SIG: analizando el mundo en 3D

Traducido por Miguel A. de Pablo (Dpto. Geología. Universidad de Alcalá)

Imagen cortesía de alexsl / iStockphoto

Los terremotos, el clima mundial o la colocación de los parques eólicos - con la ayuda de sistemas de información geográfica, pueden ser investigados de forma dinámica en el aula. José Kerski describe cómo.

SIG: una perspectiva espacial

Desde hace más de 2500 años, la gente ha estado fascinada por la geografía, el estudio de nuestro planeta. La geografía es también la ciencia del pensamiento espacial - como los fenómenos interactúan entre sí y cambian con el espacio, a escalas local, regional y mundial. Hoy en día, esta ciencia espacial es particularmente significativa en temas como el cambio climático, la pérdida de biodiversidad, la agricultura sostenible, la calidad y cantidad del agua, la energía y los riesgos naturales que no sólo crecen en importancia, sino que también afectan a nuestra vida cotidiana. Para lidiar con estos problemas, tenemos que ver los patrones y las tendencias a cualquier escala, desde el nivel mundial hasta una comunidad local.

Para investigar estas tendencias, los geógrafos emplean los sistemas de información geográfica (SIG). A diferencia de los mapas tradicionales, los SIG van más allá de los aspectos estáticos, analizando los objetos en dos dimensiones: además, los mapas individuales pueden ser manipulados y combinados con otros mapas, gráficos, bases de datos y fuentes multimedia.

La G de SIG representa la Geografía - el mapa: por ejemplo, un mapa topográfico 2D o 3D, un mapa de pH del suelo, los ecosistemas o cuencas hidrográficas, o una imagen de satélite. La I representa la Información contenida en el mapa, que se almacena en una base de datos. Para los ríos, por ejemplo, la información podría indicar si el río es perenne o intermitente, o cómo su conductividad o salinidad varía con el tiempo o a lo largo de su curso. La S - el Sistema - conecta el mapa y la base de datos. Al seleccionar los componentes en el mapa, el usuario selecciona al mismo tiempo los atributos asociados en la base de datos (y viceversa), lo que les permite ser manipulados.

Con la ayuda de cientos de herramientas SIG específicas, los datos pueden ser manipulados y combinados de muchas maneras diferentes. Por ejemplo, la herramienta de proximidad puede encontrar todos los terremotos que se produjeron a menos de 100 km de Frankfurt am Main, Alemania, y la herramienta de superposición puede reducir la búsqueda a los terremotos que tuvieron lugar en suelo aluvial y que se encuentran en tierras altamente pobladas.

Usando SIG en el aula

En las aulas, los SIG pueden utilizarse no sólo en la Geografía, sino también in Biología, Química, Ciencias de la Tierra, Ciencias del Medio Ambiente, Historia, Matemáticas y otras materias. Puede ayudar a los estudiantes de todos los niveles a pensar críticamente y a usar datos reales, así como atractivo visual para el aprendizaje.

Se pueden tratar una gran variedad de temas: las relaciones entre las personas, el clima, el uso del suelo, la vegetación, los sistemas fluviales, acuíferos, las formas de la tierra, los suelos, los riesgos naturales y muchos más. Por ejemplo, ¿cómo afectará el cambio climático a la producción mundial de alimentos? ¿Cuál es la relación entre la tasa de natalidad y la esperanza de vida? ¿Cómo afecta el drenaje ácido de minas en una cadena de montañas a la calidad del agua río abajo? ¿Cómo afectan a la expansión urbana los cambios demográficos asociados con familias de menor tamaño? ¿Cuál es la mejor ubicación de los nuevos parques de energía eólica? ¿Cómo va a influir un centro comercial en construcción en las pautas del tráfico de una comunidad y en el uso de la tierra?

Los SIG pueden ser empleados de tres formas.

Usando un programa SIG, como el software profesional ArcGIS o los programas de libre disptribución ArcGIS Explorer^w1 y ArcExplorer Java Edition para la Enseñanza^w2, los estudiantes pueden analizar los datos que han recogido y se almacena localmente. Por ejemplo, se podría analizar la altura y las especies de árboles en los terrenos de su escuela.

Usando un SIG a través de un navegador web, los estudiantes podrían analizar una gama mucho más amplia de datos, por ejemplo, podría utilizar la web This Dynamic Planet^w3 para estudiar la relación entre los terremotos y los volcanes en los límites de placas litosféricas y la tasa de movimiento de las placas. Podrían utilizar Worldmapper^w4 para ver la distribución de más de 700 variables a través de la web, incluyendo la pérdida de bosques y la distribución y extracción de minerales, o descargar esos datos.

Finalmente, los estudiantes podrían combinar el software SIG en el ordenador y sus herramientas asociadas con los datos descargados de Internet. Por ejemplo, para analizar el potencial de inundación de los ríos en su comunidad y los incendios forestales en curso en todo el mundo a partir de datos reales y los mapas base en tres dimensiones, podrían utilizar ArcGIS y descargar imágenes de satélite y mapas topográficos locales de ArcGIS Online^w5.

Cada uno de los métodos tiene sus ventajas. El programa de ordenador ofrece un conjunto de herramientas analíticas más potentes, mientras que los SIG basados en la web es más fácil de usar y sólo requiere un explorador web.

A continuación se muestran dos ejemplos de los análisis con el SIG que podrían llevarse a cabo en la escuela.

El análisis de los terremotos recientes con SIG

Digamos que usted ha leído un artículo afirmando que el terremoto y sus réplicas de Haití en enero de 2010 eran inusuales, ya que tuvieron una magnitud muy elevada y que los terremotos son poco frecuentes en Haití. ¿Quieres comprobar si esto es verdad? Esto se puede hacer con el software SIG y de los datos descargados de Internet.

Debido a que los terremotos son fenómenos intrínsecamente tridimensionales, tendrá que descargar un software de SIG 3D, por ejemplo ArcGIS Explorer^w1 (gratuito; sólo para Windows).

Desde el Catálogo sísmico del Servicio Geológico de EE.UU. (USGS)^w6, puede acceder a un archivo de texto separado por comas con datos sobre terremotos que cubre de enero y febrero de 2010. Para ello, seleccione “terremotos” de la izquierda, y luego en “Buscar un terremoto". Ejecute una búsqueda global, seleccionando el formato de hoja de cálculo (delimitado por comas), con magnitudes 6 y superiores (utilizar 10 como la magnitud máxima), desde 1 enero a 28 febrero de 2010. Copie y guarde el resultado de datos de texto, que incluirá las fechas, lugares, magnitudes y profundidades de los epicentros de los terremotos en todo el mundo.

En un editor de texto, quite las líneas por encima y por debajo de los datos, excepto la línea de cabecera. En la línea de cabecera, quitar el paréntesis y vuelva a guardar el archivo.

En ArcGIS Explorer, utilice el menú Herramientas para añadir sus datos de terremoto como Coordenadas XY en sus posiciones correctas (ver imagen inferior).

Añadiendo los datos de terremotos en ArcGIS Explorer
Imagen cortesía de ESRI

¿Qué notas en el patrón espacial de la localización de terremotos a escala global? ¿Por qué los terremotos no se distribuyen uniformemente en todo el mundo?

Desde ArcGIS Online^w5, abra la capa de los límietes de las placas y la capa "Terremotos deenero 2004 a abril de 2007” en ArcGIS Explorer para que pueda investigar la relación entre los límites de placas y los lugares, las magnitudes y las profundidades de más de 60.000 terremotos. Al hacer clic en un terremoto, se puede ver la fecha, hora, magnitud, ubicación y profundidad de ese terremoto (ver imagen inferior).

Abriendo las capas de informacion desde ArcGIS Online en ArcGIS
Imagen cortesía def ESRI

¿Por qué algunos límites de placas sufren abundantes los terremotos, mientras que otros son relativamente tranquilos? ¿A lo largo de qué tipo de límites de placas son más profundos los terremotos? ¿Y los menos profundos? ¿Por qué?

Verá que las cordilleras oceánicas tienen un número moderado de terremotos que tienen menos de 10 km de profundidad, mientras que las zonas de subducción (cuando una placa se hunde debajo de otra) se asocian con más frecuencia con terremotos que son a la vez más profundos e intensos.

Al acercarse a Haití verá que el artículo del periódico estaba en lo cierto: la mayoría de los terremotos de la región ocurridos en el período de tres años se produjeron siguiendo un patrón amplio y disperso en la costa noreste de La Española (que se muestra por los puntos púrpura en la imagen de abajo), pero en enero y febrero de 2010 los terremotos se localizaron en un área muy cercana en el lado occidental de la isla, en Haití (mostrado por los puntos amarillos). ¿Cuáles serían para ti los terremotos réplica, y por qué?

Terremotos en Haití y sus alrededores
Imagen cortesía de ESRI

Otras preguntas que podrían abordar los estudiantes son:

¿Cómo y por qué se diferencian los límites de placas?, y ¿cómo sus movimientos dan lugar a diferentes tipos y número de terremotos?

¿Cómo influyen los movimientos de las placas en las poblaciones que viven en sus proximidades?, ¿y en aquellas poblaciones situadasmás lejos (a través de maremotos)?

¿Cuál es la distancia media a la costa a la que ocurren la mayoría de los terremotos que se producen en la zona de subducción a lo largo del borde occidental de América del Sur?, ¿y qué te dice esta distancia y la profundidad de los terremotos acerca del tipo de límite de placa que existe allí?

¿Cree usted que el hecho de que no ha habido terremotos en Haití entre 2004 y 2007 contribuyó de alguna forma a la presión tectónica que produjo el terremoto de magnitud 7,0 del mes de enero de 2010?

¿Cómo son de communes las réplicas?

El terremoto que ocurrió un mes más tarde en Chile era mucho más grande que el terremoto de Haití, pero el número de muertos fue mucho menor. ¿Qué efecto tienen los códigos de construcción en los daños producidos por un terremoto en una determinada región? (Véase también Marazzi & Tirelli, 2010.)

Analizando el clima mundial con SIG

Otra investigación para el aula usando SIG sería el análisis de los climas del mundo.

Descargar gratis el software GIS ArcExplorer Java Edition para la Educación^w2 (para Windows o Mac).

Abra el proyecto worldclimate_hd para ver las capas de datos, que incluyen la vegetación, temperatura máxima y mínima para julio, temperaturas máximas y mínimas de enero, la precipitación media, altitud, paises y una rejilla de 30 grados de latitud y longitud (ver imagen inferior).

Proyecto Worldclimate_hd
Imagen cortesía de ESRI

Haga clic sobre la capa de paises y utilize el menú que aparece para etiquetar los distintos países.

¿Por qué es diferente el patrón de las temperaturas máximas para los meses de julio de enero? En el mapa, ¿puedes ver en qué época del año es verano en el hemisferio norte y cuando es verano en el hemisferio sur? ¿Qué influencia tiene la latitud en la temperatura?

¿Cuál es la diferencia entre las temperaturas mínimas y máximas de julio? ¿Hay alguna región del mundo que experimente oscilaciones diarias de temperatura de más de 20 ° C? ¿Dónde están estas regiones? ¿Cuál es el efecto del océano en los cambios de temperatura diaria y las temperaturas máximas en todo el mundo?

Encienda la capa de mapa de elevación (ver imagen inferior).

Mapa de elevación
Imagen cortesía de ESRI

¿Qué efecto tiene la elevación en la temperatura? ¿Es tan importante la elevación como la latitud como factor determinante de la temperatura?

A continuación, examinar la capa del mapa de vegetación (ver imagen inferior).

Capa de Mapa de vegetación
Imagen cortesía de ESRI

¿Qué tipos de vegetal primaria existen en Gabón, Omán y Japón? ¿Cómo es la relación entre el clima y la vegetación? ¿Cuál es la vegetación predominante en las regiones situadas a más de 2000 m de altitud? Mueve el ratón hasta situalo sobre el ecuador, y describir cómo va cambiando la vegetación a medida que se mueve a través de América del Sur, África y el sudeste asiático a lo largo del ecuador. ¿Cómo cambia la vegetación y el clima a medida que avanza hacia el norte a lo largo del Meridiano de Greenwich desde Ghana hasta el Reino Unido?

Acérquese a la región en la que vive. Determine las variaciones diarias de temperatura en enero y en julio y luego compare las temperaturas máximas para enero y Julio para su región.

¿Cómo son la temperatura, la precipitación, la vegetación y la elevación comparadas con las de otras regiones del mundo? ¿Hay alguna otra parte del mundo que experimente un clima elevación y vegetación similares a los de su región? Si es así, ¿dónde está?

Referencias

Marazzi F, Tirelli D (2010) Combatiendo terremotos: diseño y prueba de edificios antisísmicos. Science in School 15. www.scienceinschool.org/2010/issue15/earthquakes/spanish

Recursos en la red

w1 – ArcGIS Explorer es un software SIG 3D gratuito y descargable para Windows, con el que podrás explorar, visualizar y compartir información SIG. Usted puede agregar sus propios datos sus propios mapas de ArcGIS Explorer y combinarlos con datos libres. También puede personalizar sus mapas, añadiendo fotos, informes, videos y otro tipo de información. Para descargar ArcGIS Explorer, ver algunas demostraciones y obtener más información sobre cómo usarlo, visite: www.esri.com/arcgisexplorer

Pueden solicitar una versión de evaluación del software SIG profesional ArcGIS aquí: www.esri.com/software/arcgis/arcview

w2 – ArcExplorer Java Edition para la Educación (AEJEE) eses un programa SIG libre, y descargable para las plataformas Mac y Windows que puede utilizar para examinar los patrones espaciales desde una escala local hasta una escala global. Se puede clasificar, simbolizar y analizar mapas e imágenes. Para descargar AEJEE, visite: http://www.esri.com/software/arcexplorer/download-education.html

w3 – Los datos sobre los volcanes, los terremotos, los cráteres de impacto y límites de las placas pueden ser analizados y descargados desde la página web de This Dynamic Planet. Ver: http://mineralsciences.si.edu/tdpmap

w4 – WorldMapper es una colección de mapas que muestran la distribución mundial de más de 700 variables. Los datos pueden ser examinadas a través de la web o descargados para su posterior análisis. Ver: www.worldmapper.org

w5 – Los mapas básicos, como los que muestran la topografía, imágenes de satélite, las calles, y el clima actual, puede ser descargado e integrado en proyectos ArcGIS Explorer y ArcGIS desde la página web de ArcGIS Online: www.arcgisonline.com

w6 – El servicio geológico de los EE.EE. (USGS) ofrece un catálogo sísmico desde donde se pueden descargar datos de cada terremoto. Ver: http://earthquake.usgs.gov

Recursos

Conecte con otros educadores que usen SIG en todo el mundo y encontre actividades, datos, herramientas de cartografía a través de la web, programas, eventos y muchas cosas más a través de la Comunidad ESRI Educación: http://edcommunity.esri.com

Los profesores pueden compartir y utilizar planes de lecciones para el uso de SIG a través de la biblioteca ArcLessons. Ver: http://edcommunity.esri.com/arclessons

ESRI ha publicado cuatro libros que contienen lecciones, datos, software y evaluación para los estudiantes de todos los niveles. Las lecciones incluyen temas de la biodiversidad, los riesgos naturales y el clima, entre otros. Para descubrir más acerca de estos libros, visite: www.esri.com/ourworldgiseducation

Gewin V (2004) Mapping opportunities. Nature 427: 376-377. doi: 10.1038/nj6972-376a
Descargar el artículo de forma gratuita aquí, o suscribirse a la revista Nature: www.nature.com/subscribe

National Academy of Sciences (2006) Learning to Think Spatially—GIS as a Support System in the K-12 Curriculum. Washington, DC, USA: The National Academies Press. ISBN: 0309092086

Sui DZ (1995) A pedagogic framework to link GIS to the intellectual core of geography. Journal of Geography 94: 578-591. doi: 10.1080/00221349508979371

Si te ha gustado este artículo, eche un vistazo a otros artículos publicados relacionados con las Ciencias de la Tierra en Science in School. Ver: www.scienceinschool.org/earthscience

José Kerski es el gestor de la educación en el Environmental Systems Research Institute (ESRI), donde desarrolla planes de estudio basado en el SIG, lleva a cabo el desarrollo profesional de educadores, desarrolla y consolida alianzas educativas para el adelanto de análisis espacial en la educación, y realiza investigaciones sobre la aplicación y la eficacia de los SIG en la educación. Antes de unirse a ESRI, Joseph trabajó como geógrafo en el Servicio Geológico de EE.UU. y la Oficina del Censo de EE.UU., y enseñó SIG y Geografía en varias escuelas secundarias y universidades.

ESRI es una empresa dedicada al desarrollo del software SIG que millones de personas en todo el mundo utilizan a diario para tomar mejores decisiones en los organismos gubernamentales, organizaciones sin fines de lucro, el sector privado y el educativo y científico. El equipo de educación ESRI apoya el uso de SIG en todos los niveles de la educación, en la enseñanza, la política educativa y la administración educativa.

Opinión

Todo el mundo ha oído hablar de los SIG como el último recurso en materia de cartografía; este artículo da a los profesores la oportunidad de explotar este recurso para hacer frente a los fenómenos geográficos.

Recomiendo este artículo a los docentes de secundaria que están dispuestos a investigar más profundamente los aspectos geográficos de las Ciencias de la Tierra (las placas tlitosféricas, los volcanes, los terremotos), las Ciencias Aambientales (geomorfología, clima, recursos naturales, la contaminación, los riesgos naturales), Biología (biodiversidad , distribución de las especies) e incluso la historia (demografía, migraciones) desde la escala local a la escala planetaria. Hay muchas oportunidades para el trabajo interdisciplinario.

El uso del software propuesto requiere algunos conocimientos de informática y está sujeta a los requisitos de software específico.

Estas actividades podrían proporcionar una base interesante previa a una excursión geológica con los alumnos o como una actividad previa a introducirse en algunas lecciones sobre Ciencias de la Tierra. Podría usarse como base para la discusión y debate sobre muchos temas relacionados con los temas mencionados, en particular, con acontecimientos importantes como los recientes terremotos en Haití y Chile.

Giulia Realdon, Italia