Hoofdstuk 2: Biosfeer in Beweging

2.1 Meer kennis, meer voedsel Planten, dieren en mensen maken deel uit van de koolstofkringloop en de zuurstofkringloop. Dit zijn voorbeelden van elementenkringlopen )B2.1) Planten maken met behulp van licht glucose en zuurstof uit water en koolstofdioxide. Water halen ze uit de grond met hun wortels, koolstofdioxide halen ze uit de lucht. 6 CO2(g) + 6 H2O (l) C6H12O6(aq)+ 6O2 (g)

Rond 1600 deed Van Helmont(B) een proef met een wilg waarbij hij aantoonde dat een plant kan leven van licht lucht en water (fotosynthese). Planten hebben ook nog andere stoffen (in totaal 17 elementen) nodig. Ze kunnen niet leven van gedestilleerd water. Koolstof (C), Waterstof (H), Zuurstof (O), Stikstof (N), Fosfor (P), Kalium (K), Calcium (Ca), Magnesium (Mg), en Zwavel (S) heeft een plant best wel veel van nodig. Verder ook nog sporenelementen (kleine hoeveelheden van bv IJzer (Fe), Koper (Cu) en Zink (Zn))

Stikstof en Bacteriën Stikstof is een bouwsteen voor eiwitten. De lucht bestaat voor 78% uit stikstof, maar een plant kan het niet rechtstreeks uit de lucht opnemen. Bacteriën nemen de stikstof uit de lucht op en zetten dit om in ammoniak en nitraat. Planten kunnen dit wel opnemen. Stikstofkringloop (B 2.1)

Meer mensen, meer voedsel Er komen steeds meer mensen op aarde waardoor er meer voedsel nodig is. Voorlopig nog is er voornamelijk meer goedkoper plantaardig voedsel nodig, maar door de groei in welvaart in landen zoals China en India zal de vraag naar vlees ook toenemen.

Productieverhogende methodes Bron B2.5 helemaal leren. In 1950 eerste kunstmest geproduceerd. Hierdoor stijgen de opbrengsten per hectare, maar ook negatieve effecten. Overschot kunstmest komt in oppervlaktewater en grondwater terecht Intensieve landbouw door: Ontwikkeling kunstmest Landbouwmachines Nieuwe plantenrassen met hogere opbrengst (groene revolutie) gaat nog steeds door. Veel mest en bestrijdingsmiddelen nodig.

Sociale gevolgen Kunstmest is duur  te duur voor arme boeren in ontwikkelingslanden Mensen willen grote hoeveelheden van constante kwaliteit. Dat is moeilijk te kweken Monocultuur: slechts één gewas op een akker verbouwen. Makkelijker met planten en oogsten Kwetsbaar voor ziektes en plagen Het hangt af van de politiek of technische en wetenschappellijke ontwikkelingen ook écht kunnen bijdragen aan betere levensomstandigheden voor iedereen

2.2 Systeem aarde Condities op aarde bepaald dor atmosfeer. Zonnestraling, zeewater en stofkringlopen vormen biosfeer

Atmosfeer De atmosfeer is belangrijk voor het in stand houden van leven op aarde (B 2.9) Filtert schadelijke straling van de zon (ozonlaag) Houdt ruimtepuin tegen Houdt warmte binnen (natuurlijk broeikaseffect) De samenstelling van de atmosfeer is sinds het ontstaan van de aarde steeds veranderd. Oer-atmosfeer bevatte bijna geen zuurstof. Eerste eencellige planten produceerde zuurstof. Ongeveer 350 miljoen jaar geleden ontstond er een evenwicht tussen zuurstofproductie door planten en zuurstofverbruik door dieren.

Broeikaseffect Natuurlijk broeikaseffect: houdt de aarde op een voor ons goede temperatuur. Zonder dit effect zou de temp op aarde -18 ̊C zijn. Versterkt broeikaseffect: menselijke activiteiten verhogen de concentratie broeikasgassen (vooral CO2 en methaan), waardoor het natuurlijk broeikaseffect wordt versterkt.

Verdeling warmte door kringlopen Stromingen in de atmosfeer en de oceanen verdelen de warmte over de aarde. (B2.10) Rond de evenaar stijgt warme lucht op door verdamping van water. Hierdoor wordt de temperatuur daar lager. Oceaan wordt opgewarmt. Lichte water stroomt naar het noorden Ten noorden en zuiden van de evenaar koelt de lucht af. Water condenseert, er valt neerslag waarbij de warmte vrijkomt Water in oceanen koelt af, stroomt op grote diepten als koud en dus zwaar water terug naar de evenaar. De aanwezigheid van vloeibaar water maakt de temperatuurverschillen op de aarde kleiner.

Schaalmodellen Schaalmodellen worden gebruikt om te proberen de processen van de aarde te doorgronden. Biosfeer II: Schaalmodel van de biosfeer waarin 8 vrijwilligers probeerden in evenwicht te leven met de natuur . Mislukt. Het lukte niet het goed genoeg na te bootsen.

Biosfeer De biosfeer is de laag van de aarde en de lucht erboven waarin zich leven bevindt. Een gesloten systeem, behalve dat er zonnewarmte wordt opgenomen . Elementen zitten in kringlopen. Planten zijn buffers voor koolstof. Mensen en dieren zijn bronnen voor koolstof. Zij geven het juist af aan de atmosfeer. De stofkringlopen (B2.11) zijn in evenwicht met elkaar

2.3 Veranderd klimaat

Hoe weten we dat het klimaat verandert? Pas vanaf 17e eeuw worden temperatuur en neerslag regelmatig bijgehouden. Daarvoor: historische bronnen Schilderijen (15e -19e eeuw kleine ijstijd) Verslagen/dagboeken over oogsten e.d. Jaarringen van bomen Stuifmeelkorrels in gesteenten Samenstelling luchtbelletjes in ijs van Antarctica/Groenlang Oceaansedimenten bevatten schelpen die indicatiegeven van temperatuur.

Klimaat verandert De laatste 100 jaar lijkt de gemiddelde temperatuur op aarde te stijgen. Op basis van gecombineerde bronnen heeft men ontdekt dat het klimaat niet constant is Er zijn ijstijden (glacialen) en de warmere periodes ertussen (interglacialen) geweest. Dit is een natuurlijk proces. Laatste 45 jaar stijgt de gemiddelde temperatuur op aarde relatief snel. Hoe komt dit en wanneer stopt het?

Klimaatmodellen Legt verband tussen de verschillende factoren die invloed hebben op het klimaat (B2.14). Plotselinge gebeurtenissen (vulkaanuitbarsting) is een test moment voor het model. Het moet de gevolgen goed kunnen voorspellen. In klimaatmodellen spelen de oceanen een grote rol. Zij zijn buffers voor het klimaat.

Klimaatfactoren Geologische factoren: Astronomische factoren: Verschuivende continenten Verhouding land/water verandert Astronomische factoren: Instraling en verdeling zonnewarmte door verandering helling aardas, Veranderingen in baan om de zon Afstand aarde/zon varieert Atmosferische factoren: De samenstelling van de gassen CO2 en methaan is in de loop van de geschiedenis veranderd  ander effect op broeikaseffect Plotselinge gebeurtenissen: stofwolken houden zonlicht tegen (kosmische winter) Meteorietinslagen Vulkaanuitbarstingen

Klimaatsysteem Het geheel van atmosfeer, landmassa’s, oceanen, biosfeer, landijs en zeeijs waarin en waartussen uitwisseling van energie en stoffen plaats vindt. Hierbij vindt ook terugkoppeling plaats. (zie B 1.16) Negatiever terugkoppeling: zoals bij en verwarming: temperatuur te hoog, kachel gaat uit. Temperatuur wordt lager. Te laag  kachel gaat aan en temperatuur wordt hoger Positieve terugkoppeling: De verandering versterkt het effect.

Voorspelbaarheid van klimaat Twee soorten voorspellingen Natuurlijke ontwikkeling van atmosfeer (bv weersvoorspelling) beperkte duur Voorpellen effecten van veranderingen in klimaatfactoren. Onzekerheid groter op langere termijn. Discussie: Men is het er nog niet over eens of de mens nu wel of niet de veroorzaker is van het verhoogde broeikaseffect. (lees de artikelen op blz 43 en 44)

Bevolkingsgroei in modellen De wereldbevolking groeit snel Hoe groot gaat het worden, hoe kun je dat berekenen? Kloppen die berekeningen?

Bevolking Nederland is het dichtstbevolkte land ter wereld (16.400.000 inwoners op 41 000 km2) Wereldbevolking groeit gemiddeld met 1,5% per jaar (ongeveer 100 miljoen mensen per jaar). Nu meer dan 6 miljard mensen Bevolkingsgroeimodellen worden gebruikt om te berekenen hoe groot de bevolking zal zijn in de toekomst. Voorspellende modellen hebben een beperkte betrouwbaarheid.

In de jaren ‘60 en ‘70 groeide de bevolking van Nederland sterk door: 1950 had Nederland 10 miljoen inwoners. Regering stimuleerde emigratie naar VS en Canada om overbevolking te voorkomen. In de jaren ‘60 en ‘70 groeide de bevolking van Nederland sterk door: Economische bloei stimuleerde immigratie Natuurlijke aanwas Zie bron 2.22 Vier scenario’s voor zeer langere termijn worden gebruikt door het CBS (Centraal Bureau voor de Statistiek) Worden steeds doorgerekend. Alle vier beschrijven ze het verleden correct. Welk scenario de toekomst goed beschrijft weet men nog niet.

Groeimodellen Lineaire groei: iedere tijdseenheid komt er een zelfde hoeveelheid bij (slechts 1 groeifactor) Exponentiënle groei: iedere tijdseenheid verdubbeld het aantal Economisch model: zie bron 2.24 Hoe complexer (meer variabelen) het model meeneemt, hoe nauwkeuriger de uitkomst, maar ook hoe meer rekenkracht er moet zijn

Malthus 1798 Britse econoom Voorspelt hongersnood op basis van eenvoudig model. Omdat de wereldbevolking exponentieel toeneemt en de voedselproductie lineair.

Club van Rome 1972 voorspelde De Club van Rome op basis van modelberekeningen dat: De groeiende wereldbevolking steeds meer voedsel nodig had De natuurlijke hulpbronnen (b.v. olie en gas)snel uitgeput zouden raken Industrialisatie zorgt voor verdergaande milieuvervuiling

Verdieping

GAIA hypothese (B2.30) James Lovelock (1972) De aarde en het leven erop vormen één levend systeem dat zichzelf in gang houdt. Model Daisyworld (Zie bron 2.28) De gaiahypothese is niet falsificeerbaar en voldoet niet aan de criteria waardoor wetenschap zich onderscheidt (zie volgende dia).

Verificatie <-> Falsificatie Verificatie = aantonen dat een hypothese juist is Falsificatie= aantonen dat een hypothese onjuist is Karl Popper heeft aangegeven dat alleen falsificatie mogelijk is. Je kunt nooit voldoende data verzamelen om aan te tonen of iets altijd geldt. Je kunt makkelijker aantonen dat iets onder een bepaalde omstandigheid niet geldt.