Hoofdstuk 6: Over bevolking
6.1 Bevolkingsgroei
Bij bevolkingsgroei kun je te maken hebben met:
Lineaire groei: elk jaar een vast aantal erbij.
Exponentiële groei: elk jaar een vast percentage erbij. Als de toename bijvoorbeeld jaarlijks 3 % is, is de groeifactor, d.w.z. het getal waarmee jaarlijks wordt vermenigvuldigd 1,03.
In de 18e eeuw berekende de Britse econoom Malthus dat de bevolking in zijn land elke 25 jaar zou verdubbelen (grote groei door afname epidemieën en verbeterde hygiëne). Volgens hem zou dat zeker leiden tot hongersnood.
Even leek hij gelijk te krijgen; 1845 in Ierland de ‘aardappelziekte’ (1 mln. Doden en veel Ieren vluchtten naar de VS). In Engeland de ‘Engelse ziekte’ (rachitis); het kromgroeien van armen en benen, door het gebrek aan zonlicht.
Malthus kreeg uiteindelijk wel ongelijk, omdat hij een paar belangrijke variabelen niet kon voorzien: technologische ontwikkelingen en sociale factoren. Door de Industriële revolutie verhuisden veel mensen naar de steden waar fabrieken waren.
Niet alleen de wereldbevolking groeit, ook de (gemiddelde) welvaart neemt toe.
De groei van de bevolking is afhankelijk van een aantal variabelen; geboortegetal van kinderen, migratie, leefverwachting.
De groei van de wereldbevolking neemt steeds meer toe.
Model van dr. Sergei Scherbov: computerprogramma dat prognoses voor de wereldbevolking kan maken en rekening houdt met veel variabelen. Het blijven echter schattingen. Werkelijk nauwkeurige schattingen zijn niet mogelijk o.a. door weinig betrouwbare cijfers uit de ontwikkelingslanden.
Met een rekenmodel kun je voorspellingen doen over de bevolkingsgrootte.
De theorie van Malthus was beperkt omdat hij technologische en sociale vernieuwingen niet kon voorzien.
Ondanks het gebruik van computers blijft de betrouwbaarheid van cijfers over de wereldbevolking laag.
Malthus: Britse econoom die dacht dat bevolkingsgroei uiteindelijk tot hongersnood zou leiden.
6.2 Grenzen aan de groei
In 1972 kwam de Club van Rome (50 industriëlen en geleerden) bij elkaar. Zij gaven een opdracht aan het Amerikaanse onderzoeksinstituut MIT (Massachusetts Institute of Technology), een van de eerste instellingen die grote computers gebruikte voor het doorrekenen van ingewikkelde verbanden. De verschillende variabelen werden besproken en kwamen samen in een rapport ‘De grenzen aan de groei’:
1. bevolkingsgroei
2. voedselproductie
3. industrialisatie
4. uitputting natuurlijke hulpbronnen
5. milieuvervuiling
Belangrijkste conclusies uit het rapport:
1. Met blijvende groei van de wereldbevolking, industrialisatie, milieuvervuiling, voedselproductie en uitputting van natuurlijke hulpbronnen, zullen de grenzen van de groei binnen 100 jaar worden bereikt. Al eerder zullen de fossiele brandstoffen zijn uitgepunt.
2. Met afnemende bevolkingsgroei zou een zekere ecologische en economische stabiliteit kunnen ontstaan.
Grote invloed op de politiek, toename van het milieubewustzijn, milieuwetgeving.
Met sommige factoren kan met berekening geen rekening gehouden worden. Zoals een vervangende grondstof die het verbruik van de ander doet dalen.
De wetenschap is steeds bezig schaarse of dure grondstoffen te vervangen door goedkopere of technisch betere kunststoffen.
Een andere manier om de uitputting van grondstoffen tegen te gaan is het opnieuw gebruiken van stoffen en materialen, recycling (zeker als deze schaars zijn). Deze methode voorkomt afvalbergen, energieverspilling en uitputting van grondstoffen.
De mobiliteit neemt toe. Het gemotoriseerde verkeer neemt een flink deel van de luchtverontreiniging voor zijn rekening. De toekomst is aan het openbaar vervoer, voordelen:
1. maakt spaarzaam gebruik van ruimte en energie
2. relatief weinig vervuiling
3. veiligheid per personenkilometer is groter dan bij de auto
De club van Rome heeft de bewustwording over de toekomst van de aarde sterk vergroot.
Toekomstvoorspellingen worden achterhaald door technische vooruitgang en menselijke inventiviteit.
Automobiliteit staat op gespannen voet met leefbaarheid en een schoon milieu.
Rachel Carson: Biologe (Silent Spring) wees mensen op milieu problemen aanleiding club van Rome
6.3 Meer voedsel
Bij de fotosynthese zetten planten water uit de grond en koolstofdioxide uit de lucht om in glucose en zuurstof. Dit gebeurt m.b.v. zonlicht waarbij dus zonne-energie wordt omgezet in chemische energie.
De glucose wordt weer omgezet in grotere moleculen, die bij het vergaan van de planten of het gegeten worden door mens of dier weer omgezet worden in koolstofdioxide, zodat de ‘koolstofkring’ weer gesloten is. Fotosynthese in een reactievergelijking:
6CO + 6H2O C6H12O6 + 6O2
Voor de groei van planten zijn nog andere elementen nodig (voedingsstoffen), vooral de verbindingen van P, K, N en S (zwavel) zijn belangrijk. Deze elementen worden ook mineralen genoemd en komen voor in natuurlijke mest, maar ook als kunstmest in delfstoffen als fosfaten (P), kaliumzouten (K) en nitraten (N).
Sporenelementen zoals magnesium, ijzer, zink en mangaan spelen ook een rol bij de groei.
Nitraten komen in de grond het minst voor. Een belangrijke uitvinding was dan ook het proces waarbij stikstof uit de lucht wordt omgezet in ammoniak (NH3), waaruit weer nitraten gemaakt kunnen worden. Sommige planten kunnen met behulp van bacteriën (de Rhizobium) zelf stikstof uit de lucht omzetten in nitraten. Als we deze planten als ze uitgegroeid zijn onderspitten voorzien we de bodem dus van stikstofverbindingen (groenbemesting).
Het vergroten van de opbrengst aan landbouwproducten wordt ‘de groene revolutie’ genoemd hoewel een geleidelijke verandering eigenlijk meer kans van slagen heeft.
Kunstmest, goede irrigatie en bestrijdingsmiddelen bij oogsten belangrijk. Genmanipulatie biedt de landbouw ongekende mogelijkheden.
Planten hebben water, koolstofdioxide, zonlicht en mineralen nodig. Koolstof en zuurstof maken beide deel uit van een kringloop die essentieel is voor het leven op aarde.
Planten hebben voor hun groei de mineralen fosfor, kalium en vooral stikstof nodig. Ze kunnen de stikstof uit de lucht niet opnemen.
De groene revolutie is de vergroting van de opbrengst van de landbouw door veredeling en genetische manipulatie.
Jan Baptist van Helmont: deed gericht onderzoek naar de groei van planten (gewichtstoename)
Justus von Liebig: grondlegger van het gebruik van kunstmest in de landbouw
Fritz Haber: slaagde erin stikstof uit de lucht om te zetten in ammoniak
6.4 Duurzame ontwikkeling
De Club van Rome introduceerde ook het begrip duurzaamheid: productieprocessen mogen het milieu niet belasten en de grondstoffen niet uitputten. Er moet dus niet alleen rekening gehouden worden met de eigen belangen maar ook die van de toekomstige generaties.
Voor alle menselijke activiteiten betekent dit dat het milieu intact moet blijven. Dit stelt hoge eisen aan het omgaan met grondstoffen, energie en afval.
Mest veroorzaakt luchtvervuiling door de stank maar ook door zure regen vanwege de uitstoot van ammoniak mineralen in de bodem in het oppervlakte- en grondwater uitspoeling overmaat aan algengroei minder licht in het water aantal waterplanten loopt terug rotting zuurstof verdwijnt vissterfte.
Ook drinkwater vervuilt, nitraten alleen te verwijderen tegen veel moeite en hoge kosten.
Nederland: Mestoverschot ( Mineralenoverschot). Oplossingen:
Mineralenboekhouding
Beperking intensieve veehouderij
Een duurzaam boerenbedrijf gebruikt de mest van zijn vee op het bouwland en produceert het voedsel voor het vee op het eigen bedrijf. Dit is een duurzaam proces. Als het voer van buiten het bedrijf komt ontstaat een mestoverschot. Tegenwoordig moeten de boeren een mineralenboekhouding bijhouden: er moet een evenwicht zijn tussen wat er aan mineralen het bedrijf binnenkomt (kunstmest, veevoer) en wat er uitgaat (producten als melk, kaas, vlees). Er wordt veel onderzoek gedaan naar zo’n ‘evenwichtig bodem-plant-dier-systeem’.
Bij duurzame landbouw blijft de grond ook zoveel mogelijk als hij oorspronkelijk was. Gebruik van compost (gedeeltelijk verteerde plantenresten, gemaakt van GFT-afval), prototype van kringloopmateriaal: planten die via de aarde weer nieuwe planten worden.
Voorkomen/bestrijden van plagen en ziektes zonder bestrijdingsmiddelen (dus minder schadelijk voor het milieu):
Biologische bestrijding (natuurlijke vijanden, feromonen) (bestrijden)
Wisselteelt (in plaats van monocultuur) (voorkomen)
Duurzame ontwikkelingen bevredigen de vraag van deze tijd, zonder de mogelijkheden van toekomstige generaties aan te tasten.
Het mestprobleem, veroorzaakt door de intensieve veehouderij, is te beperken door vermindering van de veestapel en een mineralenboekhouding.
Integratie van landbouw en veeteelt, grondverbetering en minder chemische middelen maken een meer duurzame landbouw mogelijk.
Hoofdstuk 7: Zonnestelsel en heelal
7.1 Dagen, maanden, jaren
Doordat de aarde van west naar oost draait lijken zon, maan en sterren van oost naar west te draaien. De maan lijkt dit langzamer te doen. Dat komt omdat hij in 29,5 dagen om de aarde draait in dezelfde richting waarin de aarde om zijn eigen as draait. Wat wij van de maan zien (schijngestalten, maanfasen) verandert in de loop van een maand.
Altijd is de naar de zon gerichte kant van de maan verlicht, de maanstanden:
Als de maan tussen ons en de zon instaat (en niet alle drie op één lijn) hebben we met nieuwe maan te maken.
Als de aarde tussen zon en maan instaat (en niet alle drie op één lijn) is er volle maan.
Daartussen zit dan nog eerste kwartier (rechter helft verlicht)
En laatste kwartier (linker heft verlicht).
Zie ook afbeelding 7.1 op blz. 89!
Dat zon, aarde en maan maar zelden op één rechte lijn liggen komt doordat het vlak waarin de maan om de aarde draait 5° verschilt met het vlak waarin de aarde om de zon draait. Als de drie wel op één rechte lijn liggen hebben we bij nieuwe maan met een zonsverduistering te maken en bij volle maan met een maansverduistering.
In 365,25 dagen beweegt de aarde één keer om de zon. Dit zonnejaar duurt dus 0,25 dagen langer dan het kalenderjaar. Daarom heeft februari één keer per 4 jaar een extra dag (schrikkeljaar). Tegenwoordig wordt in alle landen de Gregoriaanse kalender gebruikt.
Omdat de zon opkomt in het oosten geldt: hoe oostelijker, hoe later. Om te voorkomen dat elke plaats zijn eigen tijd zou hebben is de aarde verdeeld in 24 tijdzones van elk 15°
(24 x 15 = 360). Ga je naar het oosten, dan is het in elke tijdzone een uur later, naar het westen juist een uur vroeger. “Tegenover” het nulpunt Greenwich loopt tussen Noord-Amerika en Azië de datumgrens.
Reis je in westelijke richting en passeer je de datumgrens dan wordt het een dag later. Reis je in oostelijke richting en passeer je de datumgrens dan wordt het een dag eerder.
Zie ook afbeelding 7.2 op blz. 91!
Dankzij de ontwikkeling van de radiotechnologie kunnen tijdsignalen nu overal ter wereld worden ontvangen, zodat iedereen zich kan houden aan dezelfde standaard voor tijd.
Omdat de aardas schuin staat (23,5°) t.o.v. het vlak waarin de aarde om de zon draait ontstaan de seizoenen. Op 21 juni staat de zon loodrecht boven de noorderkeerkring, op 21 september loodrecht boven de evenaar, op 21 december loodrecht boven de zuiderkeerkring en op 21 maart weer loodrecht boven de evenaar. Van 21 september tot 21 maart kan het zonlicht de Noordpool niet meer bereiken (poolnacht). Van 21 maart tot 21 september gaat de zon op de Noordpool niet meer onder.
Zie ook afbeelding 7.3 en 7.5 op blz. 92, 93!
De aarde draait in 24 om haar as. De maan draait in 29,5 dagen om de aarde. Maan en aarde draaien samen in een jaar om de zon.
De tijdrekening en de kalender zijn afgeleid van de beweging van de zon en maan aan de hemel. Technische ontwikkelingen hebben een grote rol gespeeld in de standaardisering van de tijd.
De seizoenen ontstaan doordat de aarde in 1 jaar om de zon draait, waarbij de aardas steeds in dezelfde richting blijft wijzen.
7.2 Het zonnestelsel
De maan trekt het water van de aarde aan. Daardoor is het hoog water aan de kant die naar de maan is gekeerd, maar ook aan de tegenoverliggende kant en daardoor is het dus op elke plaatst op aarde per etmaal twee keer hoog water en twee keer laag water. De maan draait in ong. een maand om de aarde. Dus in de loop van de dag beweegt de maan een stukje verder in haar baan. Daarom duurt het elke week iets langer voordat het weer hoog- en laagwater is.
Ook de zon en de aarde trekken elkaar aan. Eb en vloed worden daarom ook beïnvloed door de zwaartekracht van de zoon. Alleen de zon staat verder weg dan de maan getij veroorzaakt door de zon veel minder groot.
Zie ook afb. 7.7 op blz. 97!
Wanneer zon, maan en aarde op een lijn staan (bij volle of nieuwe maan), versterkten het getij van de zon en de maan elkaar, dan zijn de verschillen tussen eb en vloed groot springtij.
Bij eerste of laatste kwartier werken beide getijden elkaar juist tegen, zodat er geringe verschillen bestaan tussen eb en vloed doodtij.
Maansverduistering: Wanneer het volle maan is, staan zon, aarde en maan op een lijn; de aarde staat dan tussen de zon en de maan in. Bij een maansverduistering staan deze precies recht achter elkaar. Dit kan drie kwartier duren, de maan beweegt zich dan in de schaduw van de aarde.
Zonsverduistering: Wanneer de zon, maan en aarde precies recht achter elkaar staan is er een zonsverduistering. Dit kan zo’n 7 minuten duren.
Zie ook afb. 7.9 op blz. 99!
De zon is 400 keer groter dan de maan, maar staat ook 400 keer verder weg lijken even groot als je ze aan de hemel ziet. De banen van de maan en de aarde maken een hoek van 5.
Zie ook afb. 7.1 op blz. 99!
Als we de negen planeten die om de zon draaien in volgorde van afstand tot de zon plaatsen is de aarde nummer drie. Alleen Mercurius en Venus staan dichter bij de zon. Dat zijn de binnenplaneten. Zij zijn samen met de aarde, Mars en Pluto vaste planeten. De andere vier zijn gasvormig. De planeten die verder weg staan heten buitenplaneten: Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus, Pluto. Tussen Mars en Jupiter bevindt zich een gordel van duizenden brokstukken (planetoïden).
Zie ook afb. 7.11 op blz. 100!
Ruimteschepen konden niet rechtstreeks naar de reuzenplaneten Uranus en Neptunus; steeds wanneer deze langs een planeet vloog, werd zijn snelheid groter doordat de zwaartekracht van die planeet aan hem trok.
Eb en vloed ontstaan voornamelijk door de zwaartekracht van de maan. De zon kan eb en vloed versterken of verzwakken.
Zonsverduisteringen ontstaan als de maan precies tussen de zon en de aarde staat. De maan wordt verduisterd als de aarde precies tussen de zon en de maan staat.
Ons zonnestelsel bestaat uit negen planeten die in ellipsvormige banen om de zon draaien. Om de meeste planeten draaien manen.
7.3 Het heelal
Kometen bestaan uit stof en ijs. Omdat het ijs in de buurt van de zon smelt en een lange staart veroorzaakt worden ze ten onrechte staartsterren genoemd. Ook de kometen beschrijven banen om de zon.
Meteoren (vallende sterren) zijn kleine of grote stofjes of steentjes die als een lichtflits zichtbaar zijn als ze de atmosfeer binnenkomen en daar verbranden. Als ze zo groot zijn dat ze op aarde neerkomen spreken we van meteorieten.
Vlak na de big bang alleen waterstofgas in het heelal. Op sommige plaatsen was de dichtheid iets groter het gas trok onder invloed van de zwaartekracht samen vorming sterrenstelsels. Wolken draaiden langzaam rond en bij het kleiner worden steeds sneller ontstaan platte schijven. bij verdichtingen ontstaan sterren samenklonteren van materiaal planeten.
De zon (tweede generatie ster door aanwezigheid van andere atoomsoorten) en al zijn planeten zijn dus uit dezelfde draaiende oerwolk ontstaan, daardoor draaien ze in één vlak en bestaan ze uit dezelfde atoomsoorten.
De zon is een ster, die dus licht geeft, de planeten reflecteren licht.
Een lichtjaar is de afstand die het licht in één jaar aflegt. De dichtstbijzijnde ster (na de zon) staat op 4,2 lichtjaren van de aarde (Proxima Centauri). Snelheid van het licht: 300000 km/s. Afstand aarde-zon: 150 mln. Km. Zonlicht is 500s naar de aarde onderweg, ofwel 8 minuten.
Om sterren goed te kunnen zien moet je meer licht opvangen. Dat gebeurt met een lenzen- of spiegeltelescoop.
De temperatuur op sterren is buitengewoon heet (daardoor geven ze licht), omdat ze zo groot zijn. Daardoor is hun zwaartekracht erg groot in het binnenste van sterren is de druk en de temperatuur extreem hoog.
Wet van Hubble: als een sterrenstelsel 2x zover van ons afstaat als een ander stelsel, is ook de snelheid twee keer zo groot.
Het leven van een ster:
1. Door de enorme zwaartekracht ontstaan grote druk en temperatuur waardoor kernfusie mogelijk wordt van waterstof naar helium (H naar He). Er ontstaat evenwicht tussen zwaartekracht en stralingsdruk. De nieuwe ster is ‘geboren’.
2. Als de waterstof op is valt de stralingsdruk weg en vindt verdere samentrekking plaats waardoor nieuwe kernfusie optreedt Helium wordt omgezet in koolstof (He wordt C). Dit proces herhaalt zich en er ontstaan steeds zwaardere atomen, zoals stikstof en zuurstof.
3. Dit kan zo door gaan tot ijzer (Fe) gevormd wordt. Vanaf dat moment is er geen energiewinst meer. De ster is ten dode opgeschreven.
4. Als de ster aan het eind van zijn bestaan is gekomen, trekt deze zich op een gegeven moment samen onder invloed van zijn eigen zwaartekracht (implosie). Deze implosie zorgt voor een soort schokgolf in de buitenste delen van de ster waardoor die met grote snelheid de ruimte in geslingerd worden.
Hele grote sterren: enorme explosie (supernovae explosie).
Ster ong. even groot als de zon (middelgroot): het restant is een zeer compacte gloeiende bol ter grootte van de aarde ‘witte dwerg’ die langzaam afkoelt.
Ster veel zwaarder dan de zon: stort ineen tot een zeer snel roterende 10km grote klomp neutronen (neutronenster). Is het restant groter dan 3 zonmassa’s, stort hij verder in een tot een zwart gat. Een zwart gat is zo compact, dat zelfs licht door de zwaartekracht wordt aangetrokken.
Zie ook afb. 7.15!
Sterren zijn hete gasbollen, veel groter dan de aarde. Ze zenden licht uit omdat in hun binnenste kernfusie optreedt. De zon is een ster van gemiddelde grootte.
Het heelal bestaat uit meer dan honderd miljard sterrenstelsels. Elk sterrenstelsel bestaat weer uit ongeveer honderd miljard sterren.
Het heelal is ongeveer vijftien miljard jaar geleden ontstaan door de Big Bang. Sindsdien dijt het heelal uit. Sterrenstelsels en sterren ontstonden uit ineenstortende gaswolken.
Kapteyn (eind 19e E); bepaalde jarenlang van duizenden sterren de richting en de afstand kwam erachter hoe deze sterren over de ruimte waren verdeeld. Maakte hiervan een driedimensionaal model (de sterren bleken in een soort platte schijf te zitten). Hij dacht dat zijn model het hele heelal besloeg.
Edwin Hubble (1889-1953); ontdekte dat sommige nevels op een veel te grote afstand stonden om nog bij de Melkweg te kunnen horen. En hoe verder een verafgelegen sterrenstelsel van ons vandaan is, hoe sneller het zich van de aarde af beweegt het heelal wordt groter; het dijt uit.
7.4 Beter waarnemen
Een telescoop werkt op dezelfde manier als een vergrootglas waarmee je in de zon vuur kunt maken. Het vergrootglas bundelt het licht dat er doorheen valt in het brandpunt van de lens. De lens van een telescoop is veel groter dan van een oog vangt meer licht op (en vergroot het beeld) meer (details) te zien.
Nadelen telescoop met lenzen die spiegeltelescopen niet hebben:
1. Een lens bundelt de verschillende kleuren niet op dezelfde manier beeld wordt nooit helemaal scherp.
2. Een lens kan alleen maar aan de randen worden vastgezet lens vervormt door zijn eigen gewicht onscherp beeld.
Ontwikkeling van de fotografie in de 19e eeuw kwam sterrenkundigen goed van pas konden vastleggen en dus waarnemingen vergelijken waardoor deze ook nauwkeuriger werden (veranderingen aan de sterrenhemel duidelijk door te vergelijken).
Hoe langer de belichtingstijd, hoe meer details op de foto zichtbaar worden. Zo worden (normaal onzichtbare) sterren en grote gas- en stofwolken ook zichtbaar.
De atomen in gas absorberen licht van zeer bepaalde golflengten. Elke atoomsoort absorbeert licht van andere golflengten. Door van het zonnespectrum op te zoeken welke atoomsoorten bij alle lijnen horen, is te bepalen waaruit de zon bestaat. Ook de temperatuur en snelheid zijn zo te bepalen.
CCD (Charged Coupled Device); een chip waarop zich tienduizenden lichtgevoelige cellen bevinden die elk een elektrisch signaal afgeven wanneer er licht op valt. De chip verwerkt dit tot een digitaal signaal en zendt het naar een computer waarnemingen op te slaan als computer bestand (kan in telescoop geplaatsd worden, zeer nauwkeurig en makkelijk in gebruik).
Telescopen hebben een veelgrotere lichtinval dan het oog. Zo worden ook zwakke sterren en sterrenstelsels zichtbaar.
Foto’s leggen waarnemingen vast. Lange belichtingstijden maken meer zichtbaar. Uit spectra is de samenstelling, temperatuur en snelheid van sterren te bepalen.
Een CCD-chip zorgt dat waarnemingen nauwkeuriger zijn en rechtstreeks te bewerken met computers.
Hoofdstuk 8: Leven op aarde
8.1 Een leefbare planeet
De gemiddelde temperatuur op Venus is 450°C, op Mars ligt die ver onder 0. Op aarde komt vloeibaar water voor, op Venus is het daarvoor altijd te heet geweest, op Mars te koud. Op Mars komt misschien wel ijs voor onder de oppervlakte. De atmosferen van de drie planeten zijn ontstaan door hun ‘uitgassen’. Op Venus en Mars is dit proces allang voorbij, Mars was niet groot genoeg en had dus een te geringe zwaartekracht om zijn atmosfeer te behouden. Die lekte vrijwel volledig weg de ruimte in. De overblijvende atmosfeer is zeer ijl en bestaat voor het grootste deel uit koolstofdioxide. Dat geldt ook voor de juist zeer dikke atmosfeer van Venus.
Daarom en omdat de vulkanen op aarde nog steeds veel koolstofdioxide uitbraken neemt men aan dat de aardatmosfeer vroeger veel meer koolstofdioxide bevatte. Deze is veranderd doordat de aarde net ver genoeg van de zon af staat om aan het oppervlak een temperatuur te hebben, waarbij water in vloeibare toestand voorkomt. Men neemt aan dat kleine organismen in het water die koolstofdioxide uit de lucht haalden en zuurstof maakten. Het begin van het even op aarde?
De aardatmosfeer beschermt het leven op aarde op twee manieren: als “zonnebril”, waardoor schadelijke ultraviolette straling wordt tegengehouden door de ozonlaag op ca. 30 km hoogte (ozon absorbeert ultraviolettestraling) en als “paraplu”tegen ruimtepuin.
Van de energie die de zon uitstraalt, wordt bijna een kwart direct teruggekaatst. Een deel blijft in de atmosfeer hangen (o.a. door de absorptie van schadelijke straling).
Zonne-energie (de helft) die het aardoppervlak bereikt wordt opgenomen in water dat daardoor gedeeltelijk verdampt. Deze waterdamp wordt door luchtstromingen naar andere delen van de aarde getransporteerd. Bovendien zorgen oceaanstromingen zelf ook voor de verdeling van de zonne-energie.
Het dunne schilletje aan het oppervlak van de aarde waarin leven voorkomt heet ook wel de biosfeer. Daar vinden kringlopen plaats, zoals:
De waterkringloop (opgenomen warmte in oceanen condenseert in de wolken tot water druppels regen/sneeuw in de oceaan, zie ook afb. 8.1 op blz. 130).
De koolstofkringloop (Koolstof opgenomen door groende planten uit de lucht omgezet tot koolhydraten voedsel voor mensen en dieren afvalstof koolstofdioxide terug de atmosfeer in). Koolstof kan zeer lang opgeslagen zijn in voorbeeld aardgas en steenkool. Bij verbranding komt de koolstof dan weer vrij als koolstofdioxide.
De zuurstofkringloop (je neemt zuurstof op ademt koolstofdioxide uit wordt opgenomen door planten maken daar zuurstof uit).
Polen: hoge luchtdruk, boven de evenaar: lage luchtdruk, op gematigde breedten wisselen deze elkaar af.
Alleen de aarde heeft vloeibaar water. Door leven daalde het gehalte van koolstofdioxide in de atmosfeer en ontstond er zuurstof.
De atmosfeer beschermt het leven op aarde tegen schadelijke straling en meteorieten uit de ruimte.
De zon is de motor achter de waterkringloop en de oceaanstromingen. Beiden verdelen de zonne-energie over het aardoppervlak.
Het leven op aarde is opgenomen in kringlopen van elementen en verbindingen.
8.2 Grenzen aan de temperatuur
Om water te verdampen is energie nodig. Die wordt onttrokken aan de lucht. Bij condensatie van waterdamp komt warmte vrij. Die wordt weer aan de lucht afgegeven. Het gevolg is dat op plaatsen met veel water de temperaturen niet extreem hoog of laag zijn.
De wereldwijde stroom door de diepe oceanen (diepzeestromen) is verantwoordelijk voor het transport van zonne-energie en werkt als verwarm- en koelsysteem. Is het oceaanwater kouder dan de omgeving neemt het warmte op (rond de evenaar), is het warmer dan de lucht geeft het warmte af (poolgebieden). Ook de oppervlaktestromen spelen een rol (aangedreven door de wind). De Golfstroom is een bekende oppervlaktestroom.
Zie ook afb. 8.5 op blz. 135!
De afgelopen eeuw is wereldwijd een temperatuurstijging waargenomen. Over de oorzaak hiervan bestaan twee theorieën. De eerste zegt dat het een gevolg is van menselijk handelen: het versterkt broeikaseffect. De andere gaat uit van een natuurlijke schommeling: we zitten in een periode tussen twee ijstijden.
Klimaatmodellen zijn computerprogramma’s waarin allerlei invloeden op het klimaat en hun onderlinge samenhang als wiskundige variabelen (zonnestraling, samenstelling van de atmosfeer en de ligging van oceaanstromen) en vergelijkingen zijn opgenomen kunnen op korte termijn voorspellingen doen.
Water op de aarde remt het stijgen en dalen van de temperatuur.
De oceanen nemen rond de evenaar zonne-energie op en transporteren het naar andere delen van de aarde.
Door natuurlijke oorzaken verandert het klimaat op aarde regelmatig, zowel op de korte als op de lange termijn.
Klimaatveranderingen zijn lastig te voorspellen. Natuurlijke en menselijke invloeden zijn niet goed uit elkaar te houden.
Engelsman Maunder (1890): ontdekte relatie tussen de lage temperatuur op aarde en de activiteit van de zon.
8.3 Modellen om te voorspellen
Planten en bomen bevatten opgeslagen zonne-energie, die weer vrijkomt als het hout dat ontstaat verbrand wordt of als het hout wegrot. Halfvergane resten kunnen zonne-energie vasthouden, waaruit de fossiele brandstoffen ontstaan: steenkool, aardolie en aardgas.
Olie-equivalent: de hoeveelheid energie die een brandstof kan leveren, omgerekend naar hoeveelheden aardolie (wordt gebruikt om hoeveelheid energie van energiebronnen te kunnen vergelijken).
Het wereldenergieverbruik neemt toe door groei van de wereldbevolking, toename van de welvaart en de prijs die voor energie moet worden betaald. Alternatieve, duurzame energiebronnen zijn bijvoorbeeld elektriciteit uit wind- of waterkracht en zonne-energie, ook warmte geproduceerd met warmtepompen of zonnecollectoren en energie uit verbranding van afval of biogas. Kernenergie is een goed alternatief, maar niet duurzaam, omdat de uraniumvoorraden beperkt zijn.
Nog niet genoemde alternatieve energiebronnen zijn het bereiden van gas uit steenkool en brandstofcellen, waarin uit waterstof en zuurstof water wordt gemaakt.
Energiebesparing is ook van belang; hoe lager het verbruik, hoe langer geput kan worden uit de voorraden fossiele brandstoffen. Bovendien beperkt het de uitstoot van milieubelastende verbrandingsgassen.
De wereldeconomie is afhankelijk van de beschikbaarheid van de fossiele brandstoffen.
Met modellen kan voorspeld worden wanneer de voorraad fossiele brandstoffen op is. Dit hangt af van de bevolkingsomvang, het welvaartspeil en de omvang van bewezen voorraden.
Er wordt intensief onderzoek gedaan naar alternatieve energiebronnen. Technische problemen en economische haalbaarheid beperken voorlopig hun bijdrage aan de energievoorziening.
Bewust omgaan met energie helpt de groei van het energieverbruik te beperken. Overheidsmaatregelen zijn bedoeld om bestaande energievoorraden effectiever te benutten.
8.4 Menselijke invloed op de biosfeer
In de stratosfeer bevindt zich de ozonlaag, met daarin het evenwicht tussen ozon, zuurstof en losse zuurstofatomen (O3, O2 en O). Ozon neemt ultraviolette straling op, waarbij warmte vrijkomt. Dit evenwicht wordt verstoord door chlooratomen, afkomstig uit Cfk’s (Chloorfluorkoolwaterstoffen). Hierdoor neemt de hoeveelheid ozon af, wat weer gevolgen heeft voor de ultravioletabsorptie. Wereldwijde CFK-beperkende maatregelen moeten het dunner worden van de ozonlaag tegengaan.
De stijging van de temperatuur op aarde gaat gelijk op met de stijging van het koolstofdioxidegehate in de atmosfeer (het begin van de stijging valt samen met de industriële revolutie), zoals gezegd voor veel wetenschappers een reden om daar de temperatuurstijging aan toe te schrijven. We spreken van het versterkt broeikaseffect, omdat er al een natuurlijk broeikaseffect is.
De belangrijkste veroorzaker van het natuurlijk broeikaseffect is waterdamp. Andere broeikasgassen zijn naast koolstofdioxide distikstofmono-oxide, CFK’s en methaan.
Een groot deel van de geproduceerde koolstofdioxide komt terecht in biomassa, oceaanwater en poolkappen.
Veranderingen op de zon zouden ook van invloed kunnen zijn op de temperatuur op aarde. Tijdens de kleine IJstijd waren er geen zonnevlekken.
De biosfeer heeft buffercapaciteit voor koolstofdioxide; ook oceaanwater en de poolkappen nemen extra koolstofdioxide op.
Twee redenen voor de beperkte betrouwbaarheid van broeikasmodellen:
1. Technisch probleem: er zijn nog geen computers die het rekenwerk van zeer ingewikkelde modellen goed aankunnen.
2. Gebrek aan kennis.
De uitstoot van Cfk’s versnelt de afbraak van de ozonlaag. Door mondiale maatregelen kan het afbraakproces worden vertraagd. Met modellen wordt het effect daarvan voorspeld.
Menselijke activiteit zorgt voor meer koolstofdioxide in de atmosfeer. Het is onbekend of dit veel invloed heeft op de stijging van de gemiddelde temperatuur op aarde. Andere oorzaken zijn niet uitgesloten.
Broeikasmodellen leggen verband tussen bronnen en buffers van broeikasgassen. Technisch en wetenschappelijk onderzoek is nodig ter verbetering van hun voorspellende waarde.
Paul Crutzen: maakte een model voor de ozonlaag om vast te stellen of de mondiale anti cfk maatregelen effect hebben.
Hoofdstuk 9: Geheimtaal van het leven
9.1 De jacht op het DNA
Een erfelijke eigenschap (gen) erf je in zijn geheel of geheel niet. In de kern van alle cellen zit DNA. DNA heeft de vorm van een gedraaide touwladder, waarvan de treden worden gevormd door vier basen, die afgekort worden met A, T, C en G.
A-T wordt altijd gecombineerd, C-G wordt altijd gecombineerd. Omdat A-T even lang is als C-G hebben alle treden dezelfde lengte. Als een cel zich gaat delen wordt als eerste de verbinding tussen de basenparen verbroken (de rits gaat open). De volgorde van de basen in het DNA bepaalt de erfelijke eigenschappen. Het zijn steeds 3 basen die de code vormen voor één aminozuur. De aminozuren worden gekoppeld tot één eiwit. Deze eiwitten besturen alle processen in het lichaam en zijn bepalend bij de totstandkoming van de erfelijke eigenschappen. Alle basen die zich bevinden tussen startcode en stopcode coderen dus voor één eiwit. Zo'n gedeelte van het DNA heet een gen.
De structuur van het DNA vormde de sleutel tot het raadsel van de erfelijkheid.
Het DNA-molecuul heeft een dubbele spiraalstructuur. Beide DNA-ketens worden gekoppeld door de vaste basenparen A-T en G-C.
DNA draagt de code voor de opbouw van alle levensvormen.
Zie voor ontdekkers blz. 169 (duo Crick en Watson, Rosalid Franklins, Maurice Wilkins en Pauling). Het DNA-molecuul is een chemische kopieermachine en vormt het bouwplan voor erfelijke eigenschappen.
9.2 Weten of niet-weten
In het DNA komen schrijffouten voor. Die kun je van je ouders erven (erfelijke afwijking), maar ze kunnen ook toevallig ontstaan of door invloeden van buitenaf (zoals door radioactieve straling, ultraviolet licht van de zon, tabaksrook) (mutatie). Als de mutatie in een eicel of zaadcel ontstaat wordt deze doorgegeven en is dan dus erfelijk.
In KGC (Klinisch Genetische Centra) wordt erfelijkheidsonderzoek gedaan, soms prenataal, soms postnataal.
We hebben een recht om te weten en een recht om niet te weten.
Werkgevers mogen alleen keuren voor het soort werk dat je gaat doen.
Verzekeraars mogen niet vragen of de klant aanleg heeft voor erfelijke ziekten.
DNA-diagnostiek is het onderzoek naar ‘schrijffouten’ in de erfelijke code.
DNA-diagnostiek kan mensen voor grote dilemma’s plaatsen.
Kennis van DNA-afwijkingen hoeft niet altijd aan anderen bekendgemaakt te worden.
9.3 Genetische manipulatie
In de biotechnologie worden micro-organismen gebruikt om producten te maken. De taal van erfelijkheid is universeel.
DNA-recombiant techniek: het combineren van nuttige genen van het ene levend wezen met genen van een ander soort.
Een moderne toepassing is genetische manipulatie, waar genen uit menselijk DNA worden ingebouwd in het DNA van bepaalde bacteriën, die dan bijvoorbeeld een menselijk hormoon gaan produceren. Door genetische manipulatie kunnen voedingsmiddelen worden verbeterd en opbrengsten worden vergroot. Men kan zorgen dat gewassen niet meer beschadigd worden door onkruidverdelgers. Genen van de ene soort zijn opgenomen in de genen van de andere soort (transgene planten).
De therapie van de toekomst is gentherapie, waar geprobeerd wordt het "zieke" gen door een gezond gen te vervangen.
Genetische manipulatie is het opzettelijk wijzigen van DNA.
Door DNA-modificatie kunnen erfelijke eigenschappen van dieren, planten en de mens veranderd worden.
Genetische manipulatie dwingt de samenleving tot ontwikkeling van een nieuwe ethiek.
9.4 Een nieuwe eeuw
In het Human Genome Project heeft men jarenlang geprobeerd alle 80000 genen te ontcijferen. Al het menselijke DNA uit te schrijven; het menselijk genoom. Inmiddels is dit afgerond.
Het HUGO project valt in drie delen uit een:
1. Genetic mapping (het in kaart brengen van de 80.000 genen op de 23 chromosomenparen)
2. Physical mapping (de 100.000 basen van het DNA markeren)
3. Sequenzen (het bepalen van de juiste basenvolgorde van het menselijk DNA)
Als het project klaar is, lijken we het ‘receptenboek van het menselijk leven’ in handen te hebben.
Klonen is het kopiëren van een volledig dier (of mens?), door de celinhoud van een volwassen dier in een lege eicel te plaatsen en die op natuurlijke wijze te laten uitgroeien.
Rond 2005 zijn alle genen van de mens bekend. Die kennis is veel geld waard.
De ontwikkeling van een individu is veranderlijk en onvoorspelbaar binnen de grenzen van de erfelijke mogelijkheden.
Biotechnologie heeft de mogelijkheid al het leven te manipuleren. Voor veel mensen een beangstigend toekomstbeeld.
Hoofdstuk 10: Wentelend wereldbeeld
10.1 ‘Alles draait om de aarde…
In het oude wereldbeeld (de tijd van Ptolemaeus) ging men er vanuit dat de aarde stilstond en de hemel eromheen draaide. Dit model werd geocentrisch genoemd.
Als er al andere ideeën waren, werden die juist door geleerden voor onmogelijk gehouden, veelal om natuurkundige redenen en tot de 16e eeuw was het voor de christenen onbespreekbaar dat de aarde niet het centrum zou zijn, het stond immers in de bijbel.
In de 16e eeuw ontstond in de Renaissance het heliocentrisch model. Met name het "dwalen" van de planeten tussen de sterrenbeelden kon met dit model veel beter verklaard worden: Ptolemaeus dacht nog aan bijcirkels, maar Copernicus kon de lusbeweging veel duidelijker uitleggen door vanuit een om de zon draaiende aarde te redeneren. Alleen de maan draaide om de aarde volgens hem.
In de astrologie gaat het om de twaalf sterrenbeelden die in de baan van zon, maan en planeten zitten.
Het meest wetenschappelijke argument tegen het heliocentrische model kwam van sterrenkundigen, die het verschijnsel parallax (is het verschijnsel dat door een beweging van de aarde om de zon, de sterren ten opzichte van elkaar van plaats zouden moeten veranderen) niet waarnamen, wat volgens hen wel had gemoeten bij een draaiende aarde. Later bleek dat de sterren zo ver weg staan dat de parallax onmeetbaar klein is.
Het oude wereldbeeld ging uit van een onbeweeglijke aarde in het midden van rondwentelende hemelsferen.
Copernicus stelde een model voor met de zon in het midden van het heelal en een aarde die om haar as en om de zon draait.
Copernicus’ boek baarde weinig opzien omdat een hard bewijs voor de juistheid van zijn model ontbrak.
Ptolemaeus; geocentrische model (aarde stond stil, hemel draaide er omheen)
Copernicus; heliocentrische model (de aarde draaide om de zon, alleen de maan draaide om de aarde)
10.2 …En toch beweegt zij!’
Kepler (dankzij de waarnemingen van edelman Tycho Brahe) berekende dat de planeetbanen ellipsvormig waren en dat ze dicht bij de zon sneller bewogen.
Galileo Galilei (1609) was tegen het geocentrische model en voor het idee van Copernicus door zijn waarnemingen met de telescoop conflict kerk.
Newton verklaarde de beweging van de planeten om de zon met zijn algemene gravitatiewet, volgens welke alle lichamen elkaar aantrekken (zwaartekracht). Hiermee maakte hij een definitief einde aan het oude wereldbeeld.
Ook het heliocentrische model bleek niet juist. Onze zon is één van de miljarden sterren in het sterrenstelsel dat we de Melkweg noemen en dat sterrenstelsel is er weer één van de naar schatting 100 miljard sterrenstelsels.
Nauwkeurige observaties en goede wiskundige verwerking hiervan gaven het Copernicaanse model een stevig fundament.
Het nieuwe wereldbeeld doorbrak de oude scheiding tussen aarde en hemel en beïnvloedde het beeld van god.
Het moderne wereldbeeld gaat uit van een onvoorstelbaar groot, uitdijend heelal.
10.3 ‘Van scheppingsverhaal…
Volgens de leer van het creationisme (het scheppingsverhaal) zijn de gewervelde dieren in een bepaalde volgorde ontstaan en daarna niet meer veranderd. Tijdens de zondvloed bevond zich van elke soort organisme een mannetje en een vrouwtje in de ark van Noach. Tijdens de zonvloed reikte het waterpeil tot boven alle bergen. Het duurde een jaar voordat het land droogviel en de ‘rechtvaardige’ mensen en dieren de ark konden verlaten.
Later werden fossielen gevonden van uitgestorven dieren. Volgens het Bijbelverhaal kon dat niet. Er werden verschillende verklaringen gezocht;
De dieren zouden te laat bij de ark aangekomen zijn en verdronken. God zou dieren nooit laten uitsterven. Deze verklaring voldeed dus niet.
De onbekende soorten zouden elders op aarde in woeste en onbetreden gebieden nog wel in leven zijn. Als men bleef zoeken, zouden die soorten nog wel gevonden worden.
De fossielen waren van soorten die zich in de loop der tijd ontwikkeld hadden tot nu levende vormen (Cuvier).
Volgens het oude wereldbeeld is de wereld met al het leven door godgeschapen en daarna niet meer veranderd.
Vondsten van fossielen deden sommige geleerden twijfelen aan het scheppingsverhaal.
Darwin formuleerde het idee dat soorten veranderlijk zijn.
Carl Linnaeus (1707-1778); overtuigd van het creationisme. Legde afwijkende planten opzij. Geslachten en soorten waren volgens hem constant en variëteiten zouden nooit het niveau van nieuwe soorten kunnen bereiken.
George Cuvier (1769-1832); grondlegger paleontologie, de wetenschap die uitgestorven organismen en hun overblijfselen bestudeert. Hij formuleerde de hypothese dat het fossielen waren van soorten die zich in de loop der tijd ontwikkeld hadden tot nu levende vormen. Hij verving deze hypothese later door het idee dat soorten konden uitsterven.
10.4 … tot evolutietheorie’
Darwin maakte in 1830 een ontdekkingsreis per schip (de Beagle), waar hij o.a. op de Galapagos Eilanden landde. Daar zag hij dat de diersoorten van eiland tot eiland verschilden. Zo kwam hij tot de hypothese dat de best aangepaste varianten de grootste overlevingskansen hadden: de struggle for life en de survival of the fittest.
Zo deed de natuur het, maar kwekers van bepaalde rassen van planten en dieren deden hetzelfde: door aanhoudende selectie waren de gewenste nakomelingen ontstaan. De soorten die er niet in slagen zich aan hun omgeving aan te passen, sterven uit. De huidige soorten weken dus af van de wezens die God had geschapen.
Darwin bracht pas in 1858 zijn boek ‘On the Origin of Species by Means of Natural Selection’ uit. Hij verwachtte namelijk grote weerstand dus besteedde veel tijd aan de gedegen uitwerking van aansprekende voorbeelden.
Het mechanisme van Darwins evolutietheorie:
1. Variatie; Individuen van populaties vertonen verschillen waarvan een deel erfelijk is.
2. Overcapaciteit: Er worden meer nakomelingen geboren dan voor louter vervanging van de ouders mogelijk zijn. Populaties die zich ongehinderd kunnen vermenigvuldigen, nemen volgens een meetkundige reeks toe.
3. Constante populatiegrootte: Doorgaans blijft een populatie min of meer constant van grootte.
Twee principes:
1. Struggle for life (er is een strijd om het bestaan)
2. Survival of the fittest (De sterkste, best aangepaste overleeft)
Veel mensen hebben bezwaar tegen deze evolutietheorie. Hoe kan een bijzonder ontwikkeld lichaamsdeel als een oog door toeval ontstaan?
In Amerika ontstond het sociaal-darwinisme: wie in de samenleving onderaan stond had niet zijn best gedaan of had geen goede genen.
Een stap verder ging de eugenetica: rassenverbetering door het geboortecijfer van de ‘ongeschikten’ te beperken. Door bijvoorbeeld sterilisatie. In de tweede wereldoorlog was "de definitieve oplossing van het joodse vraagstuk" (Endlösung) een extreme vorm hiervan.
Natuurlijke selectie zorgt ervoor dat soorten zo goed mogelijk zijn aangepast aan hun natuurlijke omgeving.
Darwins evolutietheorie roept nog steeds weerstanden op omdat deze geen goddelijk plan insluit.
De invloed van Darwins theorie is niet beperkt gebleven tot de biologie.
6.1 Bevolkingsgroei
Bij bevolkingsgroei kun je te maken hebben met:
Lineaire groei: elk jaar een vast aantal erbij.
Exponentiële groei: elk jaar een vast percentage erbij. Als de toename bijvoorbeeld jaarlijks 3 % is, is de groeifactor, d.w.z. het getal waarmee jaarlijks wordt vermenigvuldigd 1,03.
In de 18e eeuw berekende de Britse econoom Malthus dat de bevolking in zijn land elke 25 jaar zou verdubbelen (grote groei door afname epidemieën en verbeterde hygiëne). Volgens hem zou dat zeker leiden tot hongersnood.
Even leek hij gelijk te krijgen; 1845 in Ierland de ‘aardappelziekte’ (1 mln. Doden en veel Ieren vluchtten naar de VS). In Engeland de ‘Engelse ziekte’ (rachitis); het kromgroeien van armen en benen, door het gebrek aan zonlicht.
Niet alleen de wereldbevolking groeit, ook de (gemiddelde) welvaart neemt toe.
De groei van de bevolking is afhankelijk van een aantal variabelen; geboortegetal van kinderen, migratie, leefverwachting.
De groei van de wereldbevolking neemt steeds meer toe.
Model van dr. Sergei Scherbov: computerprogramma dat prognoses voor de wereldbevolking kan maken en rekening houdt met veel variabelen. Het blijven echter schattingen. Werkelijk nauwkeurige schattingen zijn niet mogelijk o.a. door weinig betrouwbare cijfers uit de ontwikkelingslanden.
Met een rekenmodel kun je voorspellingen doen over de bevolkingsgrootte.
De theorie van Malthus was beperkt omdat hij technologische en sociale vernieuwingen niet kon voorzien.
Ondanks het gebruik van computers blijft de betrouwbaarheid van cijfers over de wereldbevolking laag.
Malthus: Britse econoom die dacht dat bevolkingsgroei uiteindelijk tot hongersnood zou leiden.
6.2 Grenzen aan de groei
In 1972 kwam de Club van Rome (50 industriëlen en geleerden) bij elkaar. Zij gaven een opdracht aan het Amerikaanse onderzoeksinstituut MIT (Massachusetts Institute of Technology), een van de eerste instellingen die grote computers gebruikte voor het doorrekenen van ingewikkelde verbanden. De verschillende variabelen werden besproken en kwamen samen in een rapport ‘De grenzen aan de groei’:
1. bevolkingsgroei
3. industrialisatie
4. uitputting natuurlijke hulpbronnen
5. milieuvervuiling
Belangrijkste conclusies uit het rapport:
1. Met blijvende groei van de wereldbevolking, industrialisatie, milieuvervuiling, voedselproductie en uitputting van natuurlijke hulpbronnen, zullen de grenzen van de groei binnen 100 jaar worden bereikt. Al eerder zullen de fossiele brandstoffen zijn uitgepunt.
2. Met afnemende bevolkingsgroei zou een zekere ecologische en economische stabiliteit kunnen ontstaan.
Grote invloed op de politiek, toename van het milieubewustzijn, milieuwetgeving.
Met sommige factoren kan met berekening geen rekening gehouden worden. Zoals een vervangende grondstof die het verbruik van de ander doet dalen.
De wetenschap is steeds bezig schaarse of dure grondstoffen te vervangen door goedkopere of technisch betere kunststoffen.
Een andere manier om de uitputting van grondstoffen tegen te gaan is het opnieuw gebruiken van stoffen en materialen, recycling (zeker als deze schaars zijn). Deze methode voorkomt afvalbergen, energieverspilling en uitputting van grondstoffen.
De mobiliteit neemt toe. Het gemotoriseerde verkeer neemt een flink deel van de luchtverontreiniging voor zijn rekening. De toekomst is aan het openbaar vervoer, voordelen:
2. relatief weinig vervuiling
3. veiligheid per personenkilometer is groter dan bij de auto
De club van Rome heeft de bewustwording over de toekomst van de aarde sterk vergroot.
Toekomstvoorspellingen worden achterhaald door technische vooruitgang en menselijke inventiviteit.
Automobiliteit staat op gespannen voet met leefbaarheid en een schoon milieu.
Rachel Carson: Biologe (Silent Spring) wees mensen op milieu problemen aanleiding club van Rome
6.3 Meer voedsel
Bij de fotosynthese zetten planten water uit de grond en koolstofdioxide uit de lucht om in glucose en zuurstof. Dit gebeurt m.b.v. zonlicht waarbij dus zonne-energie wordt omgezet in chemische energie.
De glucose wordt weer omgezet in grotere moleculen, die bij het vergaan van de planten of het gegeten worden door mens of dier weer omgezet worden in koolstofdioxide, zodat de ‘koolstofkring’ weer gesloten is. Fotosynthese in een reactievergelijking:
6CO + 6H2O C6H12O6 + 6O2
Sporenelementen zoals magnesium, ijzer, zink en mangaan spelen ook een rol bij de groei.
Nitraten komen in de grond het minst voor. Een belangrijke uitvinding was dan ook het proces waarbij stikstof uit de lucht wordt omgezet in ammoniak (NH3), waaruit weer nitraten gemaakt kunnen worden. Sommige planten kunnen met behulp van bacteriën (de Rhizobium) zelf stikstof uit de lucht omzetten in nitraten. Als we deze planten als ze uitgegroeid zijn onderspitten voorzien we de bodem dus van stikstofverbindingen (groenbemesting).
Het vergroten van de opbrengst aan landbouwproducten wordt ‘de groene revolutie’ genoemd hoewel een geleidelijke verandering eigenlijk meer kans van slagen heeft.
Kunstmest, goede irrigatie en bestrijdingsmiddelen bij oogsten belangrijk. Genmanipulatie biedt de landbouw ongekende mogelijkheden.
Planten hebben water, koolstofdioxide, zonlicht en mineralen nodig. Koolstof en zuurstof maken beide deel uit van een kringloop die essentieel is voor het leven op aarde.
Planten hebben voor hun groei de mineralen fosfor, kalium en vooral stikstof nodig. Ze kunnen de stikstof uit de lucht niet opnemen.
De groene revolutie is de vergroting van de opbrengst van de landbouw door veredeling en genetische manipulatie.
Jan Baptist van Helmont: deed gericht onderzoek naar de groei van planten (gewichtstoename)
Justus von Liebig: grondlegger van het gebruik van kunstmest in de landbouw
Fritz Haber: slaagde erin stikstof uit de lucht om te zetten in ammoniak
6.4 Duurzame ontwikkeling
De Club van Rome introduceerde ook het begrip duurzaamheid: productieprocessen mogen het milieu niet belasten en de grondstoffen niet uitputten. Er moet dus niet alleen rekening gehouden worden met de eigen belangen maar ook die van de toekomstige generaties.
Voor alle menselijke activiteiten betekent dit dat het milieu intact moet blijven. Dit stelt hoge eisen aan het omgaan met grondstoffen, energie en afval.
Ook drinkwater vervuilt, nitraten alleen te verwijderen tegen veel moeite en hoge kosten.
Nederland: Mestoverschot ( Mineralenoverschot). Oplossingen:
Mineralenboekhouding
Beperking intensieve veehouderij
Een duurzaam boerenbedrijf gebruikt de mest van zijn vee op het bouwland en produceert het voedsel voor het vee op het eigen bedrijf. Dit is een duurzaam proces. Als het voer van buiten het bedrijf komt ontstaat een mestoverschot. Tegenwoordig moeten de boeren een mineralenboekhouding bijhouden: er moet een evenwicht zijn tussen wat er aan mineralen het bedrijf binnenkomt (kunstmest, veevoer) en wat er uitgaat (producten als melk, kaas, vlees). Er wordt veel onderzoek gedaan naar zo’n ‘evenwichtig bodem-plant-dier-systeem’.
Bij duurzame landbouw blijft de grond ook zoveel mogelijk als hij oorspronkelijk was. Gebruik van compost (gedeeltelijk verteerde plantenresten, gemaakt van GFT-afval), prototype van kringloopmateriaal: planten die via de aarde weer nieuwe planten worden.
Voorkomen/bestrijden van plagen en ziektes zonder bestrijdingsmiddelen (dus minder schadelijk voor het milieu):
Biologische bestrijding (natuurlijke vijanden, feromonen) (bestrijden)
Wisselteelt (in plaats van monocultuur) (voorkomen)
Duurzame ontwikkelingen bevredigen de vraag van deze tijd, zonder de mogelijkheden van toekomstige generaties aan te tasten.
Het mestprobleem, veroorzaakt door de intensieve veehouderij, is te beperken door vermindering van de veestapel en een mineralenboekhouding.
Integratie van landbouw en veeteelt, grondverbetering en minder chemische middelen maken een meer duurzame landbouw mogelijk.
7.1 Dagen, maanden, jaren
Doordat de aarde van west naar oost draait lijken zon, maan en sterren van oost naar west te draaien. De maan lijkt dit langzamer te doen. Dat komt omdat hij in 29,5 dagen om de aarde draait in dezelfde richting waarin de aarde om zijn eigen as draait. Wat wij van de maan zien (schijngestalten, maanfasen) verandert in de loop van een maand.
Altijd is de naar de zon gerichte kant van de maan verlicht, de maanstanden:
Als de maan tussen ons en de zon instaat (en niet alle drie op één lijn) hebben we met nieuwe maan te maken.
Als de aarde tussen zon en maan instaat (en niet alle drie op één lijn) is er volle maan.
Daartussen zit dan nog eerste kwartier (rechter helft verlicht)
En laatste kwartier (linker heft verlicht).
Zie ook afbeelding 7.1 op blz. 89!
Dat zon, aarde en maan maar zelden op één rechte lijn liggen komt doordat het vlak waarin de maan om de aarde draait 5° verschilt met het vlak waarin de aarde om de zon draait. Als de drie wel op één rechte lijn liggen hebben we bij nieuwe maan met een zonsverduistering te maken en bij volle maan met een maansverduistering.
In 365,25 dagen beweegt de aarde één keer om de zon. Dit zonnejaar duurt dus 0,25 dagen langer dan het kalenderjaar. Daarom heeft februari één keer per 4 jaar een extra dag (schrikkeljaar). Tegenwoordig wordt in alle landen de Gregoriaanse kalender gebruikt.
(24 x 15 = 360). Ga je naar het oosten, dan is het in elke tijdzone een uur later, naar het westen juist een uur vroeger. “Tegenover” het nulpunt Greenwich loopt tussen Noord-Amerika en Azië de datumgrens.
Reis je in westelijke richting en passeer je de datumgrens dan wordt het een dag later. Reis je in oostelijke richting en passeer je de datumgrens dan wordt het een dag eerder.
Zie ook afbeelding 7.2 op blz. 91!
Dankzij de ontwikkeling van de radiotechnologie kunnen tijdsignalen nu overal ter wereld worden ontvangen, zodat iedereen zich kan houden aan dezelfde standaard voor tijd.
Omdat de aardas schuin staat (23,5°) t.o.v. het vlak waarin de aarde om de zon draait ontstaan de seizoenen. Op 21 juni staat de zon loodrecht boven de noorderkeerkring, op 21 september loodrecht boven de evenaar, op 21 december loodrecht boven de zuiderkeerkring en op 21 maart weer loodrecht boven de evenaar. Van 21 september tot 21 maart kan het zonlicht de Noordpool niet meer bereiken (poolnacht). Van 21 maart tot 21 september gaat de zon op de Noordpool niet meer onder.
Zie ook afbeelding 7.3 en 7.5 op blz. 92, 93!
De aarde draait in 24 om haar as. De maan draait in 29,5 dagen om de aarde. Maan en aarde draaien samen in een jaar om de zon.
De tijdrekening en de kalender zijn afgeleid van de beweging van de zon en maan aan de hemel. Technische ontwikkelingen hebben een grote rol gespeeld in de standaardisering van de tijd.
De seizoenen ontstaan doordat de aarde in 1 jaar om de zon draait, waarbij de aardas steeds in dezelfde richting blijft wijzen.
7.2 Het zonnestelsel
De maan trekt het water van de aarde aan. Daardoor is het hoog water aan de kant die naar de maan is gekeerd, maar ook aan de tegenoverliggende kant en daardoor is het dus op elke plaatst op aarde per etmaal twee keer hoog water en twee keer laag water. De maan draait in ong. een maand om de aarde. Dus in de loop van de dag beweegt de maan een stukje verder in haar baan. Daarom duurt het elke week iets langer voordat het weer hoog- en laagwater is.
Zie ook afb. 7.7 op blz. 97!
Wanneer zon, maan en aarde op een lijn staan (bij volle of nieuwe maan), versterkten het getij van de zon en de maan elkaar, dan zijn de verschillen tussen eb en vloed groot springtij.
Bij eerste of laatste kwartier werken beide getijden elkaar juist tegen, zodat er geringe verschillen bestaan tussen eb en vloed doodtij.
Maansverduistering: Wanneer het volle maan is, staan zon, aarde en maan op een lijn; de aarde staat dan tussen de zon en de maan in. Bij een maansverduistering staan deze precies recht achter elkaar. Dit kan drie kwartier duren, de maan beweegt zich dan in de schaduw van de aarde.
Zonsverduistering: Wanneer de zon, maan en aarde precies recht achter elkaar staan is er een zonsverduistering. Dit kan zo’n 7 minuten duren.
Zie ook afb. 7.9 op blz. 99!
De zon is 400 keer groter dan de maan, maar staat ook 400 keer verder weg lijken even groot als je ze aan de hemel ziet. De banen van de maan en de aarde maken een hoek van 5.
Zie ook afb. 7.1 op blz. 99!
Als we de negen planeten die om de zon draaien in volgorde van afstand tot de zon plaatsen is de aarde nummer drie. Alleen Mercurius en Venus staan dichter bij de zon. Dat zijn de binnenplaneten. Zij zijn samen met de aarde, Mars en Pluto vaste planeten. De andere vier zijn gasvormig. De planeten die verder weg staan heten buitenplaneten: Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus, Pluto. Tussen Mars en Jupiter bevindt zich een gordel van duizenden brokstukken (planetoïden).
Zie ook afb. 7.11 op blz. 100!
Eb en vloed ontstaan voornamelijk door de zwaartekracht van de maan. De zon kan eb en vloed versterken of verzwakken.
Zonsverduisteringen ontstaan als de maan precies tussen de zon en de aarde staat. De maan wordt verduisterd als de aarde precies tussen de zon en de maan staat.
Ons zonnestelsel bestaat uit negen planeten die in ellipsvormige banen om de zon draaien. Om de meeste planeten draaien manen.
7.3 Het heelal
Kometen bestaan uit stof en ijs. Omdat het ijs in de buurt van de zon smelt en een lange staart veroorzaakt worden ze ten onrechte staartsterren genoemd. Ook de kometen beschrijven banen om de zon.
Meteoren (vallende sterren) zijn kleine of grote stofjes of steentjes die als een lichtflits zichtbaar zijn als ze de atmosfeer binnenkomen en daar verbranden. Als ze zo groot zijn dat ze op aarde neerkomen spreken we van meteorieten.
Vlak na de big bang alleen waterstofgas in het heelal. Op sommige plaatsen was de dichtheid iets groter het gas trok onder invloed van de zwaartekracht samen vorming sterrenstelsels. Wolken draaiden langzaam rond en bij het kleiner worden steeds sneller ontstaan platte schijven. bij verdichtingen ontstaan sterren samenklonteren van materiaal planeten.
De zon (tweede generatie ster door aanwezigheid van andere atoomsoorten) en al zijn planeten zijn dus uit dezelfde draaiende oerwolk ontstaan, daardoor draaien ze in één vlak en bestaan ze uit dezelfde atoomsoorten.
De zon is een ster, die dus licht geeft, de planeten reflecteren licht.
Om sterren goed te kunnen zien moet je meer licht opvangen. Dat gebeurt met een lenzen- of spiegeltelescoop.
De temperatuur op sterren is buitengewoon heet (daardoor geven ze licht), omdat ze zo groot zijn. Daardoor is hun zwaartekracht erg groot in het binnenste van sterren is de druk en de temperatuur extreem hoog.
Wet van Hubble: als een sterrenstelsel 2x zover van ons afstaat als een ander stelsel, is ook de snelheid twee keer zo groot.
Het leven van een ster:
1. Door de enorme zwaartekracht ontstaan grote druk en temperatuur waardoor kernfusie mogelijk wordt van waterstof naar helium (H naar He). Er ontstaat evenwicht tussen zwaartekracht en stralingsdruk. De nieuwe ster is ‘geboren’.
2. Als de waterstof op is valt de stralingsdruk weg en vindt verdere samentrekking plaats waardoor nieuwe kernfusie optreedt Helium wordt omgezet in koolstof (He wordt C). Dit proces herhaalt zich en er ontstaan steeds zwaardere atomen, zoals stikstof en zuurstof.
3. Dit kan zo door gaan tot ijzer (Fe) gevormd wordt. Vanaf dat moment is er geen energiewinst meer. De ster is ten dode opgeschreven.
4. Als de ster aan het eind van zijn bestaan is gekomen, trekt deze zich op een gegeven moment samen onder invloed van zijn eigen zwaartekracht (implosie). Deze implosie zorgt voor een soort schokgolf in de buitenste delen van de ster waardoor die met grote snelheid de ruimte in geslingerd worden.
Hele grote sterren: enorme explosie (supernovae explosie).
Ster veel zwaarder dan de zon: stort ineen tot een zeer snel roterende 10km grote klomp neutronen (neutronenster). Is het restant groter dan 3 zonmassa’s, stort hij verder in een tot een zwart gat. Een zwart gat is zo compact, dat zelfs licht door de zwaartekracht wordt aangetrokken.
Zie ook afb. 7.15!
Sterren zijn hete gasbollen, veel groter dan de aarde. Ze zenden licht uit omdat in hun binnenste kernfusie optreedt. De zon is een ster van gemiddelde grootte.
Het heelal bestaat uit meer dan honderd miljard sterrenstelsels. Elk sterrenstelsel bestaat weer uit ongeveer honderd miljard sterren.
Het heelal is ongeveer vijftien miljard jaar geleden ontstaan door de Big Bang. Sindsdien dijt het heelal uit. Sterrenstelsels en sterren ontstonden uit ineenstortende gaswolken.
Kapteyn (eind 19e E); bepaalde jarenlang van duizenden sterren de richting en de afstand kwam erachter hoe deze sterren over de ruimte waren verdeeld. Maakte hiervan een driedimensionaal model (de sterren bleken in een soort platte schijf te zitten). Hij dacht dat zijn model het hele heelal besloeg.
Edwin Hubble (1889-1953); ontdekte dat sommige nevels op een veel te grote afstand stonden om nog bij de Melkweg te kunnen horen. En hoe verder een verafgelegen sterrenstelsel van ons vandaan is, hoe sneller het zich van de aarde af beweegt het heelal wordt groter; het dijt uit.
7.4 Beter waarnemen
Een telescoop werkt op dezelfde manier als een vergrootglas waarmee je in de zon vuur kunt maken. Het vergrootglas bundelt het licht dat er doorheen valt in het brandpunt van de lens. De lens van een telescoop is veel groter dan van een oog vangt meer licht op (en vergroot het beeld) meer (details) te zien.
Nadelen telescoop met lenzen die spiegeltelescopen niet hebben:
2. Een lens kan alleen maar aan de randen worden vastgezet lens vervormt door zijn eigen gewicht onscherp beeld.
Ontwikkeling van de fotografie in de 19e eeuw kwam sterrenkundigen goed van pas konden vastleggen en dus waarnemingen vergelijken waardoor deze ook nauwkeuriger werden (veranderingen aan de sterrenhemel duidelijk door te vergelijken).
Hoe langer de belichtingstijd, hoe meer details op de foto zichtbaar worden. Zo worden (normaal onzichtbare) sterren en grote gas- en stofwolken ook zichtbaar.
De atomen in gas absorberen licht van zeer bepaalde golflengten. Elke atoomsoort absorbeert licht van andere golflengten. Door van het zonnespectrum op te zoeken welke atoomsoorten bij alle lijnen horen, is te bepalen waaruit de zon bestaat. Ook de temperatuur en snelheid zijn zo te bepalen.
CCD (Charged Coupled Device); een chip waarop zich tienduizenden lichtgevoelige cellen bevinden die elk een elektrisch signaal afgeven wanneer er licht op valt. De chip verwerkt dit tot een digitaal signaal en zendt het naar een computer waarnemingen op te slaan als computer bestand (kan in telescoop geplaatsd worden, zeer nauwkeurig en makkelijk in gebruik).
Telescopen hebben een veelgrotere lichtinval dan het oog. Zo worden ook zwakke sterren en sterrenstelsels zichtbaar.
Foto’s leggen waarnemingen vast. Lange belichtingstijden maken meer zichtbaar. Uit spectra is de samenstelling, temperatuur en snelheid van sterren te bepalen.
Een CCD-chip zorgt dat waarnemingen nauwkeuriger zijn en rechtstreeks te bewerken met computers.
Hoofdstuk 8: Leven op aarde
8.1 Een leefbare planeet
De gemiddelde temperatuur op Venus is 450°C, op Mars ligt die ver onder 0. Op aarde komt vloeibaar water voor, op Venus is het daarvoor altijd te heet geweest, op Mars te koud. Op Mars komt misschien wel ijs voor onder de oppervlakte. De atmosferen van de drie planeten zijn ontstaan door hun ‘uitgassen’. Op Venus en Mars is dit proces allang voorbij, Mars was niet groot genoeg en had dus een te geringe zwaartekracht om zijn atmosfeer te behouden. Die lekte vrijwel volledig weg de ruimte in. De overblijvende atmosfeer is zeer ijl en bestaat voor het grootste deel uit koolstofdioxide. Dat geldt ook voor de juist zeer dikke atmosfeer van Venus.
Daarom en omdat de vulkanen op aarde nog steeds veel koolstofdioxide uitbraken neemt men aan dat de aardatmosfeer vroeger veel meer koolstofdioxide bevatte. Deze is veranderd doordat de aarde net ver genoeg van de zon af staat om aan het oppervlak een temperatuur te hebben, waarbij water in vloeibare toestand voorkomt. Men neemt aan dat kleine organismen in het water die koolstofdioxide uit de lucht haalden en zuurstof maakten. Het begin van het even op aarde?
Van de energie die de zon uitstraalt, wordt bijna een kwart direct teruggekaatst. Een deel blijft in de atmosfeer hangen (o.a. door de absorptie van schadelijke straling).
Zonne-energie (de helft) die het aardoppervlak bereikt wordt opgenomen in water dat daardoor gedeeltelijk verdampt. Deze waterdamp wordt door luchtstromingen naar andere delen van de aarde getransporteerd. Bovendien zorgen oceaanstromingen zelf ook voor de verdeling van de zonne-energie.
Het dunne schilletje aan het oppervlak van de aarde waarin leven voorkomt heet ook wel de biosfeer. Daar vinden kringlopen plaats, zoals:
De waterkringloop (opgenomen warmte in oceanen condenseert in de wolken tot water druppels regen/sneeuw in de oceaan, zie ook afb. 8.1 op blz. 130).
De koolstofkringloop (Koolstof opgenomen door groende planten uit de lucht omgezet tot koolhydraten voedsel voor mensen en dieren afvalstof koolstofdioxide terug de atmosfeer in). Koolstof kan zeer lang opgeslagen zijn in voorbeeld aardgas en steenkool. Bij verbranding komt de koolstof dan weer vrij als koolstofdioxide.
De zuurstofkringloop (je neemt zuurstof op ademt koolstofdioxide uit wordt opgenomen door planten maken daar zuurstof uit).
Polen: hoge luchtdruk, boven de evenaar: lage luchtdruk, op gematigde breedten wisselen deze elkaar af.
Alleen de aarde heeft vloeibaar water. Door leven daalde het gehalte van koolstofdioxide in de atmosfeer en ontstond er zuurstof.
De atmosfeer beschermt het leven op aarde tegen schadelijke straling en meteorieten uit de ruimte.
De zon is de motor achter de waterkringloop en de oceaanstromingen. Beiden verdelen de zonne-energie over het aardoppervlak.
Het leven op aarde is opgenomen in kringlopen van elementen en verbindingen.
Om water te verdampen is energie nodig. Die wordt onttrokken aan de lucht. Bij condensatie van waterdamp komt warmte vrij. Die wordt weer aan de lucht afgegeven. Het gevolg is dat op plaatsen met veel water de temperaturen niet extreem hoog of laag zijn.
De wereldwijde stroom door de diepe oceanen (diepzeestromen) is verantwoordelijk voor het transport van zonne-energie en werkt als verwarm- en koelsysteem. Is het oceaanwater kouder dan de omgeving neemt het warmte op (rond de evenaar), is het warmer dan de lucht geeft het warmte af (poolgebieden). Ook de oppervlaktestromen spelen een rol (aangedreven door de wind). De Golfstroom is een bekende oppervlaktestroom.
Zie ook afb. 8.5 op blz. 135!
De afgelopen eeuw is wereldwijd een temperatuurstijging waargenomen. Over de oorzaak hiervan bestaan twee theorieën. De eerste zegt dat het een gevolg is van menselijk handelen: het versterkt broeikaseffect. De andere gaat uit van een natuurlijke schommeling: we zitten in een periode tussen twee ijstijden.
Klimaatmodellen zijn computerprogramma’s waarin allerlei invloeden op het klimaat en hun onderlinge samenhang als wiskundige variabelen (zonnestraling, samenstelling van de atmosfeer en de ligging van oceaanstromen) en vergelijkingen zijn opgenomen kunnen op korte termijn voorspellingen doen.
Water op de aarde remt het stijgen en dalen van de temperatuur.
De oceanen nemen rond de evenaar zonne-energie op en transporteren het naar andere delen van de aarde.
Door natuurlijke oorzaken verandert het klimaat op aarde regelmatig, zowel op de korte als op de lange termijn.
Klimaatveranderingen zijn lastig te voorspellen. Natuurlijke en menselijke invloeden zijn niet goed uit elkaar te houden.
Engelsman Maunder (1890): ontdekte relatie tussen de lage temperatuur op aarde en de activiteit van de zon.
8.3 Modellen om te voorspellen
Planten en bomen bevatten opgeslagen zonne-energie, die weer vrijkomt als het hout dat ontstaat verbrand wordt of als het hout wegrot. Halfvergane resten kunnen zonne-energie vasthouden, waaruit de fossiele brandstoffen ontstaan: steenkool, aardolie en aardgas.
Het wereldenergieverbruik neemt toe door groei van de wereldbevolking, toename van de welvaart en de prijs die voor energie moet worden betaald. Alternatieve, duurzame energiebronnen zijn bijvoorbeeld elektriciteit uit wind- of waterkracht en zonne-energie, ook warmte geproduceerd met warmtepompen of zonnecollectoren en energie uit verbranding van afval of biogas. Kernenergie is een goed alternatief, maar niet duurzaam, omdat de uraniumvoorraden beperkt zijn.
Nog niet genoemde alternatieve energiebronnen zijn het bereiden van gas uit steenkool en brandstofcellen, waarin uit waterstof en zuurstof water wordt gemaakt.
Energiebesparing is ook van belang; hoe lager het verbruik, hoe langer geput kan worden uit de voorraden fossiele brandstoffen. Bovendien beperkt het de uitstoot van milieubelastende verbrandingsgassen.
De wereldeconomie is afhankelijk van de beschikbaarheid van de fossiele brandstoffen.
Met modellen kan voorspeld worden wanneer de voorraad fossiele brandstoffen op is. Dit hangt af van de bevolkingsomvang, het welvaartspeil en de omvang van bewezen voorraden.
Er wordt intensief onderzoek gedaan naar alternatieve energiebronnen. Technische problemen en economische haalbaarheid beperken voorlopig hun bijdrage aan de energievoorziening.
Bewust omgaan met energie helpt de groei van het energieverbruik te beperken. Overheidsmaatregelen zijn bedoeld om bestaande energievoorraden effectiever te benutten.
8.4 Menselijke invloed op de biosfeer
In de stratosfeer bevindt zich de ozonlaag, met daarin het evenwicht tussen ozon, zuurstof en losse zuurstofatomen (O3, O2 en O). Ozon neemt ultraviolette straling op, waarbij warmte vrijkomt. Dit evenwicht wordt verstoord door chlooratomen, afkomstig uit Cfk’s (Chloorfluorkoolwaterstoffen). Hierdoor neemt de hoeveelheid ozon af, wat weer gevolgen heeft voor de ultravioletabsorptie. Wereldwijde CFK-beperkende maatregelen moeten het dunner worden van de ozonlaag tegengaan.
De stijging van de temperatuur op aarde gaat gelijk op met de stijging van het koolstofdioxidegehate in de atmosfeer (het begin van de stijging valt samen met de industriële revolutie), zoals gezegd voor veel wetenschappers een reden om daar de temperatuurstijging aan toe te schrijven. We spreken van het versterkt broeikaseffect, omdat er al een natuurlijk broeikaseffect is.
Een groot deel van de geproduceerde koolstofdioxide komt terecht in biomassa, oceaanwater en poolkappen.
Veranderingen op de zon zouden ook van invloed kunnen zijn op de temperatuur op aarde. Tijdens de kleine IJstijd waren er geen zonnevlekken.
De biosfeer heeft buffercapaciteit voor koolstofdioxide; ook oceaanwater en de poolkappen nemen extra koolstofdioxide op.
Twee redenen voor de beperkte betrouwbaarheid van broeikasmodellen:
1. Technisch probleem: er zijn nog geen computers die het rekenwerk van zeer ingewikkelde modellen goed aankunnen.
2. Gebrek aan kennis.
De uitstoot van Cfk’s versnelt de afbraak van de ozonlaag. Door mondiale maatregelen kan het afbraakproces worden vertraagd. Met modellen wordt het effect daarvan voorspeld.
Menselijke activiteit zorgt voor meer koolstofdioxide in de atmosfeer. Het is onbekend of dit veel invloed heeft op de stijging van de gemiddelde temperatuur op aarde. Andere oorzaken zijn niet uitgesloten.
Broeikasmodellen leggen verband tussen bronnen en buffers van broeikasgassen. Technisch en wetenschappelijk onderzoek is nodig ter verbetering van hun voorspellende waarde.
Paul Crutzen: maakte een model voor de ozonlaag om vast te stellen of de mondiale anti cfk maatregelen effect hebben.
9.1 De jacht op het DNA
Een erfelijke eigenschap (gen) erf je in zijn geheel of geheel niet. In de kern van alle cellen zit DNA. DNA heeft de vorm van een gedraaide touwladder, waarvan de treden worden gevormd door vier basen, die afgekort worden met A, T, C en G.
A-T wordt altijd gecombineerd, C-G wordt altijd gecombineerd. Omdat A-T even lang is als C-G hebben alle treden dezelfde lengte. Als een cel zich gaat delen wordt als eerste de verbinding tussen de basenparen verbroken (de rits gaat open). De volgorde van de basen in het DNA bepaalt de erfelijke eigenschappen. Het zijn steeds 3 basen die de code vormen voor één aminozuur. De aminozuren worden gekoppeld tot één eiwit. Deze eiwitten besturen alle processen in het lichaam en zijn bepalend bij de totstandkoming van de erfelijke eigenschappen. Alle basen die zich bevinden tussen startcode en stopcode coderen dus voor één eiwit. Zo'n gedeelte van het DNA heet een gen.
De structuur van het DNA vormde de sleutel tot het raadsel van de erfelijkheid.
Het DNA-molecuul heeft een dubbele spiraalstructuur. Beide DNA-ketens worden gekoppeld door de vaste basenparen A-T en G-C.
DNA draagt de code voor de opbouw van alle levensvormen.
Zie voor ontdekkers blz. 169 (duo Crick en Watson, Rosalid Franklins, Maurice Wilkins en Pauling). Het DNA-molecuul is een chemische kopieermachine en vormt het bouwplan voor erfelijke eigenschappen.
9.2 Weten of niet-weten
In het DNA komen schrijffouten voor. Die kun je van je ouders erven (erfelijke afwijking), maar ze kunnen ook toevallig ontstaan of door invloeden van buitenaf (zoals door radioactieve straling, ultraviolet licht van de zon, tabaksrook) (mutatie). Als de mutatie in een eicel of zaadcel ontstaat wordt deze doorgegeven en is dan dus erfelijk.
In KGC (Klinisch Genetische Centra) wordt erfelijkheidsonderzoek gedaan, soms prenataal, soms postnataal.
Werkgevers mogen alleen keuren voor het soort werk dat je gaat doen.
Verzekeraars mogen niet vragen of de klant aanleg heeft voor erfelijke ziekten.
DNA-diagnostiek is het onderzoek naar ‘schrijffouten’ in de erfelijke code.
DNA-diagnostiek kan mensen voor grote dilemma’s plaatsen.
Kennis van DNA-afwijkingen hoeft niet altijd aan anderen bekendgemaakt te worden.
9.3 Genetische manipulatie
In de biotechnologie worden micro-organismen gebruikt om producten te maken. De taal van erfelijkheid is universeel.
DNA-recombiant techniek: het combineren van nuttige genen van het ene levend wezen met genen van een ander soort.
Een moderne toepassing is genetische manipulatie, waar genen uit menselijk DNA worden ingebouwd in het DNA van bepaalde bacteriën, die dan bijvoorbeeld een menselijk hormoon gaan produceren. Door genetische manipulatie kunnen voedingsmiddelen worden verbeterd en opbrengsten worden vergroot. Men kan zorgen dat gewassen niet meer beschadigd worden door onkruidverdelgers. Genen van de ene soort zijn opgenomen in de genen van de andere soort (transgene planten).
De therapie van de toekomst is gentherapie, waar geprobeerd wordt het "zieke" gen door een gezond gen te vervangen.
Door DNA-modificatie kunnen erfelijke eigenschappen van dieren, planten en de mens veranderd worden.
Genetische manipulatie dwingt de samenleving tot ontwikkeling van een nieuwe ethiek.
9.4 Een nieuwe eeuw
In het Human Genome Project heeft men jarenlang geprobeerd alle 80000 genen te ontcijferen. Al het menselijke DNA uit te schrijven; het menselijk genoom. Inmiddels is dit afgerond.
Het HUGO project valt in drie delen uit een:
1. Genetic mapping (het in kaart brengen van de 80.000 genen op de 23 chromosomenparen)
2. Physical mapping (de 100.000 basen van het DNA markeren)
3. Sequenzen (het bepalen van de juiste basenvolgorde van het menselijk DNA)
Als het project klaar is, lijken we het ‘receptenboek van het menselijk leven’ in handen te hebben.
Klonen is het kopiëren van een volledig dier (of mens?), door de celinhoud van een volwassen dier in een lege eicel te plaatsen en die op natuurlijke wijze te laten uitgroeien.
Rond 2005 zijn alle genen van de mens bekend. Die kennis is veel geld waard.
Biotechnologie heeft de mogelijkheid al het leven te manipuleren. Voor veel mensen een beangstigend toekomstbeeld.
Hoofdstuk 10: Wentelend wereldbeeld
10.1 ‘Alles draait om de aarde…
In het oude wereldbeeld (de tijd van Ptolemaeus) ging men er vanuit dat de aarde stilstond en de hemel eromheen draaide. Dit model werd geocentrisch genoemd.
Als er al andere ideeën waren, werden die juist door geleerden voor onmogelijk gehouden, veelal om natuurkundige redenen en tot de 16e eeuw was het voor de christenen onbespreekbaar dat de aarde niet het centrum zou zijn, het stond immers in de bijbel.
In de 16e eeuw ontstond in de Renaissance het heliocentrisch model. Met name het "dwalen" van de planeten tussen de sterrenbeelden kon met dit model veel beter verklaard worden: Ptolemaeus dacht nog aan bijcirkels, maar Copernicus kon de lusbeweging veel duidelijker uitleggen door vanuit een om de zon draaiende aarde te redeneren. Alleen de maan draaide om de aarde volgens hem.
In de astrologie gaat het om de twaalf sterrenbeelden die in de baan van zon, maan en planeten zitten.
Het meest wetenschappelijke argument tegen het heliocentrische model kwam van sterrenkundigen, die het verschijnsel parallax (is het verschijnsel dat door een beweging van de aarde om de zon, de sterren ten opzichte van elkaar van plaats zouden moeten veranderen) niet waarnamen, wat volgens hen wel had gemoeten bij een draaiende aarde. Later bleek dat de sterren zo ver weg staan dat de parallax onmeetbaar klein is.
Het oude wereldbeeld ging uit van een onbeweeglijke aarde in het midden van rondwentelende hemelsferen.
Copernicus’ boek baarde weinig opzien omdat een hard bewijs voor de juistheid van zijn model ontbrak.
Ptolemaeus; geocentrische model (aarde stond stil, hemel draaide er omheen)
Copernicus; heliocentrische model (de aarde draaide om de zon, alleen de maan draaide om de aarde)
10.2 …En toch beweegt zij!’
Kepler (dankzij de waarnemingen van edelman Tycho Brahe) berekende dat de planeetbanen ellipsvormig waren en dat ze dicht bij de zon sneller bewogen.
Galileo Galilei (1609) was tegen het geocentrische model en voor het idee van Copernicus door zijn waarnemingen met de telescoop conflict kerk.
Newton verklaarde de beweging van de planeten om de zon met zijn algemene gravitatiewet, volgens welke alle lichamen elkaar aantrekken (zwaartekracht). Hiermee maakte hij een definitief einde aan het oude wereldbeeld.
Ook het heliocentrische model bleek niet juist. Onze zon is één van de miljarden sterren in het sterrenstelsel dat we de Melkweg noemen en dat sterrenstelsel is er weer één van de naar schatting 100 miljard sterrenstelsels.
Nauwkeurige observaties en goede wiskundige verwerking hiervan gaven het Copernicaanse model een stevig fundament.
Het moderne wereldbeeld gaat uit van een onvoorstelbaar groot, uitdijend heelal.
10.3 ‘Van scheppingsverhaal…
Volgens de leer van het creationisme (het scheppingsverhaal) zijn de gewervelde dieren in een bepaalde volgorde ontstaan en daarna niet meer veranderd. Tijdens de zondvloed bevond zich van elke soort organisme een mannetje en een vrouwtje in de ark van Noach. Tijdens de zonvloed reikte het waterpeil tot boven alle bergen. Het duurde een jaar voordat het land droogviel en de ‘rechtvaardige’ mensen en dieren de ark konden verlaten.
Later werden fossielen gevonden van uitgestorven dieren. Volgens het Bijbelverhaal kon dat niet. Er werden verschillende verklaringen gezocht;
De dieren zouden te laat bij de ark aangekomen zijn en verdronken. God zou dieren nooit laten uitsterven. Deze verklaring voldeed dus niet.
De onbekende soorten zouden elders op aarde in woeste en onbetreden gebieden nog wel in leven zijn. Als men bleef zoeken, zouden die soorten nog wel gevonden worden.
De fossielen waren van soorten die zich in de loop der tijd ontwikkeld hadden tot nu levende vormen (Cuvier).
Volgens het oude wereldbeeld is de wereld met al het leven door godgeschapen en daarna niet meer veranderd.
Vondsten van fossielen deden sommige geleerden twijfelen aan het scheppingsverhaal.
Darwin formuleerde het idee dat soorten veranderlijk zijn.
Carl Linnaeus (1707-1778); overtuigd van het creationisme. Legde afwijkende planten opzij. Geslachten en soorten waren volgens hem constant en variëteiten zouden nooit het niveau van nieuwe soorten kunnen bereiken.
George Cuvier (1769-1832); grondlegger paleontologie, de wetenschap die uitgestorven organismen en hun overblijfselen bestudeert. Hij formuleerde de hypothese dat het fossielen waren van soorten die zich in de loop der tijd ontwikkeld hadden tot nu levende vormen. Hij verving deze hypothese later door het idee dat soorten konden uitsterven.
Darwin maakte in 1830 een ontdekkingsreis per schip (de Beagle), waar hij o.a. op de Galapagos Eilanden landde. Daar zag hij dat de diersoorten van eiland tot eiland verschilden. Zo kwam hij tot de hypothese dat de best aangepaste varianten de grootste overlevingskansen hadden: de struggle for life en de survival of the fittest.
Zo deed de natuur het, maar kwekers van bepaalde rassen van planten en dieren deden hetzelfde: door aanhoudende selectie waren de gewenste nakomelingen ontstaan. De soorten die er niet in slagen zich aan hun omgeving aan te passen, sterven uit. De huidige soorten weken dus af van de wezens die God had geschapen.
Darwin bracht pas in 1858 zijn boek ‘On the Origin of Species by Means of Natural Selection’ uit. Hij verwachtte namelijk grote weerstand dus besteedde veel tijd aan de gedegen uitwerking van aansprekende voorbeelden.
Het mechanisme van Darwins evolutietheorie:
1. Variatie; Individuen van populaties vertonen verschillen waarvan een deel erfelijk is.
2. Overcapaciteit: Er worden meer nakomelingen geboren dan voor louter vervanging van de ouders mogelijk zijn. Populaties die zich ongehinderd kunnen vermenigvuldigen, nemen volgens een meetkundige reeks toe.
3. Constante populatiegrootte: Doorgaans blijft een populatie min of meer constant van grootte.
Twee principes:
1. Struggle for life (er is een strijd om het bestaan)
2. Survival of the fittest (De sterkste, best aangepaste overleeft)
Veel mensen hebben bezwaar tegen deze evolutietheorie. Hoe kan een bijzonder ontwikkeld lichaamsdeel als een oog door toeval ontstaan?
In Amerika ontstond het sociaal-darwinisme: wie in de samenleving onderaan stond had niet zijn best gedaan of had geen goede genen.
Een stap verder ging de eugenetica: rassenverbetering door het geboortecijfer van de ‘ongeschikten’ te beperken. Door bijvoorbeeld sterilisatie. In de tweede wereldoorlog was "de definitieve oplossing van het joodse vraagstuk" (Endlösung) een extreme vorm hiervan.
Darwins evolutietheorie roept nog steeds weerstanden op omdat deze geen goddelijk plan insluit.
De invloed van Darwins theorie is niet beperkt gebleven tot de biologie.
REACTIES
:name
:name
:comment
1 seconde geleden