H18 Wereldwijde kringlopen Rol producenten, consumenten en reducenten Verbamden binnen kringlopen kwantificeren Mbv schema’s uitleggen wat de gevolgen zijn van verstoring Welke (a)biotische factoren beïnvloeden het ecosysteem Wat is duurzame ontwikkeling

Zijn er oplossingen voor de CO2-problematiek 18.1 Koolstofkringloop Zijn er oplossingen voor de CO2-problematiek

CO2 meten Wanneer de zon op het noordelijk halfrond staat, daalt het gehalte CO2 in de atmosfeer. Staat de zon op het zuidelijk halfrond, dan stijgt het CO2 gehalte. Noordelijk halfrond bevat meer land en dus meer plantengroei dan het zuidelijk halfrond. Van 400.000 jaar tot 1900 schommelde het CO2 gehalte van de atmosfeer tussen de 180 en 300 ppm (parts per million). In 1953 was dit 310 ppm in 2013 was het gestegen tot 440 ppm. CO2 is broeikasgas: gas dat de warmtestraling van de aarde vasthoudt. Broeikaseffect: dampkring werkt als een kas, de warmte van de zon blijft gedeeltelijk achter in de atmosfeer  aarde is warm genoeg om op te leven Komen er meer broeikasgassen, dan treedt het versterkt broeikaseffect op  het wordt te warm op aarde  landijs smelt  zeespiegel stijgt  overstromingen Meer verdamping  meer wolken  meer regen Planten en dieren van koele streken sterven uit Verandering ecosystemen en hun bewoners (ook belangrijk voor voedselproductie)

Moerasgas Vooral methaan (CH4) 25 keer meer warmte vast dan CO2 Doordat de toendra’s in Siberië steeds meer ontdooien (permafrost ontdooit), wordt er steeds meer methaan geproduceerd door methaan-bacteriën  nog sterker versterkt broeikaseffect Afgelopen eeuw concentratie methaan in atmosfeer verdubbeld Ook herkauwers produceren methaan. Methaan-bacteriën in hun pens breken het gras af en produceren hierbij honderden liters methaan per dag 14% van toename broeikasgassen komt door veeteelt.

CO2-reductie Aanplant bossen  tijdelijke oplossing (max 200 jaar). Als de boom sterft of (gedeeltelijk) wordt opgegeten komt de CO2 terug in de atmosfeer. De route die koolstof neemt door planten, dieren, reducenten wordt de snelle koolstofkringloop genoemd. Per 100 jaar gaat de koolstof 1 maal rond. In water lost CO2 op als HCO3-. Wordt gebruikt in fotosynthese van waterplanten en algen. Deel van de algen zakt naar bodem geen O2 voor afbraak  blijft daar achter--> koolstof is uit de kringloop. IJzer is beperkende factor voor algen  als proef de oceaan ’bemest’ met ijzer  meer koolstof naar bodem gezakt. Nog niet zeker of dit gaat werken en welke gevolgen het gaat werken. In proeffase. Zeedieren nemen HCO3- op in hun schepen. Die blijven lang op de bodem liggen als dier sterft. Fossiliseren deze schelpen tot kalksteen, steenkool of olie, dan is koolstof lange tijd uit de kringloop. Langzame kringloop.

Stikstofkringloop Kunnen mensen de stikstofkringloop beïnvloeden zonder schadelijke gevolgen.

Stikstofopname Stikstofgas in atmosfeer is voor de meeste organismen niet opneembaar. Stikstofbinding of stikstoffixatie vindt plaats in stikstofbindende bacteriën die vrij leven in water of in symbiose met planten. Planten kunnen nitraationen (NO3-) of ammoniumionen (NH4+)uit de bodem opnemen. Ontstaat door bliksem, verkeer, industriële stikstofoxiden en bacteriën b.v. Rhizobium en Bradyrhizobium bacteriën leven in wortelknolletjes van o.a. bonen, lupine en soja. Onder zuurstofarme omstandigheden bindt de bacterie N2 en vormt ammoniumionen en aminozuren voor de plant in ruil voor organische stoffen zoals glucose: Mutualisme. Worden gebruikt als groenbemesting door onderploegen van de plant na de oogst. Bij verbranding van fossiele brandstoffen ontstaat o.a. Lachgas (N2O). Dit is een 300 keer erger broeikasgas dan CO2. Ook ontstaat NO3- in de atmosfeer dat als zure regen op aarde komt.

Eutrofiëring Uitspoeling van met bodemwater meegevoerde zouten uit mest leidt tot eutrofiëring van het oppervlaktewater. Er treedt waterbloei op, algen groeien snel en bedekken de hele oppervlakte  geen licht meer in het water  waterplanten sterven af  reducenten breken dode resten af en verbruiken hierbij veel zuurstof  waterdieren sterven door gebrek aan zuurstof Er is een overschot aan bodemzouten (er gaan meer zouten de bodem in dan er via de landbouwgewassen afkomen)

Planten maken van de opgenomen stikstofzouten aminozuren, eiwitten en andere stikstofverbindingen zoals DNA, ATP en chlorofyl. Herbivoren zetten de opgegeten stikstofverbindingen weer om in eigen organische stikstofverbindingen Reducenten: Ammonificatie: Ammonificerende bacteriën (H3) breken stikstofverbindingen af tot NH3, dat in water ammoniumionen vormt (BINAS 93 G) Nitrificatie (aeroob): Nitrificerende bacteriën (chemo-autotroof): Nitrietbacteriën zetten NH4+ om in Nitriet (NO2-) Nitraatbacteriën zetten NO2- om in NO3- Denitrificatie (anaeroob):denitrificerende bacteriën (autotrofe en heterotrofe) zetten NO3- om in stoffen als NO, N2O en N2.

Stikstof in Oceanen Hypoxie: zuurstofarme omstandigheden in bepaalde gebieden (onder water). Meestal door aanvoer van teveel stikstofverbindingen en de eutrofiëring die daarvan het gevolg is. In zee, zo diep dat nauwelijks zuurstof is, treedt deammonificatie op (BINAS 93G) door chemo-autotrofe bacteriën. Ammonium wordt gekoppeld aan nitriet. Hierbij ontstaat stikstofgas en water: NH4+ + NO2-  N2 (g)+ 2H2O Stikstofoxiden in de atmosfeer reageren met ozon  ozonlaag wordt dunner en er ontstaat zure regen Stikstofoxiden zorgen voor vermesting: toevoeging van extra meststoffen aan een ecosysteem

18.3 Fosfor en andere elementen Op welke manier beïnvloeden mensen de fosforkringloop?

Fosfor In de atmosfeer zijn geen stabiele fosforverbindingen Organismen nemen fosfor op uit de bodem, maar het zit sterk verbonden aan deeltjes in de bodem hulp van bacteriën die zuur afscheiden. Door zuur komt fosfaationen vrij. Planten maken ook gebruik van schimmels die fosfaat opnemen uit de bodem: mycorrhiza = symbiose van schimmel en plant. Schimmels groeien snel en kunnen de fosfaat bereiken waar de wortels van de plant niet bij kunnen. Rhizosfeer = directe omgeving van plantenwortels Fofaationen kunnen door hun lading de celmembraan niet zo maar passeren  schimmels pompen H+ naar buiten en nemen dan fosfaat samen met H+ gezamenlijk in de cel op.

Fosfor komt vooral uit gesteenten. Op het land zijn de stromen fosfor in de kringloop vele malen groter dan in het water. Invloed van mensen op de fosforcyclus is groot Stroom door mijnbouw = stroom door verwering Ook via industrie en landbouw extra fosfor in cylcus Door ontbossing en landbouw neemt de verwering ook nog toe Indicatorsoorten = soorten die een bepaald kenmerk van het milieu laten zijn, b.v. Purperslak (Noordzee) en kokerjuffers(sloten en plassen)

Andere elementen Zwavel is een belangrijk onderdeel van eiwitten. Zwavelatomen gaan onderling verbindingen aan en vormen zo de structuur van eiwitten. Kalium: Mensen hebben nauwelijks te kort aan kalium, planten wel. Planten hebben dit nodig om de osmotische waarde van de vacuole te verhogen, voor turgor IJzer, belangrijk voor vorming hemoglobine, vorming van bladgroen. Zit in veel enzymen

Hoe goed kunnen wereldecosystemen tegen veranderingen? 18,4 Een Oceaan van Plastic Hoe goed kunnen wereldecosystemen tegen veranderingen? Ecosystemen kunnen wel tegen een stootje, maar als een verandering inzet is het vaak onomkeerbaar.

Er drijft in de Stille Oceaan een plastic soep o groot als Frankrijk en Spanje samen. Zelfs te zien vanuit de ruimte. Per jaar miljoenen tonnen afval in de oceaan (80% plastic). Plastic is niet biologisch afbreekbaar PCB’s (polychloorbifenyl) hecht zich aan microplastics. Dit is kankerverwekkend en beïnvloed hormoonhuishouding. Het is een persistente stof (hoopt zich op in het lichaam)  Accumuleert in voedselweb. Microplastics veranderen de structuur van de bodem, waardoor die sneller uitdroogt en minder opwarmt  invloed op vegetatie en bv schilpadeieren.

Men denkt dat elk ecosysteem een paar evenwichtsfasen kent, waarbij de biotische en abiotische factoren in balans zijn. Veranderingen worden tegen gegaan door een soort negatieve terugkoppeling, maar maken het ecosysteem wel onstabieler Omslagpunt of kantelpunt = het punt waarbij een ecosysteem snel van de ene toestand verandert in de andere. Bij het omslagpunt versterken effecten elkaar. Is een ecosysteem om het omslagpunt heen, dan is het heel moeilijk om het oude systeem weer terug te krijgen. Men weet niet wat het omslagpunt is voor het gehalte de temperatuurstijging op aarde. Men denkt dat dat rond de 1,5 graad Celsius stijging is.

Toepassen Mangroebos

Werken als schokbrekers voor de golven Mangrovebossen houden met hun wortels de grond vast wat voorkomt dat de kustlijn verschuift Werken als schokbrekers voor de golven Hebben watertemperatuur nodig van 25 graden Celsius Aanpassingen aan het zoute water: Twee groepen, secreters (hebben zoutklieren die het zout dat binnen komt weer de plant uit uitscheiden, kost veel energie) en non-secreters (ultrafiltratie voorkomt dat 99% van het zout uit zeewater de plant in komt) Mangrovewortels groeien boven water zodat ze zuurstof op kunnen nemen (bodem is O2- arm) zodat de mitochondriën in de secretiecellen genoeg zuurstofkrijgen om het zout weg te werken Olie in het zeewater verstoppen de wortels waardoor die geen zuurstof op kunnen nemen en sterft de mangrove De wortels van de mangrove vormen een ecosysteem, vooral voor jonge vissen die zich hier verschuilen voor rovers. Herbivoren en carnivoren leven boven water in de mangrove. Deel van mangrove omgebouwd tot garnalenboerderijen en oesters worden ingezet om het water te zuiveren. Ook kan het voer van de garnalen verminderd worden, dan filteren zij het water ook, zonder dat ze minder goed groeien.