Hoofdstuk 2 – Biosfeer in beweging
2.1 – Bevolkingsgroei in modellen
Wetenschappers gebruiken modellen om de bevolkingsgroei te voorspellen. Hierin beschrijven ze de verbanden tussen factoren die de bevolkingsgroei beïnvloeden. Bij exponentiële groei neemt het aantal in vaste periode met een vaste groeifactor toe. Bij lineaire groei neemt het aantal in vaste periode met een vaste hoeveelheid toe.
Politieke en economische ontwikkelingen hebben veel invloed op de bevolkingsgroei maar zijn moeilijk te voorspellen. Een voorspelling wordt onnauwkeuriger naarmate je verder in de toekomst kijkt. In hiërarchisch scenario hebben overheden grote invloed op gedrag burgers en is er een vaste economische groei. In egalitaire scenario is er algemene zorg voor natuur en milieu en ‘economie van het genoeg’. In het individualistisch scenario is er een zo groot mogelijke individuele ontplooiing met volkomen vrije marktwerking en zo groot mogelijke economische groei.
De Groene revolutie is een landbouwrevolutie die zich in de jaren zestig en zeventig voltrok. Men vergrootte de productie, onder meer middels verbeterde gewassen, kunstmest, nieuwe irrigatietechnieken, kredieten, hoogrenderende variëteiten en pesticiden.
2.2 – Meer kennis, meer voedsel
Door onderzoek aan planten kom je erachter hoe planten groeien. Ze hebben water, koolstofdioxide en licht nodig voor de fotosynthese waarbij glucose wordt gemaakt, dat vervolgens wordt omgezet in zetmeel dat dient als reservevoedsel. Daarnaast bleken voor de groei verschillende mineralen nodig te zijn uit de bodem, waarvan stikstof in de vorm van nitraten de belangrijkste is.
Door ervaring ontstond kennis over technieken als slash-and-burn, bemesting, groenbemesting en wissellandbouw. Later zorgden natuurwetenschappelijk onderzoek en industrie voor de ontwikkeling en toepassing van kunstmest, nieuwe plantenrassen en gewasbeschermingsmiddelen voor productieverhoging.
Fotosynthese Koolstofkringloop. Van koolstofdioxide en water wordt glucose gemaakt.
Groenbemesting Stikstofkringloop. Bacteriën halen stikstof uit de lucht en zetten dit om in nitraat en ammoniak.
Ademhaling Zuurstofkringloop en koolstofkringloop. Zuurstof wordt opgenomen en koolstofdioxide wordt uitgeademd.
Platbranden van bossen Koolstofkringloop en zuurstofkringloop: bij verbranding wordt zuurstof gebruikt en ontstaat koolstofdioxide.
Klein / geen belasting voor het milieu: slash-and -burn, groenbemesting, wissellandbouw, klassieke biotechnologie. Hier worden geen extra stoffen toegevoegd aan de grond.
Gemiddelde belasting voor het milieu: bemesting, mechanisatie. Hier worden alleen natuurlijke stoffen extra toegevoegd of met machines gewerkt waardoor de bodemstructuur compacter kan worden.
Grote belasting voor het milieu: bemesting met kunstmest, gewasbescherming. Hier worden veel stoffen toegevoegd aan de bodem.
2.3 – Systeem aarde
De samenstelling van de atmosfeer veranderde door het proces van fotosynthese van de eerste levensvormen. Daardoor ontstond ook de ozonlaag. De atmosfeer beschermt ons tegen te hoge of te lage temperaturen, gevaarlijke straling en ruimtepuin.
Hoe regelt water de aardse thermostaat? Oceanen doen dienst als opslagplaats voor grote hoeveelheden zonnewarmte, die ze later weer heel langzaam af kunnen staan. Stromingen en verdampen/condensatie van water zorgen voor verdeling van de zonnewarmte over de aarde.
Hoe werkt ‘systeem aarde’? Binnen de biosfeer worden stoffen, elementen en energie via kringlopen getransporteerd, waarbij in iedere kringloop bronnen en buffers kunnen worden aangewezen.
2.4 – Veranderend klimaat
Hoe onderzoek je klimaatverandering? Het klimaat verandert door natuurlijke en menselijke factoren. In een klimaatmodel breng je deze factoren met elkaar in verband. Het model ijk je met klimaatgegevens uit het verleden. Meer kennis levert steeds complexere modellen op.
Klimaatfactoren:
Geologische factoren Op tijdschaal van miljoenen jaren veranderen ligging en verhouding van land en oceanen. Hierdoor verschuiving stromingen in atmosfeer en oceaan.
Astronomische factoren Variatie in instraling en verdeling zonnewarmte. In tienduizenden jaren schommelt helling aardas tussen 22,5 en 24 graden. Ook vorm aardbaan en gemiddelde afstand tot zon schommelen. Straling die zon uitzendt niet constant.
Atmosferische factoren Als hoeveelheid broeikasgassen verandert verschuift stand thermostaat. Sinds industriële revolutie en ontstaan intensieve veehouderij meer CO2 in de lucht - versterking natuurlijk broeikaseffect.
Plotselinge gebeurtenissen Meteorietinslagen en vulkaanuitbarstingen. Slecht voorspelbaar, op lange termijn weinig invloed.
Wat levert klimaatonderzoek op? Klimaatmodellen voorspellen het klimaat over tientallen tot honderden jaren. Net als bij bevolkingsmodellen is de onzekerheid groter als de termijn langer is. De klimaatontwikkeling heeft grote invloed op de voedselproductie en de levensomstandigheden van mensen.
Een negatieve terugkoppeling Temperatuur oceaanwater stijgt, verdamping neemt toe. Afkoelend effect en beperkt temperatuurstijging. Bij 30 graden C is verdamping zó sterk dat zon niet lukt water verder op te warmen. Stabiliserend effect.
Een positieve terugkoppeling Temperatuur stijft, hoeveelheid sneeuw en ijs neemt af. Hierdoor kaatst aarde minder zonnestraling terug. Dit zorgt weer voor temperatuurstijging waardoor hoeveelheid sneeuw en ijs nog verder afnemen. Destabiliserend effect.
Op het scherpst van de snede – De Gaiahypothese
3,5 miljard jaar geleden ontstond leven in de oceaan. Gemiddelde temperatuur was toen 38 C maar de zon produceerde 25% minder energie dan nu. Verklaring: atmosfeer bevat nu honderden malen minder CO2 dan toen. Dit compenseert toenemende sterkte zon.
Rol die mensen heeft gespeeld zorgt voor verdeeldheid onder wetenschappers. James Lovelock in 1972 de Gaiahypothese: de aarde en het leven vormen samen één levend systeem dat zichzelf in stand houdt door allerlei regelmechanismen. Eenvoudig model daarvan: Daisyworld. Daar leven witte en zwarte madeliefjes. Ze groeien het beste bij 20 C en gaan dood bij temperaturen lager dan 5 C of hoger dan 40 C. Madeliefjes sturen invloed van zon op klimaat. Wanneer zon zwak is zijn zwarte bloemen in het voordeel omdat ze meer zonnewarmte absorberen. Ze zorgen dus voor temperatuurstijging aan oppervlak. Na verloop van tijd zon feller en witte bloemen overhand. Deze weerkaatsen zonlicht, waardoor temperatuurstijging tot stilstand komt.
Komt erop neer dat madeliefjes binnen hun fysiologische grenzen klimaat van planeet matigen (in begin zorgen donkere voor opwarming; tegen eind zorgen witte voor afkoeling), maar dat ze toch loodje leggen bij extreme (onoverkomelijke) opwarming.
Volgens sommigen voldoet deze hypothese niet aan falsificatiecriterium dat wetenschap van pseudowetenschap onderscheidt: volgens Karl Propper moet natuurwetenschappelijk onderzoek niet gericht zijn op aantonen van juistheid van hypothese (verificatie), maar op aantonen van eventuele onjuistheid ervan (falsificatie).
Dit bracht discussies op gang met argumenten voor en tegen de Gaiahypothese.
Voor Gaiahypothese Tegen Gayahypothese
- leven op aarde heeft rampen doorstaan (inslagen meteorieten bijv.);
- daisyworld laat zien dat leven temperatuur kan regelen, waarbij individuele organismen alleen in hun eigen voordeel werken;
- op Venus en Mars is geen leven en dus atmosfeer daar niet leefbaar;
- hlgen in oceaan geven bepaald gas (DMS) af aan atmosfeer dat wolkenvorming stimuleert. Hierdoor daalt oppervlaktetemperatuur van oceanen en komen er minder algen, die dus minder gas produceren. Hierdoor minder wolken, waardoor zeewatertemperatuur stijgt. Et cetera;
- het niet-toetsbaar zijn van Gaiahypothese zegt meer over criterium adn over juistheid hypothese;
- Gaiahypothese is verzameling van hypotheses, kritiek op Gaia als geheel is zinloos. - Zodra bewezen is dat er ooit leven op Mars was wordt duidelijk dat planeet en leven erop zichzelf niet in stand kan houden;
- Betreffende organismen zouden moeten samenwerken en weten wat nodig is om planeet in evenwicht te houden. Dit klopt niet met theorie van evolutie door natuurlijke selectie;
- Daisyworld is te simpel en zegt niks over werking van terugkoppeling in biosfeer;
- Gaiahypothese niet toetsbaar/falsifieerbaar en dus niet wetenschappelijk;
- Metingen leveren geen bewijs voor verband tussen hoeveelheid DMS in atmosfeer en jaarlijkse veranderingen in zeetemperatuur;
- Tijdens laatste ijstijden daalde concentratie CO2 en methaan in atmosfeer.
REACTIES
1 seconde geleden