Uittreksel Aarde, mens en milieu 1
Introductie in de milieu-natuurwetenschappen
Inhoudsopgave
1 Bodem, atmosfeer en oceaan .......................................................................................................... 3
1.1 Over het ontstaan van elementen, ons zonnestelstel, de aarde en het leven ......................... 3
1.2 De lithosfeer: dynamiek door plaattektoniek .......................................................................... 6
1.3 Gesteente, verwering en bodemvorming ................................................................................ 8
1.4 De atmosfeer ......................................................................................................................... 12
1.5 Oceanen en het klimaat ......................................................................................................... 14
2 Energiestromen in de biosfeer....................................................................................................... 16
2.2 Redoxreacties ........................................................................................................................ 16
2.3 Fotosynthese ......................................................................................................................... 18
2.4 Strategieën voor energiebenutting ........................................................................................ 21
3 Stofkringlopen................................................................................................................................ 25
3.2 Biogeochemische kringlopen ................................................................................................. 26
3.3 De koolstofkringloop .............................................................................................................. 30
3.4 De stikstofkringloop ............................................................................................................... 33
3.5 De zwavelkringloop ................................................................................................................ 37
4 Ecosystemen en adaptatie ............................................................................................................. 42
4.1 Ecosystemen – afbakening van leefgebieden ........................................................................ 42
4.2 Ecosystemen – een netwerk van relaties ............................................................................... 43
4.3 Primaire productie ................................................................................................................. 45
4.4 Trofische niveaus en productie .............................................................................................. 47
4.5 Dynamiek, stabiliteit, periodiciteit en successie .................................................................... 48
4.6 Dynamiek van soorten in gemeenschappen .......................................................................... 49
4.7 Evolutie: verandering ............................................................................................................. 50
4.8 Continuïteit van het leven...................................................................................................... 51
,2 Bodem, atmosfeer en oceaan
,AMM1 Uittreksel
1 Bodem, atmosfeer en oceaan
1.1 Over het ontstaan van elementen, ons zonnestelstel, de aarde en het leven
Oerknal: 14 miljard jaar geleden. De toen ontstane materie koelde af en vormde de eerste sterren van
het heelal. In die sterren vond kernfusie plaats: waterstof helium koolstof.
Kernfusieproces = het samensmelten van de kernen van verschillende atomen, waarbij een andere,
zwaardere kern wordt gevormd (niet mogelijk om hoger (zwaarder) dan ijzer te verkrijgen).
Dit kan alleen bij extreem hoge temperaturen die in het binnenste van sterren voorkomen. Hierbij
komt gedeeltelijk energie vrij in de vorm van straling (ook infrarood). Sterren ontstaan ook nu nog:
plaatselijk ontstaan er gas- en deeltjeswolken in de ‘spiralen’ van de melkwegstelsels. Onder invloed
van de massa-aantrekking beginnen de deeltjes materie en gas naar het eenmaal ontstane gebied van
de grootste massaverdichting te bewegen. De hiermee gepaard gaande kinetische energie wordt bij
het gebied van de massaverdichting omgezet in warmte. De jonge ster begint dan straling uit te
zenden. Echter, niet alle vrijkomende energie wordt uitgestraald, waardoor de temperatuur oploopt
tot meer dan een miljoen graden en kernfusie mogelijk maakt.
Neutronenproces = het proces dat in gang wordt gezet bij het ontploffen van sterren aan het einde
van hun leven (supernova). Door hun neutrale karakter kunnen neutronen worden ingevangen door
de kern en zal er een zwaardere isotoop van het element ontstaan. Onder uitzending van een elektron
kan deze isotoop overgaan in een zwaarder element.
De chemische samenstelling van het universum is niet constant en ondergaat een continue
veranderen. Waterstof helium zwaardere elementen. Met het voortschrijden der tijd neemt dus
het aantal zwaardere elementen toe t.o.v. waterstof. Dit proces is onomkeerbaar.
Het ontstaan van ons zonnestelsel kan als volgt worden samengevat:
Uitstoot van materiaal uit één of meerdere oudere sterren;
Menging van dit uitgestoten materiaal met waterstofgas, stof en gruis dan al aanwezig was in
de ruimte tussen de sterren;
Samentrekking van dit materiaal tot de oernevel;
Condensatie (=materieconcentratie) van de oernevel tot de zon en andere vaste lichamen van
ons zonnestelsel. Hierbij kwam warmte vrij en de kinetische energie van de bewegende losse
materiedeeltjes werd ook omgezet in warmte. Ook was er sprake van radiogene warmte;
warmte die vrijkomt bij radioactief verval. Dit is het fysicochemische verschijnsel waarbij van
een atoom spontaan de atoomkern verandert. Hierbij wordt een deeltje (zoals een elektron,
een proton of een alfadeeltje) uitgezonden, of valt de atoomkern uiteen (spontane splijting) in
delen waarvan er twee groter zijn dan de hier genoemde deeltjes[1], of wordt een elektron
van het atoom in de atoomkern gecapteerd (elektronenvangst).
Differentiatie van de materie in de gevormde lichamen. Dit is het proces waarbij
door fractionatie en/of dichtheidsverschillen de scheikundige elementen in een planeet zich in
een bepaald reservoir (gedeelte van de planeet) concentreren. Zulke processen hebben
bijvoorbeeld de samenstelling van de Aarde bepaald en leidden tot de vorming van de qua
samenstelling zeer verschillende aardkern, aardmantel, aardkorst en aardatmosfeer.
Over het ontstaan van elementen, ons zonnestelstel, de aarde en het leven 3
, De warmte die bij het radioactief verval is
vrijgekomen, is gebruikt voor omsmelting
van de aardmassa, waarbij het zwaardere
ijzer naar beneden is gezakt. Op deze wijze is
de differentiatie van de aardmassa in een
kern van hoofdzakelijk ijzer en een
silicaatmantel ontstaan (silicaat = mineraal
waarin siliciumoxide voorkomt).
Door het proces van herhaaldelijk smelten
en stollen, zijn verschillende gesteentetypen
gevormd (=gefractioneerde kristallisatie). En
bij het verder afkoelen van de aardmassa is
er uiteindelijk water ontstaan.
Selectieve extractie is het proces waarbij
door het verschil in oplosbaarheid een
aantal stollingsgesteenten geheel of
gedeeltelijk in het water zijn opgelost.
Metamorfe gesteenten = gesteenten die door metamorfose uit oudere gesteenten zijn ontstaan; a.g.v.
rekristallisatie en chemische reacties onder invloed van verhoging van temperatuur & druk.
Magmatische (stollings)gesteenten = gesteenten die door stolling uit magma zijn ontstaan.
Afzettings- of sedimentgesteenten = gesteenten die zijn gevormd door het in laagjes afzetten van
afbraakproducten van oudere gesteenten, evt. vermengd met plantaardige of dierlijke resten. De
oorzaken van deze vorming kunnen zijn: transport door water, ijs en/of wind; vorming door
organismen; (bio)chemische neerslag.
Geochronologie = de datering van geologische gebeurtenissen in het verleden van de aarde.
Ouderdomsbepaling is mogelijk volgens twee manieren:
Radioactieve tijdmeting/radiometrische datering, te bepalen door het constante verloop van
radioactief verval van isotopen.
Door gebruik te maken van resten van fossielen (dieren en planten): Op de geologische
tijdschaal wordt elke periode en elk tijdvak gekenmerkt door bepaalde (combinaties van)
fossielen. Elk sedimentgesteente kan, mits voldoende fossielen aanwezig zijn, in de tijdschaal
worden ingepast. Twee bezwaren:
1. De tijdschaal is relatief, omdat het wel aangeeft wat jonger en wat ouder is, maar zonder
absolute jaartallen die aangeven hoeveel jaren zijn verstreken sinds een specifieke
gebeurtenis.
2. Kan niet worden toegepast op gesteenten waarin fossielen ontbreken.
Ontwikkeling van de biosfeer
De eerste ‘levende’ organismen die ontstonden, moeten heterotroof zijn geweest: zij haalden hun
voedsel uit de in overvloed aanwezige organische moleculen. Dit leven is waarschijnlijk ontstaan in
water op minimaal 10 meter diepte: de atmosfeer bevatte nog geen vrije zuurstof, waardoor de
ultraviolette straling van de zon ongehinderd het aardoppervlak kon bereiken. Uv-straling is
destructief voor aminozuren en eiwitten die voor alle levensvormen essentieel zijn.
Ca. 3500 miljoen jaar geleden ontstonden er chlorofylhoudende organismen (algen en bacteriën) die
d.m.v. fotosynthese zuurstof in de atmosfeer begonnen te brengen: mogelijk tot een diepte van 50
meter i.v.m. de vereiste hoeveelheid licht. Het gehalte aan vrije zuurstof nam geleidelijk toe t.g.v.
4 Bodem, atmosfeer en oceaan
