Biologie Hoofdstuk 18: Wereldwijde kringlopen
Paragraaf 18.1: Koolstofkringloop
𝐶𝑂2 meten
Wanneer de zon vooral het noordelijk halfrond belicht, daalt het 𝐶𝑂2-gehalte van de
atmosfeer, omdat daar meer planten groeien en er dan dus meer fotosynthese plaats vind.
Elke jaar stijgt de gemiddelde 𝐶𝑂2-concentratie.
𝐶𝑂2 in de atmosfeer
𝐶𝑂2 is een onderdeel van de koolstofkringloop. Het is een broeikasgas die de warmte op
aarde behoud. Dit zorgt voor het broeikaseffect. Door teveel broeikasgassen ontstaat het
versterkte broeikaseffect. De aarde warmt op. Gevolgen zijn:
- Stijging van de zeespiegel.
- Meer verdamping, waardoor het meer gaat regenen.
- Bepaalde gebieden drogen uit, andere worden te nat. De voedselproductie loopt
hierdoor gevaar.
- Veranderingen in de ecosystemen.
Moerasgas
Moerasgas bestaat vooral uit methaan (𝐶𝐻4 ). Het ontstaat uit organisch materiaal onder
anaerobe omstandigheden. 𝐶𝐻4 houdt de warmte ongeveer 25 keer zo goed vast, dus het
draagt fors bij aan het broeikaseffect.
Methaanbacteriën
De organismen die organische stoffen onder
anaerobe omstandigheden omzetten in 𝐶𝐻4 zijn
methaanbacteriën. Ze behoren tot een groep
bacteriën met een enkelvoudig celmembraan
(archaeabacteriën). Ze leven in extreme
omstandigheden (veel zout, hevige kou). Een deel
van de door de bacteriën gemaakt 𝐶𝐻4 oxideert in
de atmosfeer tot 𝐶𝑂2 . Herkauwers produceren ook
𝐶𝐻4 bij het verteren van het gras. Dit gebeurt onder
anaerobe omstandigheden en er komt heel veel
𝐶𝐻4 bij vrij.
𝐶𝑂2-reductie op het land
Bomen nemen 𝐶𝑂2 op uit de lucht, maar niet alle opgenomen koolstof blijft in de boom. Een
deel wordt als glucose gebruikt bij dissimilatie, een ander deel van de koolstof verdwijnt
door vraat aan herbivoren. Via deze dieren komt de koolstof in de rest van de voedselketen.
Zij ademen 𝐶𝑂2 uit en worden anders door reducenten verteerd, die daarbij ook 𝐶𝑂2
afgeven aan de lucht. Een deel van de 𝐶𝑂2 blijft
in de boom achter, het zit bijvoorbeeld in het
hout. Deze 𝐶𝑂2 komt pas terug in de atmosfeer
als de boom dood gaat en wordt verteert. De
route die koolstof neemt door planten, dieren en
reducenten is de snelle koolstofkringloop.
, 𝐶𝑂2 in water
In water lost 𝐶𝑂2 op waarna 𝐻𝐶𝑂3 − ontstaat. Dit ion gebruiken planten voor hun
fotosynthese en is het begin van de voedselketen in het water. In oceanen zakt een deel van
de algen dode naar de bodem zonder gegeten te worden. Hun koolstof blijft in hun zitten en
verdwijnt dus uit de koolstofkringloop.
Harde koolstof
Koolstof verdwijnt voor lange tijd uit de atmosfeer als zeedieren 𝐻𝐶𝑂3 − opnemen uit het
water en kalk van maken voor hun schelpen. Door verwering van de schelp komt de 𝐶𝑂2 pas
weer vrij. Als schelpen met zand bedekt raken en er hoge druk op komt, ontstaat er
kalksteen. Ook als organische stoffen van dode organismen onder druk veranderen in
steenkool of olie, blijft de koolstof tot miljoenen jaren onveranderd. Deze koolstof is dan
onderdeel van de lange koolstofkringloop. Bij de verbranding van deze olie of steenkool,
komt de 𝐶𝑂2 pas weer vrij.
Paragraaf 18.2: Stikstofkringloop
Stikstofopname
Het stikstofgas in de atmosfeer is voor de meeste organismen niet opneembaar. Planten
nemen stikstof op uit de bodem in de vorm van nitraat- (𝑁𝑂3 − ) of ammoniumionen (𝑁𝐻4 + ).
Alleen enkele soorten bacteriën kunnen 𝑁2 uit de lucht opnemen en koppelen aan
organische stoffen. Dit noem je stikstoffixatie. Dit wordt gedaan door stikstofbindende
bacteriën. Veel van deze bacteriën leven in symbiose met planten (bijvoorbeeld
bonenplanten). Deze bacteriën zitten op de plant en lever de benodigde stikstofrijke stoffen.
Na het onderploegen van de planten kunnen de reducenten deze
stikstofhoudende organische stoffen omzetten tot 𝑁𝑂3 − en 𝑁𝐻4 + .
Door telkens op andere plekken deze bonenplant te planten blijft
de grond vruchtbaar met stikstofverbindingen uit de plant, dit
noem je groenbemesting.
Eutrofiëring in Nederland
Door bemesting bevat de bodem veel stikstofzouten. Als het veel regent spoelen dit zouten
uit de boden. Die uitspoeling leidt tot eutrofiëring. Hierdoor ontstaat er uiteindelijk
zuurstofloos water in de sloten.
Te veel bodemzouten
Om als landbouw met de bevolking mee te groeien is veel kunstmest nodig. Kunstmest bevat
vooral fosfaat, kalium en nitraat. De landbouw gewassen kunnen de grote hoeveelheden
stikstof-, kalium- en fosforzouten niet opnemen. Er ontstaat een overschot aan
bodemzouten omdat er meer zouten de bodem in gaan, dan de lansbouwgewassen eruit
halen.
De stikstofkringloop in kaart
De productie van kunstmest is niet de enige bijdragen van de mens aan de stikstofkringloop.
Bij verbranding van fossiele brandstoffen ontstaan ook stikstofoxiden (𝑁𝑂𝑥 ). Uit de 𝑁𝑂𝑥 kan
in de atmosfeer 𝑁𝑂3 − ontstaan, dat met de regen weer op aarde valt. De wetenschappers
schatten dat de menselijke bijdrage aan de stikstofkringloop groter is dan de bijdrage van de
natuur zelf. Het is wel lastig om de hoeveelheden precies te schatten.
Paragraaf 18.1: Koolstofkringloop
𝐶𝑂2 meten
Wanneer de zon vooral het noordelijk halfrond belicht, daalt het 𝐶𝑂2-gehalte van de
atmosfeer, omdat daar meer planten groeien en er dan dus meer fotosynthese plaats vind.
Elke jaar stijgt de gemiddelde 𝐶𝑂2-concentratie.
𝐶𝑂2 in de atmosfeer
𝐶𝑂2 is een onderdeel van de koolstofkringloop. Het is een broeikasgas die de warmte op
aarde behoud. Dit zorgt voor het broeikaseffect. Door teveel broeikasgassen ontstaat het
versterkte broeikaseffect. De aarde warmt op. Gevolgen zijn:
- Stijging van de zeespiegel.
- Meer verdamping, waardoor het meer gaat regenen.
- Bepaalde gebieden drogen uit, andere worden te nat. De voedselproductie loopt
hierdoor gevaar.
- Veranderingen in de ecosystemen.
Moerasgas
Moerasgas bestaat vooral uit methaan (𝐶𝐻4 ). Het ontstaat uit organisch materiaal onder
anaerobe omstandigheden. 𝐶𝐻4 houdt de warmte ongeveer 25 keer zo goed vast, dus het
draagt fors bij aan het broeikaseffect.
Methaanbacteriën
De organismen die organische stoffen onder
anaerobe omstandigheden omzetten in 𝐶𝐻4 zijn
methaanbacteriën. Ze behoren tot een groep
bacteriën met een enkelvoudig celmembraan
(archaeabacteriën). Ze leven in extreme
omstandigheden (veel zout, hevige kou). Een deel
van de door de bacteriën gemaakt 𝐶𝐻4 oxideert in
de atmosfeer tot 𝐶𝑂2 . Herkauwers produceren ook
𝐶𝐻4 bij het verteren van het gras. Dit gebeurt onder
anaerobe omstandigheden en er komt heel veel
𝐶𝐻4 bij vrij.
𝐶𝑂2-reductie op het land
Bomen nemen 𝐶𝑂2 op uit de lucht, maar niet alle opgenomen koolstof blijft in de boom. Een
deel wordt als glucose gebruikt bij dissimilatie, een ander deel van de koolstof verdwijnt
door vraat aan herbivoren. Via deze dieren komt de koolstof in de rest van de voedselketen.
Zij ademen 𝐶𝑂2 uit en worden anders door reducenten verteerd, die daarbij ook 𝐶𝑂2
afgeven aan de lucht. Een deel van de 𝐶𝑂2 blijft
in de boom achter, het zit bijvoorbeeld in het
hout. Deze 𝐶𝑂2 komt pas terug in de atmosfeer
als de boom dood gaat en wordt verteert. De
route die koolstof neemt door planten, dieren en
reducenten is de snelle koolstofkringloop.
, 𝐶𝑂2 in water
In water lost 𝐶𝑂2 op waarna 𝐻𝐶𝑂3 − ontstaat. Dit ion gebruiken planten voor hun
fotosynthese en is het begin van de voedselketen in het water. In oceanen zakt een deel van
de algen dode naar de bodem zonder gegeten te worden. Hun koolstof blijft in hun zitten en
verdwijnt dus uit de koolstofkringloop.
Harde koolstof
Koolstof verdwijnt voor lange tijd uit de atmosfeer als zeedieren 𝐻𝐶𝑂3 − opnemen uit het
water en kalk van maken voor hun schelpen. Door verwering van de schelp komt de 𝐶𝑂2 pas
weer vrij. Als schelpen met zand bedekt raken en er hoge druk op komt, ontstaat er
kalksteen. Ook als organische stoffen van dode organismen onder druk veranderen in
steenkool of olie, blijft de koolstof tot miljoenen jaren onveranderd. Deze koolstof is dan
onderdeel van de lange koolstofkringloop. Bij de verbranding van deze olie of steenkool,
komt de 𝐶𝑂2 pas weer vrij.
Paragraaf 18.2: Stikstofkringloop
Stikstofopname
Het stikstofgas in de atmosfeer is voor de meeste organismen niet opneembaar. Planten
nemen stikstof op uit de bodem in de vorm van nitraat- (𝑁𝑂3 − ) of ammoniumionen (𝑁𝐻4 + ).
Alleen enkele soorten bacteriën kunnen 𝑁2 uit de lucht opnemen en koppelen aan
organische stoffen. Dit noem je stikstoffixatie. Dit wordt gedaan door stikstofbindende
bacteriën. Veel van deze bacteriën leven in symbiose met planten (bijvoorbeeld
bonenplanten). Deze bacteriën zitten op de plant en lever de benodigde stikstofrijke stoffen.
Na het onderploegen van de planten kunnen de reducenten deze
stikstofhoudende organische stoffen omzetten tot 𝑁𝑂3 − en 𝑁𝐻4 + .
Door telkens op andere plekken deze bonenplant te planten blijft
de grond vruchtbaar met stikstofverbindingen uit de plant, dit
noem je groenbemesting.
Eutrofiëring in Nederland
Door bemesting bevat de bodem veel stikstofzouten. Als het veel regent spoelen dit zouten
uit de boden. Die uitspoeling leidt tot eutrofiëring. Hierdoor ontstaat er uiteindelijk
zuurstofloos water in de sloten.
Te veel bodemzouten
Om als landbouw met de bevolking mee te groeien is veel kunstmest nodig. Kunstmest bevat
vooral fosfaat, kalium en nitraat. De landbouw gewassen kunnen de grote hoeveelheden
stikstof-, kalium- en fosforzouten niet opnemen. Er ontstaat een overschot aan
bodemzouten omdat er meer zouten de bodem in gaan, dan de lansbouwgewassen eruit
halen.
De stikstofkringloop in kaart
De productie van kunstmest is niet de enige bijdragen van de mens aan de stikstofkringloop.
Bij verbranding van fossiele brandstoffen ontstaan ook stikstofoxiden (𝑁𝑂𝑥 ). Uit de 𝑁𝑂𝑥 kan
in de atmosfeer 𝑁𝑂3 − ontstaan, dat met de regen weer op aarde valt. De wetenschappers
schatten dat de menselijke bijdrage aan de stikstofkringloop groter is dan de bijdrage van de
natuur zelf. Het is wel lastig om de hoeveelheden precies te schatten.
