la storia dell'isola Fernandea, che è apparsa, è stata contesa e poi è scomparsa nello stretto di Sicilia nel 1831, mostrando le immagini di un'isola irlandese che nell'epoca moderna ha fatto la stessa cosa e della quale esiste documentazione fotografica (isola Surtsey).

13 COSA È UN TERREMOTO Dopo lo studio dei vulcani, cosa altro ci fa capire che la Terra è dinamica? Inizia così il nuovo segmento del percorso. Per creare il giusto clima di coinvolgimento si mostrano filmati di terremoti (ce ne sono tanti su Youtube) e immagini di danni di terremoti come queste: HAITI 2010: IL PALAZZO PRESIDENZIALE PRIMA E DOPO IL TERREMOTO ABRUZZO 2009 L'insegnante chiede se c'è qualche alunno che abbia mai sentito un terremoto e, in caso affermativo, fa descrivere sensazioni e osservazioni. Tutti dicono subito che è un movimento del terreno, bisogna che qui l'insegnante intervenga per fare caratterizzare meglio questo movimento con qualche aggettivo: è un movimento che inizia e poi finisce, ha una durata limitata, è inaspettato. Si arriva poi ad una definizione condivisa di terremoto. Specie dopo il terremoto de L'Aquila, si apre una parentesi sulla previsione dei terremoti: quanto è inaspettato un terremoto? è vero che i terremoti si possono prevedere? Facciamo allora un po' di informazione per garantire loro che non è possibile prevedere con precisione dove e quando avverrà un terremoto, niente di abbastanza preciso da potere oggi essere utile alla salvaguardia delle popolazioni. Dal quaderno di Martina R.

14 COSA PROVOCA UN TERREMOTO Una volta stabilito cosa è un terremoto l'insegnante chiede: cosa è che lo provoca? Spesso gli alunni rispondono lo scontro di zolle, senza però riuscire ad approfondire. Qualcuno dice che i terremoti sono provocati dalla rottura di rocce, e magari nomina le faglie. Dove avviene questa rottura? Avviene sottoterra, ma quanto in profondità? L'insegnante risponde che ci sono rotture di rocce che avvengono a profondità variabili da decine a qualche centinaio di chilometri. COME SI TRASMETTE IL MOVIMENTO Dopo che una roccia si è rotta che cosa succede, perchè il terreno in superficie si muove? L'insegnante chiede agli alunni se viene loro in mente qualche caso in cui un movimento si trasmette a distanza. Tra gli esempi che fanno ci possono essere:quando passa l'autobus per strada i vetri della casa si muovono, il movimento quindi si trasmette dall'autobus, alla strada, alle mura della casa, ai vetri. Qualcuno a volte nomina le onde sismiche, senza avere una idea chiara di cosa siano, allora in questi casi possiamo dire che anche il movimento del terreno si trasmette come nell'acqua, come le onde del mare. EPICENTRO E IPOCENTRO Ma perchè si rompono le rocce? Gli alunni parlano di nuovo di zolle, ma in questo caso dobbiamo dire loro di aspettare perchè la causa della rottura delle rocce la scopriranno più avanti. Se nessuno ancora li ha nominati, possiamo a questo punto parlare di epicentro e ipocentro.

15 GIAPPONE 2011 L'AQUILA 2009 GIAVA E SUMATRA 2004 L'insegnante mostra alcuni sismogrammi, accennando al sismografo come strumento che li ha prodotti, senza entrare nei particolari del suo funzionamento. Gli alunni parlano delle scale di misurazione dei terremoti Richter e Mercalli e guidati dall'insegnante ne mettono in evidenza le differenze. A questo punto gli alunni si rendono conto che la scala Mercalli dipende dalla qualità e dalla presenza di manufatti e per questo viene utilizzata ormai solo per fare un confronto tra terremoti del passato e attuali, ma che si verifichino nella stessa area o in aree simili. Gli alunni possono a questo punto eseguire una ricerca sui maggiori terremoti italiani come momento di consolidamento dei concetti appresi, dopo di che si può effettuare una verifica su questa prima parte del percorso.

16 COSTRUIAMO INSIEME LA TEORIA DELLE TETTONICA A PLACCHE... Un problema è rimasto ancora insoluto: cosa provoca la rottura delle rocce? Per la fase di trattazione successiva, quella sulla tettonica a placche, è stato deciso di seguire il percorso storico di elaborazione della teoria, per cui l'insegnante conduce gli alunni sui passi degli scienziati, facendo in modo che scoprano passo passo la teoria, a cominciare da Francis Bacon che per primo riconobbe la corrispondenza tra alcuni margini continentali. A questo scopo agli alunni viene fornito un planisfero muto e non essendo riportato altro, l'attenzione degli alunni si concentrerà sui limiti delle terre emerse, per cui anche loro notano la corrispondenza, in particolar modo tra le linee di costa delle terre bagnate dall'oceano Atlantico. In questa fase del percorso ogni alunno incolla sul proprio quaderno le immagini fornite, riportando le proprie osservazioni e quelle derivate dalla discussione con i compagni e con l'insegnante. Ogni immagine viene anche riportata su un cartellone.

17 WEGENER E LA DERIVA DEI CONTINENTI L'insegnante porta gli alunni sui passi dello scienziato Wegener che costruì la teoria della deriva dei continenti. Partendo dalla osservata complementarietà di alcune linee di costa, Wegener, per sostenere una possibile antica coincidenza, utilizzò alcune conoscenze paleontologiche dell'epoca. Gli alunni incollano piccole immagini di fossili sui loro planisferi muti (un piccolo rettile chiamato mesosaurus e una pianta chiamata glossopteris che vivevano milioni di anni fa) simulando i ritrovamenti di questi fossili. Abbiamo scelto di non considerare le prove geologiche, ovvero il fatto che ci fossero formazioni geologiche uguali in continenti lontani, perchè, mentre gli alunni possono capire che lo stesso animale deve vivere in ambienti uguali, non hanno le conoscenze necessarie per comprendere che formazioni uguali si sono formate in analoghe condizioni.

18 Dalla posizione dei ritrovamenti di questi fossili anche alcuni alunni arrivano alla stessa conclusione di Wegener: ai tempi in cui vivevano questi organismi le terre interessate potevano essere unite. Oppure... altri esercitano la loro fantasia e pensano a modi diversi in cui animali o piante della stessa specie potevano vivere a così grandi distanze: ponti di terra, semi e uova galleggianti... Qui finisce il contributo di Wegener e l'insegnante racconta che questa teoria non fu bene accolta dagli scienziati dell'epoca anche perchè Wegener disse che i continenti si spostavano ma non spiegava come.

19 L'ESPLORAZIONE DEI FONDALI OCEANICI Passano gli anni. Vengono esplorati fondali oceanici fino ad allora sconosciuti. Il risultato è una carta che l'insegnante mostra agli alunni, poi ogni alunno ne riceve una copia da osservare e incollare sul quaderno. Gli alunni leggono le carte e osservano che i fondali non sono piatti, ma che anche sui fondali oceanici esistono catene montuose come sulle terre emerse, e che queste catene sono collocate quasi precisamente al centro degli oceani. Abbiamo considerato troppo complicate le prove paleomagnetiche delle anomalie dei fondali oceanici, per cui questa parte non viene presentata agli alunni. Gli alunni riportano le osservazioni sul quaderno. Dopo le prove paleontologiche, un altro passo è stato fatto. Anche la costruzione del cartellone procede.

20 DISTRIBUZIONE DI VULCANI E TERREMOTI Attraverso istogrammi che i ragazzi possono costruire o che possono essere forniti dall'insegnante, gli alunni notano che i vulcani attivi e i terremoti più forti sono principalmente addensati in alcuni paesi. Dopo avere discusso se c'è un modo migliore per visualizzare questo risultato, l'insegnante mostra le carte che riportano la distribuzione geografica di vulcani e terremoti. Anche queste carte vengono date agli alunni che le incollano sul quaderno riportando le proprie osservazioni.

21 Dalla distribuzione geografica gli alunni notano che vulcani e terremoti sono distribuiti lungo linee che dividono la superficie terrestre in zone come un puzzle. Lungo queste linee la Terra è attiva ed è lungo queste linee che avviene movimento. Le parti del puzzle sono dette placche o zolle. Alcune placche contengono solo continenti, altre oceani, altre entrambi. Questa è la differenza importante rispetto alla teoria di Wegener: egli credeva che i continenti si muovessero (cioè solo la parte emersa delle terre), come zattere. Il movimento determina l'attività vulcanica e sismica sui bordi dove le placche si muovono: una contro l'altra, allontanandosi oppure scorrendo l'una rispetto all'altra. Per esemplificare i movimenti si possono scegliere alcune zone come l'islanda, dove le placche si allontanano, l'india dove si scontrano, con formazione di montagne, ecc.

22 Utilizzando due banchi e un giornale dove sono riportate le sagome del continente americano, di Africa ed Europa si simula l'apertura dell'oceano Atlantico.

23 LA SITUAZIONE DELL'ITALIA Come consolidamento l'insegnante consegna agli alunni queste due immagini che riportano le distribuzioni di vulcani e terremoti sul territorio italiano. Gli alunni riconoscono la presenza di un confine tra placche che attraversa l'italia da nord a sud. Da questa immagine gli alunni hanno una conferma della loro ipotesi.

24 Questo è il cartellone completato alla fine del percorso sulla tettonica a placche.

25 Il percorso è quindi concluso e anche sulla seconda parte può essere eseguita la verifica. Inoltre ci possono essere possibilita' di approfondimenti con materiale che si trova su internet: - Pangea animata : 650 Million Years in under 2 minutes - Storia della Terra riportata ad un anno