Mastercourse klimaatverandering en verwoestijning Mastercourse Google Earth en de zichtbare effecten van klimaatverandering Geschiedenis van de atmosfeer en het klimaat op aarde 27 januari 2009 Inleiding Geschiedenis Broeikaseffect 20ste eeuw Toekomst Google Earth J.H. van Boxel Universiteit van Amsterdam 13 januari 2010 2. Klimaatgeschiedenis van de aarde - John van Boxel 1

Geschiedenis aardatmosfeer en het klimaat op aarde Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer Het ontstaan van de aarde en de oeratmosfeer In zevenmijlslaarzen door de geologische geschiedenis van de aarde De hedendaagse atmosfeer Toekomstige atmosfeer

Het ontstaan van de aarde (circa 4700 Ma BP) Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer Schijf van stof en gas Meeste massa kwam samen in het centrum van de schijf  De Zon Planeten, o.a. de aarde (ca 4700 Ma BP) Heel veel meteorieten Aarde was aanvankelijk gloeiend hete bol met een nog vloeibare "aardkorst" Ontgassing van de aardmantel  Atmosfeer

Oeratmosfeer Uit het binnenste van de jonge aarde ontsnapten gassen. Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer Ontgassing: Waterdamp H2O Stikstof N2 Ammonia NH3 Waterstof H2 Zwavelwaterstof H2S Koolmonoxide CO Kooldioxide CO2 Uit het binnenste van de jonge aarde ontsnapten gassen. Zij vormden de oeratmosfeer. Een vergelijkbaar gasmengsel komt ook nu nog vrij bij vulkaanuitbarstingen. Daarnaast aanvoer van water via meteorieten http://www.museumkennis.nl/nnm.dossiers/museumkennis/i002638.html

Chemische samenstelling atmosfeer v/d aarde en haar buurplaneten Venus Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer Volumepercentages Venus Mars Stikstof 3.50 2.70 Zuurstof 0.00 0.13 Argon 0.01 1.60 Waterdamp 0.00 0.03 Kooldioxide 96.48 95.32 Volumepercentages Venus Aarde Mars Stikstof 3.50 77.89 2.70 Zuurstof 0.00 20.90 0.13 Argon 0.01 0.93 1.60 Waterdamp 0.00 0.26 0.03 Kooldioxide 96.48 0.04 95.32 Zon Waterstof 92.1% Helium 7.8% Zuurstof 0.061% Koolstof 0.030% Stikstof 0.008% Neon 0.008% IJzer 0.004% Silicium 0.003% Magnes. 0.002% Zwavel 0.002% Waar is alle CO2 gebleven? Waar komt die zuurstof vandaan? Waar is alle CO2 gebleven? http://www.daviddarling.info/encyclopedia/M/Marsatmos.html http://www.daviddarling.info/encyclopedia/V/Venusatmos.html

Het eerste leven op aarde Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer

Precambrium > 550 Ma BP Cyanobacteriën produceren zuurstof Pyriet Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer Cyanobacteriën produceren zuurstof Aardkorst bevat veel ijzer, o.a. Pyriet (FeS2) IJzer komt o.a. via verwering & erosie in de oceanen Zuurstof wordt gebruikt voor oxidatie van het ijzer  Gebande ijzerformaties Warme perioden Veel cyanobacteriën Veel zuurstof Geoxideerd ijzer (rood) Koude perioden Minder cyanobacteriën Weinig zuurstof IJzersulfiden (zwart)

Ca 600 Ma BP eerste ijstijd De jonge zon was zwakker dan huidige zon Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer De jonge zon was zwakker dan huidige zon Aarde was toch warm door sterk broeikaseffect Toen CO2-concentraties daalden verminderde het broeikaseffect Circa 600 miljoen jaar geleden eerste ijstijd Veel levensvormen stierven toen uit Toen de atmosfeer zuurstof bevatte ontstonden ook levensvormen die niet hun eigen zuurstof produceerden  dieren

Devoon en Carboon: Landplanten Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer Devoon (ca 420-360 Ma BP): ontstaan van de eerste landplanten Carboon (ca 360-300 Ma BP): heel veel CO2 wordt aan de atmosfeer onttrokken en wordt de koolstof vastgelegd in dikke pakketten steenkool CO2-concentraties in de atmosfeer dalen voor het eerst onder de 1000 ppm  Nieuwe ijstijd

Perm (ca 300-250 Ma BP) CO2-concentraties < 1000 ppm Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer CO2-concentraties < 1000 ppm Koud klimaat  IJstijd Waarschijnlijk ook interglacialen Perm-Trias overgang (ca 250 Ma BP): waarschijnlijk Meteorietinslag Massaextinctie Vrijwel alle bestaande levensvormen verdwijnen

Trias (ca 250-200 Ma BP): Pangea Breekt Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer Plaattektoniek 250 Ma BP één groot supercontinent Pangea Trias: Opbreken supercontinent Pangea Enorme toename van het vulkanisme Veel extra CO2 in de atmosfeer CO2-concentraties stijgen Temperatuur stijgt

Trias (ca 250-200 Ma BP) en Jura (ca 200-144 Ma BP) Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer Perm-Trias overgang (ca 250 Ma BP): waarschijnlijk Meteorietinslag Trias: aanvankelijk lage biodiversiteit Mogelijkheden voor nieuwe levensvormen Gedurende Trias en Jura verschijnen veel nieuwe soorten o.a.: Dinosauriërs Eerste zoogdieren

Het Krijt (144-65 Ma BP): een warme periode Mastercourse klimaatverandering en verwoestijning 27 januari 2009 Het Krijt (144-65 Ma BP): een warme periode Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer Het Krijt was warm (dinosauriërs) Zeespiegel 70 m +NAP Aarde vrijwel ijsvrij Veel CO2 wordt vastgelegd door schelpdieren Krijtafzettingen/Krijtrotsen Einde van het Krijt (65 Ma BP) waarschijnlijk door inslag van grote meteoriet bij Yucatan Massaal uitsterven van heel veel dieren en planten De dinosauriërs verdwijnen Opkomst van de zoogdieren A meteorite is an extraterrestrial body that survives its impact with the Earth's surface without being destroyed. While in space it is called a meteoroid. When it enters the atmosphere, air resistance causes the body to heat up and emit light, thus forming a fireball, also known as a meteor or shooting star. (http://en.wikipedia.org/wiki/Meteorite) Asteroids, also called minor planets or planetoids, are a class of astronomical object. The term asteroid is generally used to indicate a diverse group of small celestial bodies that drift in the solar system in orbit around the Sun. (http://en.wikipedia.org/wiki/Asteroid) A comet is a small body in the solar system that orbits the Sun and (at least occasionally) exhibits a coma (or atmosphere) and/or a tail — both primarily from the effects of solar radiation upon the comet's nucleus, which itself is a minor body composed of rock, dust, and ices. (http://en.wikipedia.org/wiki/Comet) 2. Klimaatgeschiedenis van de aarde - John van Boxel 13

Tertiair (Ca 65-2.5 Ma BP): Vastlegging CO2 via verwering Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer Ca 30 Ma BP sluit India aan bij het Aziatische continent Vorming Himalaya-gebergte begint Veel erosie van silicaten Verwering d.m.v CO2 tot Carbonaten Bijv.: CaSiO3 + H2CO3  CaCO3 + SiO2 + H2O Kwarts  zand CO2-concentratie daalt definitief(?) tot beneden de 1000 ppm  Begin vergletsjering Antarctica Van "greenhouse" planeet naar "icehouse" planeet

Pleistoceen (ca 2.5-0.01 Ma BP) IJstijden en interglacialen Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer Afwisseling van ijstijden en interglacialen Glacialen CO2-concentratie ca 180-230 ppm Interglacialen CO2-concentratie ca 250-300 ppm

Valkuil Goede correlatie Verband bewezen? Oorzakelijk verband? Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer Goede correlatie Verband bewezen? Oorzakelijk verband? Richting v/d causale relatie? CO2 en CH4 concentraties volgden temperatuur Klimaatgevoeligheid voor CO2 geschat op circa 1oC per 100 ppm CO2 (0.5oC tot 1.5oC per 100 ppm) Glaciaal-interglaciaal verschil in CO2 concentratie circa 100 ppm maar temperatuurverschil circa 8oC Broeikasgassen hebben dus niet de afwisseling tussen glacialen en interglacialen veroorzaakt Bij lage CO2 concentraties veroorzaken astronomische factoren ijstijden en interglacialen (Ondanks de verhoogde instraling van de zon)

Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer Waar is de CO2 gebleven? 750 Gton C < 1 Teraton Micro-organismen zetten CO2 om in O2. Dat werd aanvankelijk gebruikt voor de oxidatie van ijzersulfide Vastgelegd door planten in de vorm van steenkool, olie, gas, veen, etc. Vastlegging in krijtafzettingen door schelpdieren Reactie met door verwering vrijgekomen silicaten Opgelost in de oceanen Ontstaan aarde Oeratmosfeer Precambium Devoon&Carboon Perm Trias en Jura Krijt Tertiar Pleistoceen Moderne atm. 90 000 000 Gton C 90 000 Teraton C 39 000 Gton C  39Teraton C

Wat als CO2 nog in de atmosfeer zou zijn Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer Wat als CO2 nog in de atmosfeer zou zijn In sedimenten en rotsen zit circa 100,000 keer zoveel C als in de atmosfeer Nu 0.04 % CO2 in de atmosfeer Volumepercentages Venus Aarde Mars Stikstof 3.50 77.87 2.70 Zuurstof 0.00 20.89 0.13 Argon 0.01 0.94 1.60 Waterdamp 0.00 0.26 0.03 Kooldioxide 96.48 0.04 95.32 Volumepercentages Venus Aarde Mars Stikstof 3.50 1.89 2.70 Zuurstof 0.00 0.51 0.13 Argon 0.01 0.02 1.60 Waterdamp 0.00 ?? 0.03 Kooldioxide 96.48 97.5 95.32 Sedimenten bevatten ca 40 maal zoveel C dan N2 en O2 samen in de atmosfeer Als die C in de vorm van CO2 in de atmosfeer zou zitten dan zou die veel meer lijken op de atmosfeer van Venus

Chemische samenstelling van de moderne aardatmosfeer 0.25 Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer % Percentages ten opzichte van droge lucht (0.04%) 0.039 % CH4

Broeikasgassen in de moderne atmosfeer Precambrium Cambrium Devoon Carboon Perm Trias Jura Krijt Tertiair Pleistoceen Holoceen Ordovicium Siluur Oeratmosfeer Broeikasgassen in de moderne atmosfeer CH4 2005: 1600 ppb 400 500 600 CO2 2060: 560 ppm Pre-industrieel CO2 280 ppm; CH4 700 ppb Nu CO2 390 ppm; CH4 1700 ppb Einde 21ste eeuw …. CO2 2005: 380 ppm Deze eeuw zullen we concentraties bereiken die al miljoenen jaren niet meer zijn voorgekomen op aarde

John van Boxel Het broeikaseffect Volgende presentatie Inleiding Geschiedenis Broeikaseffect 20ste eeuw Toekomst Google Earth John van Boxel Het broeikaseffect