Blok 2, Biosfeer

Blok 2: Biosfeer
Hoofdstuk 2.1: De aarde §2.1.1: De zon: bron van leven
Je lichaam bestaat uit verschillende stoffen, de belangrijkste zijn: koolstof, waterstof, zuurstof en stikstof. Ook bestaat je lichaam uit verschillende verbindingen, de meeste verbindingen waaruit je lichaam bestaat zijn ingewikkelde koolstofbevattende verbindingen, zogenaamd organische verbindingen. De verbindingen die dus geen koolstof bevatten worden dan ook anorganische verbindingen genoemd. Door alle dingen die je doet in het leven, zoals eten en zuurstof inademen, krijg je elementen binnen, als grondstoffen waarmee je jezelf opbouwt. Bijna elk levend wezen bestaat dankzij bladgroen. Van glucose maakt een plant koolhydraten, vetten, eiwitten en dergelijke. Dit proces warbij anorganische stoffen met zonne-energie omgezet worden in organische stoffen, noemen we koolstofassimilatie of fotosynthese. Zuurstof kom vrij als afvalstof. Alles wat leeft neemt uit de omgeving stoffen op en dumpt afvalstoffen. Er is een kringloop van stoffen. De zon verwarmt ook het aardoppervlak, naast de levering van energie. De aarde vangt de warmte daarna weer op in de vorm van infraroodstraling. De atmosfeer is belangrijk voor het leven, het gelijk blijven van de temperatuur op aarde en het beschermen van de aarde tegen invloeden van buitenaf. Hoog in de atmosfeer bevindt zich een dunne laag ozongas. Dit gas filtert schadelijke ultraviolette straling uit het zonlicht. Meteoren, stukken puin uit de ruimte, worden in de atmosfeer uit de weg geruimd. Meteorieten zijn grote stukken meteoor die niet volledig verbranden en kunnen inslaan op de aarde. Door de zwaartekracht van de aarde blijft het mengsel gassen waaruit de lucht bestaat op zijn plaats. Dicht bij de aarde is de aantrekkingskracht groter dan verder weg. Ook verandert de temperatuur naarmate de afstand tot de aarde groter wordt. Er zijn verschillende luchtlagen: de troposfeer, de stratosfeer, de tropopauze, de mesosfeer, de stratopauze, de thermosfeer en de mesopauze. §2.1.2: Kringlopen
Organismen bestaan voor een groot gedeelte uit water. Water was een voorwaarde voor het ontstaan van het leven. Het water in je lichaam heeft verschillende functies: - stoffen lossen er in op - stoffen transporteren - het medium zijn waarin reacties verlopen - warmte opslaan - vorm geven aan het lichaam In een voortdurende kringloop verplaatst het water zich over de aarde. Water drijft in bevroren toestand op vloeibaar water. Water verdampt van het wateroppervlak door de zon, verplaatst zich en komt weer als neerslag op de aarde terecht. De kringloop van water draait dus om zonne-energie. Ook koolstof heeft een cyclus. De koolstof stikstofatomen gaan door middel van chemische reacties vanuit de moleculen van de ene stof over in moleculen van een andere stof. Daarbij verdwijnen stoffen en ontstaat er een stof met een nieuwe ordening van atomen. Koolstof, ook carbon genoemd, is hét element waaruit het leven is opgebouwd. Er is hier ook weer onderscheid tussen de organische en anorganische koolstofverbindingen. Versterkt broeikaseffect: door de toename van koolstofdioxide wordt er meer warmte vastgehouden. Stikstof is een ook nog belangrijk element voor het leven. De eiwitten waaruit je bent opgebouwd bevatten veel stikstof. Ook bevat het DNA stikstof. Stikstof is dus van belang bij het doorgeven van erfelijke eigenschappen. Je komt aan voldoende stikstof, doordat je plantaardige en dierlijke eiwitten eet. Ook stikstof heeft een kringloop. §2.1.3: Wetten van energie en materie

De wet van het behoud van energie is: energie kan niet verloren gaan of uit het niets tevoorschijn komen. Meestal betekent energie het vermogen om arbeid te verrichten en warmte over te brengen. Warmte is een vorm van energie. De temperatuur van een voorwerp is per definitie de gemiddelde bewegingsenergie van de deeltjes in dat voorwerp. §2.1.4: Wanorde en leven
Levende wezens zijn het toppunt van orde. Het is een geordend geheel, bestaande uit miljoenen cellen die ontstaan zijn uit één enkele cel. Leven vergroot de chaos in het heelal. Groene planten zijn nodig voor het leven. Ook de zon is een voorwaarde voor het leven. §2.1.5: Mens en natuur
De aarde vormde zich ongeveer 4.5 miljoen jaar geleden. Dat is tegelijkertijd met de zon en de overige planeten. Het eerste leven dateert van zo’n 3.5 miljard jaar geleden. Dat waren zeer primitieve bacterieachtige organismen. De eerste 3 miljard jaar alleen in het water. Alle planten, dieren zijn gemaakt van sterrenstof. Er is een evenwicht in de natuur. Het doorgeven van zonne-energie gebeurt doordat organismen elkaar opeten. Het evenwicht dat in interacties van organismen met hun omgeving ontstaat, noemen we het natuurlijk evenwicht. De wetenschap die dit bestudeert heet ecologie. Hoofdstuk 2.1: De aarde §2.2.1: Leven en de atmosfeer
De zuurstof in het bovenste deel van de atmosfeer werd door het zonlicht omgezet in ozon. De ozon hield de gevaarlijke kortgolvige straling tegen: en het leven op het land werd mogelijk. Het leven reguleert zichzelf. Gaia: Lucht, water, bodem en alle levende wezens zijn één wereldomspannend superorganisme. §2.2.2: Het gebruik van de natuur tot twee eeuwen geleden
Ongeveer 500000 jaar geleden vond de geleidelijke overgang plaats tussen homo erectus en homo sapiens, de moderne mens. Met de mens kwam zelfbewustzijn, ambitie, wil en creativiteit in de wereld. Hij gebruikte de natuur op een manier die hem bevalt. Daardoor is er wel een risico dat het natuurlijk evenwicht verstoord raakt. In de steentijd waren er slechts drie energiebronnen ter beschikking voor de mensen: zonne-energie, vastgelegd in planten, vuur en hun eigen spierkracht. Ze konden niet zoveel schade aanrichten aan de natuur. De eerste boeren verbouwden hun voedsel. Wilde planten en dieren werden minder belangrijk. De mensen werden afhankelijk van een of meer voedselgewassen. Er kwam een nieuwe energiebron bij: de spierkracht van bepaalde huisdieren. Er werd brons en ijzer ontdekt. Omdat de gemeenschap volledig in eigen behoeft voorzag en er geen producten werden aan- of afgevoerd, was er sprake van een volledige kringloop. In sommige landbouwgemeenschappen werd meer geproduceerd dan nodig was voor de eigen mensen. Dat stimuleerde de ontwikkeling van steden waar kooplieden en gespecialiseerde handswerklieden zich vestigden. Veel soorten planten en dieren stierven uit. De uitvoer van voedsel en hout naar de steden doorbrak de kringloop van stoffen. De hygiënische omstandigheden in de steden waren ronduit slecht, wat leidde tot epidemieën en talrijke infectieziekten. §2.2.3: De industriële revolutie
Tot aan het midden van de 18e eeuw leefden de mensen generatie na generatie volgens hetzelfde patroon. De economie was gebaseerd op landbouw, visserij en huisnijverheid. Dit veranderde toen in Engeland vernieuwing op het gebied van de textielproductie kwamen. De thuisnijverheid verdween. Er kwamen fabrieken. Dit was het begin van de industriële revolutie, die een krachtige impuls kreeg toen James Watt in 1776 de stoommachine ontwierp. De beweging van de stoommachine werd gebruikt om productiemachines aan te drijven. De stoommachine kreeg z’n energie van steenkolen en fossiel plantenmateriaal uit het Carboontijdperk. Door de stoommachine waren er minder mensen in de landbouw nodig. Een gedeelte van het plattelandbevolking trok elders heen om in de kolenmijnen of in de fabrieken te gaan werken. Door de trek van de plattelandsbevolking naar de stad maakte de steden een stormachtige groei door. Toen werden nieuwe dingen uitgevonden zoals: de telefoon, motoren en elektriciteit. De tak in de natuurwetenschappen die onderbouwing aan de techniek leverde werd technologie genoemd. In de aanloop naar de industriële revolutie werd de natuur gezien als iets wat door de mens kon worden gebruikt en uitgebuit. Deze opvatting leidde tot een geheel nieuwe wetenschappelijke methode, die vooral in de zeventiende eeuw tot ontwikkeling kwam. Steeds meer werd de natuur beschouwd als iets dat beheerst, geregeld en gecontroleerd kon worden. Men kreeg een mechanische kijk op de wereld, en ook op het menselijk lichaam. Vanaf de zestiende eeuw begonnen artsen en chirurgen aan de hand van eigen waarnemingen een beeld van bepaalde ziektes op te bouwen. - H.J. Broers wist dat mensen elkaar konden besmetten via de uitwerpselen of via besmette kleding en vuil verband. - Antoine-Laurent Lavoisier liet zien dat de ademhaling een verbrandingsproces is, waarbij zuurstof verbruikt en koolstofdioxide gevormd wordt. - Lavoisier liet zien hoe succesvol natuur- en scheikunde met de geneeskunde samen kunnen gaan. Dit samengaan kwam pas in de achttiende eeuw goed op gang. Voor die tijd waren er veel belemmeringen, zoals de traditionele opvattingen en de discussie over de nieuwe uitvindingen. Nieuwe ideeën triomfeerden, omdat deze volgens de natuurwetenschappelijke methode op hun waarheid getoetst kunnen worden. In de twintigste eeuw werden de medische voorzieningen voor iedereen in de westerse wereld toegankelijk. §2.2.4: Technologie rond de eeuwwisseling
In de loop van de twintigste eeuw ontstond een nieuw visioen over de schaduwzijde van de techniek, dat van de technologische hel. De technologie in de geïndustrialiseerde landen ontwikkelde zich in de twintigste eeuw verder. Zo werden er grote fossiele voorraden ontdekt. Voor de vele technologische doorbraken in de twintigste eeuw was de kiem al vaak in de negentiende eeuw gelegd. Thomas Alva Edison vond in 1879, gelijk met de gloeilamp, een systeem van elektriciteitsdistributie uit, dat compleet met een centrale, leidingen, schakelaars, stoppen en verbruiksmeters was. Elektriciteit bleek veel meer mogelijkheden te hebben als gas. Eerst werd stroom alleen voor luchtpunten gebruikt, maar al snel werd de elektromotor uitgevonden. In de twintigste eeuw kwam elektrische communicatie voor iedereen ter beschikking. Rond 1800 waren al de eerste experimenten met de telegraaf. In 1840 werden in verschillende Europese landen telegraaflijnen gelegd. In de jaren zeventig van de 19e eeuw werd de telefoon uitgevonden door Alexander Graham Bell. In 1878 vond Thomas Alva Edison de grammofoon uit. In 1886 ontdekte Heinrich Rudolf Herz dat elektromagnetische golven signalen konden overbrengen. Naast de elektromotor kwam ook een verbrandingsmotor. De brandstof was gas en later ook benzine.Vanaf 1870 werd staal op grote schaal geproduceerd voor spoorrails, bruggen, wolkenkrabbers, prikkeldraad, wapens, schepen en auto’s, waarvan de productie rond 1900 goed op gang kwam

Er kwamen elektrische huishoudelijke apparaten als de stofzuiger, strijkijzer en wasmachine. Ook ontstonden er nieuwe conserveringstechnieken bij, zoals inblikken, koelen en vriezen. Toen kwamen er tractoren en oogstmachines. De hygiëne werd aanzienlijk beter. Door de toegenomen hygiëne en de beter voedselvoorzieningen nam de gezondheid van de mens toe. Er werd een hart-longmachine ontdekte en er kwam een elektronenmicroscoop. Door de betere gezondheid nam de bevolking toe. In 1948 werd de transistor uitgevonden. §2.2.5: Technologie van de twintigste eeuw
Vanaf 1960 werd het mogelijk om grote aantallen schakelelementen zeer klein op een basis van silicium aan te brengen. In 1944 wist Oswald Avery samen met anderen vast te stellen dat DNA in de celkernen de dragen is van de erfelijke eigenschappen. In 1953 kwam de ontdekking van de dubbele-wenteltrapstructuur van het DNA-molecuul door James Watson en Francis Crick. Eigenschappen van organismen, vastgelegd in hun DNA, konden uitgewisseld worden met totaal andersoortige organismen. Bij bacteriën, schimmels, planten en dieren worden door de mens genetisch veranderd, dat noemen we genetische modificatie. Transgeen: erfelijke informatie van een ander soort in het DNA ingebouwd krijgen. Recombinant-DNA-techniek is de techniek waarmee men het DNA opnieuw samenstelt. Verder heb je nog verschillende soorten technologie, deze zijn: Biotechnologie bij voedsel, en ook het fokken van dieren door middel van bijvoorbeeld klonen. In-vitrofertilisatie: kloneringtechniek waarbij de zaadcel met de eicel wordt versmolten buiten het moederlichaam. Hoofdstuk 2.3: Duurzame ontwikkeling §2.3.1: Waarom duurzame ontwikkeling? De aarde ontvangt zonne-energie en straalt warmte terug. Groene planten nemen zonne-energie op en groeien daarvan. Grondstoffen zijn vernieuwbaar. De aarde ontvangt steeds opnieuw energie van de zon. Bij materie is dat niet het geval. Wat we aan grondstoffen verbruiken is verloren. Een aantal grondstoffen zijn wel te recyclen. Voor recycling is er weer een andere grondstof en energie nodig. er is dan ook nog het probleem van vervuiling. Het gebruik van energie gaat steeds gepaard met verlies aan kwaliteit van energie. Het verdwijnen van bomen levert een bijdrage aan het versterkt broeikaseffect en een vermindering van de zuurstofproductie. Er verdwijnen unieke planten of dieren . De ontwikkeling van natuurparken waar de natuur ongestoord haar gang kan gaan, is duurzaam. Biodiversiteit: verscheidenheid onder de dieren en planten
Toch heeft een natuurpark nog een niet-duurzame schaduwzijde. De leefwijze van de Masai is erdoor verstoord. Bij duurzame ontwikkeling gaat het dus vaak niet alleen om een ecologische dimensie (leefbaar milieu), maar ook belangrijk is of er voldoende is voor de economische dimensie (hele wereldbevolking), en sociaal-politieke dimensie (hoe is de welvaart verdeeld ). §2.3.2: Duurzaam gebruik van energie
Van een aantal energiebronnen zijn eindige voorraden op aarde aanwezig, zoals aardolie, gas, kolen en kernenergie. Er zijn ook alternatieve energiebronnen, zoals zon, wind, inwendige hitte van de aarde, stromend water en nieuwe biomassa. Gewassen als graan, suikerriet, maïs, algen, voederbieten en koolzaad. maar ook organische stoffen zoals rioolslib, leveren na bewerking brandstoffen. De algehele naam voor al deze natuurproducten is biobrandstof. Bij het gebruik van energiebronnen gaat het niet alleen om welke bronnen we gebruiken, maar ook hoe we ze gebruiken en waarvoor we ze aanwenden. §2.3.3: Wereldbevolking en voedsel
Door verbeterde medische voorzieningen en beter voedsel bleven steeds meer nakomelingen in leven. Er zijn nu 5,5 miljard mensen op de aarde. Een van de manieren om de snelle groei van de wereldbevolking tegen te gaan is geboortebeperking. Er zijn nog ong. 800 miljoen mensen chronische ondervoed. Bij de oplossing van het wereldvoedselprobleem wordt bekeken hoe het voedsel zo verdeeld kan worden dat niemand meer honger lijdt. Veel voedsel gaat vanuit de derdewereldlanden naar de westerse wereld. In de derdewereld is de grond vaak zeer ongelijk verdeeld. De geïndustrialiseerde landen leveren de grootste bijdrage aan de vervuiling. De westerse wereld, Europa en Amerika werden rijk en machtig. De rest van de wereld werd afhankelijk van de westerse wereld. De derde wereld werd en wordt gebruikt door de westerse wereld. Nederland heeft een mestoverschot. Slecht de helft van de 110 miljoen ton mest wordt in de landbouw verwerkt, de rest verdwijnt uit de kringloop en veroorzaakt problemen als bodemvervuiling, zure neerslag en vergiftiging van het drinkwater. De derdewereldlanden hebben vanwege de leverantie van veevoer minder grond ter beschikking voor de eigen voedselteelt. De derde wereld is afzetgebied voor het rijke Westen. Al een tiende deel van het Amazonewoud is verdwenen. De ontbossing heeft vele ernstige gevolgen: het koolstofdioxidegehalte in de lucht neemt toe, de malariamug verspreid zich verder, er ontstaat bodemerosie, inheemse stammen worden verdreven en een afname van de biodiversiteit. Dankzij de grote biodiversiteit leveren de regenwouden een enorm assortiment aan producten, zoals rubber, indigo, cacao, vanille, gom , cassave, cashewnoten, kinine, cocaïne en curare. §2.3.4: Mondiale duurzaamheid
De westerse landen blijven vasthouden aan hun eigen ontwikkelingsmodel. Een hoof energieverbruik en de aanleg van wegen en vliegvelden. Tegelijk willen ze dat de ontwikkelingslanden de regels herschrijven. Dat meten met twee maten is ook te zien aan de plaats waar westerse wereld zijn milieugevaarlijke fabrieken bouwt. In de derdewereldlanden komt nog altijd veel armoede voor. Mensen die arm, hongerig en wanhopig zijn zetten alles op alles om in hun dagelijkse behoeften te voorzien. Ze komen er niet aan toe om de gevolgen van hun activiteiten over langere tijd te bekijken. §2.3.5: De mens en de natuur
Het versterkte broeikaseffect, uitputting van grond- en hulpstoffen, zure neerslag en andere kwalijke milieueffecten, confronteren ons met de grenzen die de natuur stelt. In de westerse cultuur draait alles om de mens. In de zeventiende eeuw legden Descartes, Bacon, Galilei en anderen de basis voor dit moderne westerse denken. Tot aan de zeventiende eeuw, voor de opkomst van het mechanisch wereldbeeld, werd de natuur ervaren als een levend organisch geheel. De natuur werd gezien als datgene waarvan de mensen leven, dat en voedt. De aarde is als moeder. Het beeld van moeder aarde vinden we terug bij veel niet-westerse culturen.
Hoofdstuk 2.4: Duurzame ontwikkeling §2.4.1: Mondiale milieuproblemen
Ozon is een bijzonder soort zuurstof. Een ozonmolecuul bestaat uit drie zuurstofatomen. Ozon neemt een deel van de energierijke ultraviolette zonnestraling op, zodat deze minder kans heeft om het leven op aarde schade te berokken. De ozon is te vinden op twee verschillende plaatsen. Dichtbij de aarde in de troposfeer en in een zeer dunne laag in de stratosfeer. In de stratosfeer vallen onder invloed van de intensieve zonnestraling voortdurend zuurstofmoleculen uiteen in zuurstofatomen. De meeste van deze atomen rangschikken zich in drietallen tot ozonmoleculen. In de stratosfeer vallen die ozonmoleculen weer uiteen. Sommige stoffen die niet in de stratosfeer thuishoren, bevorderen dit uiteenvallen, waardoor er te weinig ozon is. Zwavelverbindingen tasten steen, verf en metaal aan, en verzuren meren en rivieren. Maar ook salpeterzuur (een stikstofverbinding) verzuurt meren en rivieren. Zure neerslag verandert op een aantal manieren de bodem: de voedingsstoffen worden uit de bodem gewassen, de micro-organismen in de bodem worden beïnvloed, fijne wortels raken beschadigd en aluminium lost in water op en wordt dan zeer giftig voor planten. Ook ammoniak levert een bijdrage aan de zure regen. In de atmosfeer verandert ammoniak de zuren in zouten. De zouten worden dan weer door bacteriën omgezet in salpeterzuur. De overheid heeft maatregelen genomen om de mestproductie te beperken. Zo mag een boer maar een bepaald kg. fosfaat voor elk diersoort op het land aanbrengen en mag de mest niet meer open en bloot op het land blijven liggen. §2.4.2: Het versterkte broeikaseffect
Door het versterkt broeikaseffect zal de temperatuur op aarde stijgen, waardoor woestijnen groter worden, er ontstaan drinkwatertekorten, hittegolven orkanen en overstromingen zullen vaker voorkomen en insecten krijgen een grote kans om zich te verspreiden. Sommige gassen in de atmosfeer laten zonnestraling onbelemmerd door, maar absorberen een deel van de warmtestraling die van de aarde terugkomt. Dat zijn zogenaamde broeikasgassen, zoals koolstofdioxide, waterdamp, methaangas, lachgas, ozon en chloorfluorkoolwaterstoffen (cfk’s). Svante Arrhenius ontdekte dat koolstofdioxide en waterdamp voor het vasthouden van de zonnewarmte verantwoordelijk waren, doordat de moleculen van deze gassen in staat waren om de warmtestraling van de aarde op te nemen en voor een groot gedeelte weer terug te stralen naar de aarde. Hij zette de wetenschap op het spoor van het versterkt broeikaseffect. Eind jaren vijftig begon men met het meten van de koolstofdioxideconcentraties in de atmosfeer. Uit de meetgegevens is gebleken dat de koolstofdioxideconcentraties voortdurend is toegenomen. Door de temperatuurverhoging treden er een aantal neveneffecten op die versterkend of remmend werken. Om deze hele wirwar aan positieve en negatieve effecten in kaart te brengen, werkt men met geofysische computermodellen. §2.4.3: Scenario’s en modellen
Het is nog steeds niet helemaal duidelijk of de klimaatverandering door het versterkt broeikaseffect komt of dat het een natuurlijke schommeling is. Door de temperatuursverhoging zet het zeewater uit. En door het smelten van sneeuw en ijs komt er meer water in de zee. Het gevolg is dat de zeespiegel zal stijgen. Door een hogere koolstofdioxideconcentratie groeien planten beter, het gevolg is dat er dan ook weer meer koolstofdioxide verdwijnt. Ook hebben oceanen een aandeel bij het wegwerken van koolstofdioxide uit de lucht. Ook zullen de dichtheidsverschillen van het water in de oceaan veranderen, waardoor de golfstromen verstoord kunnen raken. De concentratie broeikasgassen moet dus omlaag. De koolstofdioxide-uitstoot kan door minder energie te gebruiken en door duurzame energie in te zetten, beperkt worden. Door ontbossing tegen te gaan en herbebossing te bevorderen, kunnen planten hun werk doen en koolstofdioxide uit de lucht nuttig gebruiken. Onnodig cfk gebruik kan verboden worden en bemestingmethoden kunnen verbeterd worden. Wat de uitwerking van het versterkt broeikaseffect over honderd jaar is, hangt af van de politiek en van de wetenschap. Wetenschappers maken met behulp van waarnemingen en experimenten een model. een model kan worden weergegeven. In een beschrijving, in een ruimtelijk model of in een computerprogramma. Een model kan gebruikt worden om gegevens samen te vatten, voorspellingen te doen en ook om het praten over een gebeurtenis te vergemakkelijken. De betrouwbaarheid van een model kan worden getest door het te vergelijken met de echte wereld of het verleden of het heden. Door steeds meer gegevens en aannames in een model te stoppen, wordt het in het algemeen betrouwbaarder. Verder hangt de betrouwbaarheid af van de juistheid van de gegevens, de aannames en de inzichten in de processen die in het model verwerkt zijn. Zodra de uitkomsten van een model alarmerend zijn, probeert men maatregelen te nemen die moeten voorkomen dat de voorspellingen de waarheid worden. Al heeft hoeft dit niet waar te zijn, want de zon verandert voortdurend.