Leereenheid 1
Over het ontstaan van elementen, ons zonnestelsel,
de aarde en het leven
Hoofdstuk 1.1
Over het ontstaan van elementen, ons zonnestelsel, de aarde en het leven
LEERDOELEN
Na bestudering van dit hoofdstuk zou u in staat moeten zijn
• Uit te leggen hoe het opbouwproces van elementen heeft plaatsgevonden na de oerknal, waarbij je specifiek ingaat
op het ‘kernfusieproces’ en het ‘neutronenproces’.
Heelal 14mld jaar geleden ontstaan bij oerknal. Ontstane materie koelde af en vormde eerste sterren. In die sterren
werd door kernfusie waterstof omgezet tot helium wat daarna weer overging in koolstof.
Kernfusieproces is alleen mogelijk bij extreem hoge temperaturen en hoge druk (in het binnenste van sterren).
Enorme hoeveelheid energie komt vrij in de in de vorm van (zichtbare) straling.
Het is niet mogelijk om via kernfusie elementen ‘zwaarder’ dan ijzer te verkrijgen.
Elementen ‘hoger’ dan ijzer ontstaan via een neutronenproces, dit komt op gang bij een supernova. Neutronen
kunnen door hun neutrale karakter door een kern worden ingevangen, er ontstaat zo een zwaardere isotoop van een
element. Onder uitzending van een elektron kan deze isotoop overgaan in een zwaarder element.
• Uit te leggen hoe ons zonnestelsel is ontstaan, waarbij je gebruik maakt van de termen oernevelmaterie,
condensatie, kernfusie, materiedifferentiatie, radioactief verval.
Uitstoot van materiaal uit één of meerdere oudere sterren en menging van dit materiaal met waterstofgas, stof en
gruis (aanwezig in ruimte tussen de sterren).
Samentrekking van dit materiaal tot de oernevel.
Plaatselijke verdichtingen en als gevolg van de massa-aantrekking steeds verdergaande materieconcentratie
(= condensatie).
Overgrote deel oernevelmaterie in de zon; 99,87% massa zonnestelsel. Als gevolg van deze grote massa kwam
kernfusieproces op gang dat nog steeds voortduurt.
Differentatie van materiaal in vaste lichamen, bv aarde met ijzerkern omgeven door silicaatmantel.
Veel energie (warmte) door radioactief verval van isotopen met een korte halveringstijd en ook nog hogere
warmteproductie van de radio-isotopen uranium (U), thorium (Th) en kalium (K).
• Aan te geven hoe de aarde is opgebouwd en uit te leggen waarom de aarde geen homogene massa is geworden,
waarbij je gebruik maakt van termen differentiatie, gefractioneerde kristallisatie en selectieve extractie.
Warmte die is vrijgekomen bij radioactief verval is gebruikt voor opsmelting aardmassa waarbij het zwaardere ijzer
naar beneden is gezakt. Differentiatie van aardmassa in kern van hoofdzakelijk ijzer en een silicaatmantel.
Lichtste silicaten vormen aardkorst (Silicaat = mineraal met siliciumoxide). Daarboven atmosfeer met - nog lichtere –
gassen.
Door langdurig proces van gefractioneerde kristallisatie, proces van herhaaldelijk smelten en stollen, verschillende
gesteentetypen gevormd.
Bij nog verder afkoelen is water ontstaan. Door verschil in oplosbaarheid zijn een aantal stollingsgesteenten geheel
of gedeeltelijk in het water opgelost = selectieve extractie.
,• Uit te leggen hoe de drie belangrijkste gesteentegroepen (metamorfe, magmatische en sedimentgesteenten) zijn
ontstaan.
Metamorfe gesteenten; ontstaan uit oudere gesteenten als gevolg van rekristallisatie en chemische reacties onder
invloed van hogere temp en druk. Kan uit magmatisch- en sedimentgesteente ontstaan.
Magmatische gesteenten; door stolling uit magma ontstaan.
Sedimentgesteenten; ontstaan door het in laagjes afzetten van afbraakproducten van oudere gesteenten, eventueel
vermengd met plantaardige of dierlijke resten.
Oorzaken vorming: transport door water, ijs en/of wind, door organismen, door (bio)chemische neerslag.
• Uit te leggen hoe een geologische relatieve tijdsindeling tot stand komt, waarbij je aangeeft waarom het wel
mogelijk is om een relatieve tijdsindeling te maken met sedimentaire gesteenten, maar niet mogelijk is om met
behulp van fossielen een relatieve tijdsindeling te maken in gebieden, die bestaan uit precambrische, magmatische of
metamorfe gesteenten.
Een relatieve tijdsindeling vertelt wat jonger en wat ouder is. Dit kan met behulp van fossielen in
sedimentgesteenten.
Tijdsindeling mbv fossielen kan niet toegepast worden op gesteenten waarin fossielen ontbreken, zoals delen van de
aardkorst die geheel bestaan uit magmatische en metamorfe gesteenten.
Ook sedimentgesteenten uit het oudste geologische tijdperk, het Precambrium (=85% totale geologische tijd), komen
niet in aanmerking omdat deze geen of weinig fossielen bevatten en dan nog uitsluitend van raadselachtige of weinig
karakteristieke levensvormen (bv algen).
• Uit te leggen hoe isotopen in de materie (radioactieve tijdmeting) van de aarde en in buitenaardse gesteenten
(meteorieten, maanstenen) gebruikt kunnen worden voor tijdmeting.
Sommige elementen niet stabiel, of ze hebben isotopen die niet stabiel zijn, de kern van het atoom kan uiteenvallen.
Een deeltje wordt uit de kern gestoten, het atoomnummer verandert, er is een ander element gevormd. Bij dit
proces, radioactief verval, komt veel warmte vrij.
Ook het nieuwgevormde element kan vervallen, totdat uiteindelijk een stabiele vorm is overgebleven.
De vervalprocessen verlopen in constante snelheid (halveringstijd), zo kan ouderdom vastgesteld worden door
verhouding tussen radioactieve isotoop en stabiel vervalproduct te meten.
Datering geologische gebeurtenissen in het verleden van de aarde = geochronologie.
• Uit te leggen hoe de biosfeer zich ontwikkeld moet hebben, wat de belangrijkste stappen of processen (denk aan
fotosynthese en evolutie) in de ontwikkelgeschiedenis van deze biosfeer zijn geweest en waarom het leven in water is
ontstaan.
Leven ontstaan in eerste 850 mln jaar van de aardgeschiedenis, waarvan geen geologische sporen bewaard zijn
gebleven. (Geen gesteenten van aardse oorsprong bewaard gebleven doordat ze niet meer herkenbaar zijn door
smelten en metamorfose.)
Oudst bewaard gebleven sedimenten (op West-Groenland en in Oost-Canada) 3750 mln jaar oud (aarde 4543 mln
jaar), aanwijzingen dat al leven was in oceanen en zeeën.
Atmosfeer met water, methaan, en/of koolstofdioxide en ammoniak en/of stikstof. Dmv elektrische ontladingen
(bliksem) of ultraviolette straling, complexe organische moleculen gesynthetiseerd die bouwstenen vormen voor alle
levensvormen.
Organische verbindingen in overvloed aanwezig in zeewater; organische soep/oersoep.
Eerste organismen heterotroof; zij haalden hun voedsel uit de in overvloed aanwezige organische moleculen.
Nog geen vrije zuurstof in atmosfeer, ultraviolette straling bereikte ongehinderd het aardoppervlak. Ultraviolette
straling is destructief voor aminozuren en eiwitten, essentieel voor alle levensvormen. Daarom is het leven
,waarschijnlijk in het water ontstaan op ten minste 10 meter diep = vereiste waterkolom voor absorptie ultraviolette
straling van de zon bij afwezigheid van vrije zuurstof in de atmosfeer.
Na ontstaan van chlorofylhoudende organismen werd dmv fotosynthese zuurstof in de atmosfeer gebracht. De
oudste fossielen van dergelijke organismen (blauwgroene algen en bacteriën) in sedimentaire gesteenten van ca 3500
mln jaar oud.
541 miljoen jaar gelden, grens Precambrium – Cambrium, gekenmerkt door explosie van fossielen van ongewervelde
dieren door ontwikkeling verkalkte weefselgroei.
Meer zuurstof in de atmosfeer, minder ultraviolette straling aan oppervlak, het leven kon zicht uitbreiden naar
ondieper water en uiteindelijk, in Ordovicium 470 mln jaar geleden, over landoppervlak verspreiden.
Logisch patroon chronologische opvolging levensvormen; voortgaande diversificatie. Meer ingewikkelde organismen
verschijnen later dan eenvoudigere levensvormen: biologische evolutie = evolutietheorie.
Studie uitgestorven levensvormen en biologische evolutie = paleontologie
, Hoofdstuk 1.2
De lithosfeer: dynamiek door plaattektoniek
LEERDOELEN
Na bestudering van dit hoofdstuk zou u in staat moeten zijn
• Uit te leggen welke drie krachtbronnen de bewegingen in systeem Aarde aandrijven (exogene energie, endogene
energie en getijde-energie).
Exogene energie; externe warmte afkomstig van kernfusie in de zon.
17,3.10^16 Js-1 stralingsenergie, vooral van invloed op de atmosfeer, hydrosfeer en biosfeer. Bepalend voor klimaten,
waterkringloop, erosie, transport van erosieproducten, sedimentatie en de productie en verspreiding van organisch
materiaal.
Endogene energie; interne warmte geproduceerd door radioactief verval van elementen in de aarde; de radioactieve
isotopen uranium, thorium en kalium.
Berekend op grond van gehaltes in aardkorts en aardmantel: 43,4.10^12 Js-1
Werkelijk waargenomen warmtestroom: 32,1.10^12 Js-1
Verschil van ca 10.10^12 Js-1 is energie benodigd voor de geologische processen in en onder de aardkorst
(plaattektoniek).
Getijde-energie; afkomstig van de onderlinge aantrekkingskracht van aarde, maan en zon.
3.10^12 Js-1, verantwoordelijk voor eb, vloed en de getijdestromen.
Aardrotatie wordt niet aangedreven door een krachtbron maar is ontstaan uit de initiëlen rotatie van het zonnestelsel.
• Uit te leggen wat de termen lithosfeer en asthenosfeer betekenen.
Lithosfeer; aardkorst en bovenste gedeelte mantel. Koud en star.
Direct daaronder liggende deel mantel; asthenosfeer. Heter en taai-stroperig (plastisch/visceus). Kan onder lithosfeer
stromen.
• Uit te leggen wat het ‘Plaattektoniek-model’ inhoudt, waarbij u aangeeft wat de basisgedachte achter dit model is
en hoe de huidige verdeling van continenten over het aardoppervlak is ontstaan.
De totale lithosfeer van de aarde is verdeeld in een aantal min of meer starre platen die ieder op zich als een geheeld
bewegen ten opzichte van de andere platen
Huidige verdeling continenten is ontstaan door opbreken groot oercontinent Pangaea (200 mln jaar geleden).
• Uit te leggen hoe de oceanische lithosfeer wordt gevormd, waarbij je gebruik maakt van de termen continental drift
en seafloor-spreading.
Bij seafloor-spreading wordt nieuwe oceanische lithosfeer gevormd bij de Mid-oceanische ruggen waar heet,
vloeibaar materiaal (gesteente) omhoogkomt vanuit de asthenosfeer.
Dit veroorzaakt continental drift; continenten bewegen passief, voortgestuwd door aangroeiende oceanische
lithosfeer-plaat.
• Uit te leggen waarom het overgrote deel van de aardbevingen plaatsvindt langs de oceanische ruggen en bij de
diepzeetroggen, waarbij je gebruik maakt van de termen spreidingsruggen, subductiezones en transformbreuken.
De afbakening van de diverse platen is gebaseerd op de gordels van seismische activiteit.
Platen kunnen drie verschillende soorten grenzen hebben.
Spreidingsruggen; divergerende plaatranden, waar platen van elkaar af bewegen.
Subductiezones; convergerende plaatranden, waar platen naar elkaar toe bewegen en over
elkaar heen schuiven. Bij oceanische lithosfeer die onder continentale lithosfeer schuift ontstaan diepzeetroggen.
Hellende zones van hypocentra (locatie in aardkorst war zich het centrum
