Hoofdstuk 7 en 8

Hoofdstuk 7

Paragraaf 7.1: Dagen, maanden, jaren

Inleiding
Met de posities van de hemellichamen (zon, maan en sterren) kun je bepalen waar je bent, maar ook het tijdstip het welke dag het is.
Wat kun je uit je waarnemingen afleiden?

Hoe is de kalender ontstaan?
Het ritme van de maan
Zonnewijzers zijn de oudste ‘klokken’ van de wereld.
Een kalender is heel belangrijk voor de mensheid. Er zijn twee manieren waarop een kalender gemaakt kan worden: op basis van de zon en op basis van de maan. De oudste kalenders werden op basis van de maan gemaakt.
Het ritme van de zon
De zon bepaald de lengte van het jaar, ongeveer 365,25 dagen. Deze periode heet het zonnejaar. Maar het aantal maanomlopen en dagen komt niet overeen met het zonnejaar. Maar in de Gregoriaanse kalender zitten 12 maanden met elk 30 of 31 dagen. Alleen in de maand februari zijn er 28 dagen. Om ervoor te zorgen dat de jaren ongeveer kloppen met het zonnejaar, telt de maand februari eens in de vier jaar 29 dagen, dit heet dan een schrikkeljaar.
Moderne tijdrekening
Het internationale tijdzone-systeem is bedacht omdat het niet gemakkelijk was voor de spoorwegen om treinen overal ‘op tijd’ te laten lopen omdat er overal een andere tijd was voor het dagelijkse leven. Nu is de wereld dus ingedeeld in 24 tijdzones van ieder één uur. De nullijn loopt bij het Engelse Greenwich.
Nu kunnen tijdsignalen overal ter wereld worden ontvangen door radiotechnologie. Hierdoor kan iedereen zich aan dezelfde standaard voor tijd.
Hoe ontstaan seizoenen?
Warme zomers, koude winters
In de zomer is het warmer omdat er dan meer zon op een dag is, de langste dag van het jaar is 21 juni in Nederland met 61,5º. De kortste dag van het jaar is 21 december met 14,5º. Ook is het in de zomer warmer omdat dan de zon minder vlak op het aardoppervlak schijnt en zo dus de aarde sneller verwarmt.
De aarde leunt achterover
De denkbeeldige aardas tussen de noord- en zuidpool maakt een hoek van 23,5º, het is dus net alsof de aarde een beetje achterover leunt. De aardas blijft altijd in de richting van de poolster, hierdoor zijn plekken op de aarde meer en minder naar de zon gericht. Ieder jaar heeft elke pool een paar maanden dat de zon niet onder gaat, ook hebben zij een paar maanden dat de zon niet opkomt (de poolnacht). Door deze standen kan het dus ook gebeuren dat het in Australië met oud en nieuw lekker zonnig en warm is.

Paragraaf 7.2: Het zonnestelsel

Inleiding
Voor de scheepvaart en de kustwacht is het belangrijk te weten hoe hoog het water elk uur staat. De maan speelt een grote rol bij eb en vloed en de veranderingen daarin.
Hoe ontstaan eb en vloed?
Hoog en laag water
Het getij (stijgen en dalen van het zeeniveau) keert wanneer het water niet meer stijgt en ook niet daalt. De ebstroming heeft een snelheid van ongeveer 1 tot 2 kilometer per uur. Tegen de ebstroming in zwemmen kost (te) veel inspanning.
Het getij heeft een periode van 12 uur en 25 minuten. Voor de scheepvaart is het belangrijk hoe hoog het getij staat voor het veilig varen van de schepen.
Het getij van de maan
De maan en de aarde trekken elkaar aan door de zwaartekracht, hoe groter de afstand, hoe kleiner de zwaartekracht. Aan de andere kant van de aarde (nacht) die naar de maan toegekeerd is, is deze kracht dus groter dan aan de andere kant van de aarde en wordt het water ‘naar de nacht toe getrokken’. Ook wordt het water richting de zon aangetrokken. Dit komt omdat door de stand van de zon en de maan de aarde wordt uitgerekt tot een ellips. Maar dit uitrekken lukt alleen bij het water, niet bij het land.
Omdat de aarde ronddraait, wordt het overal twee keer per dag eb en vloed. De maan doet er ongeveer een maand over, daarom duurt het elke dag weer iets langer voordat het weer hoog- en laagwater is.
Springtij en doodtij
De zon en de aarde trekken elkaar ook aan, hierdoor worden eb en vloed ook beïnvloed door de zwaartekracht van de zon. De aantrekking van de zon is wel kleiner, dit komt omdat de zon veel verder weg staat dan de maan. Hierdoor is het getij dat veroorzaakt wordt door de zon veel minder groot dan dat van de maan, dit getij duurt 12 uur.
Als de zon, maan en aarde op één lijn staan, versteken de zon en de maan het getij van elkaar, er is hier sprake van springgetij. Vanaf aarde gezien is het dan volle of nieuwe maan. Als er sprake is van eerste of laatste kwartier werken beide getijden elkaar juist tegen en is het doodtij.
Hoe ontstaan zons- en maansverduisteringen?
Een hap uit de zon
Tijdens een zonsverduistering is het altijd nieuwe maan, de dag verandert dan plotseling in nacht, je kunt dan wel de sterren zien. De maan schuift dan voor de zon, zodat je de zon even niet kunt zien en verduisterd wordt. Een zonsverduistering duurt hooguit 7 minuten.
De maan wordt verduisterd
Bij volle maan staan zon, aarde en maan ook op één lijn. De aarde staat dan tussen de zon en de maan in. Bij een maansverduistering kruipt de volle maan in de schaduw van de aarde. Een maansverduistering duurt veel langer dan een zonsverduistering. Gedurende drie kwartier beweegt de maan zich in de schaduw van de aarde.
Niet elke maan is een zons- of maansverduistering te zien. En soms is er sprake van een gedeeltelijke verduistering van zon of maan.
De maanbaan staat schuin op het vlak waarin de aarde om de zon draait. De banen van de maan en de aarde maken een hoek van 5° Alleen als de zon, maan en aarde precies recht achter elkaar staan, zie je vanaf de aarde een zonsverduistering. Bij andere omlopen staat de nieuwe maan wel tussen de aarde en de zon, maar gaat zij boven- of onderlangs en wordt de zon niet verduisterd.
Waaruit bestaat het zonnestelsel?
Negen planeten

De planeten die tussen de aarde en de zon staan (Mercurius en Venus) worden binnenplaneten genoemd. De planeten die verder weg staan, worden buitenplaneten genoemd. Tussen Mars en Jupiter bevindt zich een soort gordel van duizenden brokstukken, planetoïden genaamd. Deze zijn vaak niet groter dan enkele tientallen kilometers.
Onderzoeken aan planeten wordt gedaan door ruimteschepen. Deze maken dan foto’s van de planenten en verzamelen er gegevens van. Maar deze schepen kunnen niet rechtstreeks naar Neptunus, daar zijn ze nog niet sterk genoeg voor. Ook worden ze steeds aangetrokken door de planeten wanneer zij daar dicht bij in de buurt zijn.

Paragraaf 7.3: Het heelal:

Inleiding
Voor de mens is het zonnestelsel ongelooflijk groot, toch is het zonnestelsel in vergelijking tot het heelal maar een stofje. Nog maar sinds ongeveer honderd jaar weten we wat sterren zijn en op welke afstanden ze staan. Van vele andere verschijnselen in het heelal begrijpen mensen pas de laatste tijd iets. En nog zijn er steeds een heleboel vragen onbeantwoord.
Wat zijn sterren?
Stralende gasbollen
De zon is eigenlijk een ster van gemiddelde grootte met ongeveer een miljoen kilometer diameter. De diameter van de ster Betelgeuze in het sterrenbeeld Orion is ongeveer 750 keer zo groot als die van de zon.
Sterren geven licht, planeten weerkaatsen alleen het licht van de sterren. Sterren bestaan uit gloeiend hete gassen. De sterren zijn zo heet omdat ze zo zwaar zijn. Hierdoor is hun zwaartekracht ook heet groot. Dit heeft weer tot gevolg dat in het binnenste van sterren de druk en de temperatuur extreem hoog zijn. In sterren wordt waterstof omgezet in helium. Het meest voorkomende gas in sterren is waterstof. In de sterkernen schieten de atomen door de hoge temperatuur zo hard door elkaar heen, dat ze met enorme snelheden tegen elkaar botsen. Als zo’n botsing maar hard genoeg is, kan er kernfusie optreden. Dit wil zeggen dat ze samensmelten tot een groter atoom. Op deze manier vormen botsende waterstofatomen een heliumatoom. Bij de klap komt energie vrij in de vorm van warmte en licht. In de zon wordt per seconde 600 miljard kg waterstof omgezet in helium.
Geboorte en dood van sterren
Door de zwaartekracht van vele grote ijle wolken waterstofgas worden deze wolken samengetrokken. Hierdoor neemt de temperatuur en de druk toe, op een gegeven moment is de gaswolk zo sterk gekrompen en de temperatuur in het centrum zo hoog geworden, dat er kernfusie optreedt. Hierdoor ontstaat in het binnenste van de gaswolk een tegendruk die zo groot wordt, dat de gaswolk niet langer samentrekt. Er ontstaat een evenwicht tussen zwaartekracht en tegendruk. De gasbol straalt nu licht uit, er is een nieuwe ster ‘geboren’.
Als het waterstof in het binnenste van een ster opraakt, kan er geen kernfusie meer optreden en is de tegendruk weg, hierdoor vervormt een ster. Zo nemen de temperatuur en de druk weer toe en vind het een andere kernfusie plaats: helium wordt omgezet in koolstof. Dit proces herhaalt zich steeds waarbij er steeds zwaardere metalen ontstaan. Het laatste stadium is ijzer, verdere fusie zou energie kosten in plaats van leveren en dus is de ster ten dode opgeschreven. Onder invloed van zijn eigen zwaartekracht stort de ster in elkaar. Bij hele grote sterren veroorzaakt dit een supernova, een ster wordt dan wel 100 miljoen keer zo helder. Ook ontstaan er af en toe witte dwergen, een zeer compact gloeiende bol. Ook kan er een zwart gat ontstaan nadat een ster tot een grote klomp neutronen in elkaar is gestort. Een zwart gat is zo compact, dat zelfs licht door de zwaartekracht wordt aangetrokken.
Hoe ziet het heelal eruit?
Afstanden in het heelal
De afstand tussen de zon en de aarde is ongeveer 150 miljoen kilometer. Licht heeft een snelheid van 300 000 km per seconde. Licht van de zon is in ruim 8 minuten op aarde. Licht van Pluto doet er ongeveer 5,5 jaar over. Het licht van de dichtstbijzijnde ster Proxima Centauri doet er 4,2 jaar over. De afstand die licht in een jaar aflegt wordt ook wel lichtjaar genoemd, dat is makkelijker dan in kilometers, die getallen zouden veel te groot worden. De sterren die je aan de hemel met het blote oog kunt zien staan op minder dan duizend lichtjaar van de aarde. Eigenlijk kijk je in het verleden naar de sterren, dat komt omdat het licht van die sterren er zo lang over doet om naar aarde te komen.
Groepen van sterren
Als het onbewolkt en heel donker is, kun je aan de hemel een soort lichte band zien, dit is de melkweg. Deze bestaat uit vele duizenden sterren, de sterren zijn dus niet gelijkmatig over het heelal verdeelt.
De Nederlander J.C. Kapteyn bepaalde jarenlang van duizenden sterren de richting en de afstand. Uit zijn waarnemingen maakte hij een driedimensionaal model, sterren bleken in een soort afgeplatte schijf te zitten met een verdikking in het midden.
Melkwegstelsels
Het heelal van Kapteyn had een doorsnede van ongeveer honderdduizend lichtjaren. Maar de Amerikaan Edwin Hubbe ontdekte enkele jaren later dat sommige nevels op een veel te grote afstand stonden om nog bij de melkweg te kunnen horen. Er werd aangetoond dat deze nevels zelf ook melkwegstelsels waren, elk met vele miljarden sterren.
Onze melkweg bestaat uit meer dan 100 miljard sterren en er zijn wel honderd miljard van dit soort sterrenstelsels. Sommige zijn spiraalstelsels net als onze melkweg, andere lijken meer op rugbyballen of zijn onregelmatig gevormd. De afstand tot andere sterrenstelsels varieert van honderdduizend tot meer dan tien miljard lichtjaar.
Hoe zijn heelal en zonnestelsels ontstaan?
Een uitdijend heelal
Dankzij Hubble werd al snel ontdekt dat wanneer een stelsel twee keer zover van ons afstaat als een ander stelsel, ook de snelheid dan twee keer zo groot is. Deze regelmatigheid heet sindsdien de wet van Hubble. Dit wil zeggen dat als je van een ver verwijderd sterrenstelsel de snelheid kunt meten waarmee het zich van ons af beweegt, ju dus ook de afstand tot dat stelsel kent. De snelheid van een sterrenstelsel is al heel nauwkeurig te bepalen, de wet van Hubble maakt het mogelijk om ook de afstanden nauwkeurig vast te stellen. Hubble ontdekte dus dat alle sterrenstelsels, behalve de paar stelsels die bij ons ‘in de buurt’ staan, zich van ons af bewegen. Het betekend niet dat ons zonnestelsel zich in het centrum van het heelal bevindt, maar wel dat alles zich in het heelal van elkaar af beweegt. Met andere woorden: het heelal wordt groter, het dijt uit.
De oerknal
Vroeger was alles veel kleiner en het is niet moeilijk terug te rekenen, hoe lang geleden alles in het heelal op één plaats moet zijn geweest, ongeveer 15 miljard jaar geleden. De explosie die het heelal heeft veroorzaakt heet de Oerknal of Big Bang. Over de Big Bang is ontzettend veel onbekend. Het is dan ook onmogelijk om je voor te kunnen stellen hoe deze in zijn werk is gegaan. Maar door waarnemingen te doen, goed na te denken en hypotheses op te stelle over wat er zich precies heeft afgespeeld, kan een (wiskundig) model worden gemaakt van wat er allemaal gebeurt is. Vragen zoals wat en hoe gebeurde het precies? Waarom gebeurde het? En zal het heelal ooit weer in elkaar storten? Houden veel sterrenkundigen en andere mensen over de hele wereld bezig.
Ontstaan van het zonnestelsel
Vlak na de Big Bang was er in het heelal bijna alleen maar waterstofgas. Op sommige plaatsen was de dichtheid ervan iets grote dan op andere plaatsen. Hierdoor trok het gas onder invloed van de zwaartekracht samen. Zo werden de sterrenstelsels gevormd, doordat de wolken langzaam ronddraaiden en bij het kleiner worden steeds sneller gingen roteren, ontstonden platte schijven. Uit plaatselijke verdichtingen van het waterstofgas in de sterrenstelsels ontstonden sterren. Zo is ook de zon ontstaan, dat is eigenlijk ook een ster. Tijdens het kleiner worden van de gaswolk waaruit de zon ontstond, platte deze steeds meer af. In die afgeplatte schijf vormden zich ook buiten het centrum samenklonteringen van materiaal. Hieruit ontstonden de planeten. Ze staan allemaal ongeveer op hetzelfde platte vlak, dat komt omdat ze allemaal in dezelfde platte schijf zijn ontstaan. Maar er zijn meerdere, verschillende atoomsoorten waar jezelf uit bestaat of die in de aardkorst voorkomen, deze waren er in het begin nog helemaal niet, ze zijn ontstaan uit andere sterren. Toen de zon 5 miljard jaar geleden ontstond, was het heelal al ongeveer 10 miljard jaar oud. Er waren in de melkweg al heel veel sterren gevormd en later weer ontploft, hierdoor zijn ook zwaardere atoomsoorten die in de sterren waren ontstaan, de ruimte in geslingerd. De zon moet dus zijn ontstaan uit een gaswolk die verrijkt is met elementen uit andere sterren. De zon is een zogenaamde tweede-generatie-ster.

Paragraaf 7.4: Beter waarnemen:

Inleiding
Goed observeren is heel belangrijk, zo is veel over het heelal ontdekt. De afgelopen vierhonderd jaar zijn er een aantal belangrijke technische ontwikkelingen geweest. Hierdoor is het mogelijk geworden veel meer te zien dan met het blote oog alleen. De uitvindingen zoals de telescoop, de fotografie en de computer hebben grote invloed gehad op de kwaliteit van sterrenkundige waarnemingen waardoor er steeds meer kennis beschikbaar werd over de bouw en het ontstaan van het heelal.
Wat kan een telescoop?
Beperkingen van het oog
Je ogen worden minder gevoelig als er lange tijd veel licht op valt, daardoor kun je als je vanuit een lichte kamer naar buiten gaat in de nacht eerst even geen sterren zien. De lichtgevoelige cellen in het oog worden dan gevoeliger en je pupillen verwijden zich. Het kan wel twintig minuten duren voordat je ogen helemaal aan het donker gewend zijn. Om sommige sterren te kunnen zien valt er gewoon te weinig licht op je netvlies. Dit kun je verhelpen door een telescoop te gebruiken. De telescoop bundelt het licht dat er doorheen valt in het brandpunt van de lens. Omdat de doorsnede van een telescoop veel groter is dan die van een pupil, vangt een telescoop veel meer licht op. Ook vergroot een telescoop het beeld, waardoor je nog meer details kunt zien.
De telescoop
De uitvinder van de telescoop is onbekend, maar de Italiaan Galileo Galilei (1564-1642) was rond 1610 de eerste die er een gebruikte om naar de hemel te kijken en ontdekte zo de vier grootste manen van Jupiter, de schijngestalten van Venus en zonnevlekken. In 1655 zag de Nederlander Christiaan Huygens (1629-1695) als eerste de ringen van Saturnus. Samen met zijn broer had hij namelijk een nieuwe techniek gevonden om lenzen te slijpen waardoor het beeld scherper werd. Isaac Newton (1642-1727) gebruikte geen lens, maar een hol geslepen spiegel als telescoop. Tegenwoordig wordt deze techniek bij alle grote telescopen gebruikt.
Nadelen van lenzen:
-Een lens bundelt de verschillende kleuren licht niet op dezelfde manier waardoor het beeld nooit helemaal scherp wordt. Je moet meerdere lenzen gebruiken om het beeld toch scherp te krijgen. Maar aangezien elke lens een klein deel van het licht wegvangt, gaat deze methode ten koste van de hoeveelheid licht dat uit een telescoop komt.
-Een lens kan alleen maar aan de buitenkanten worden vastgezet. Bij een grote telescoop vervormt de lens door zijn eigen gewicht, waardoor een onscherp beeld ontstaat. Bij een spiegeltelescoop zit de spiegel aan de onderkant en heeft daardoor veel meer steun en wordt de constructie sterker. Dit veroorzaakt weer dat er veel grotere spiegeltelescopen worden gebouwd dan telescopen met lenzen, de grootste spiegeltelescoop heeft een spiegel van wel 10 meter.
Welke bijdrage leverde de fotografie?
Beter vergelijken
Door fotografie kunnen waarnemingen makkelijker en beter worden vergeleken. Op deze manier is Pluto ook ontdekt.
Langer belichten
Een fototoestel kan op twee manieren meer licht op het negatief laten vallen, door een grotere lensopening, net als bij een telescoop, en door een langere belichtingstijd. Hoe langer de belichtingstijd, hoe meer details op de foto zichtbaar worden. Op deze manier kunnen ook gas- en stofwolken zichtbaar worden gemaakt.
informatie uit licht
Licht is een golf waarbij de lengte van de golf de kleur bepaald. Voor het oog is licht met golflengten zichtbaar tussen de 400 en 700 nanometer. Sommige atomen in gassen absorberen licht van zeer bepaalde golflengten, het licht van die golflengte is dan niet meer aanwezig en in het spectrum krijg je daar dus een zwarte lijn. De lijnen in een zonnespectrum ontstaan als het zonlicht door gassen in de buitenlagen van de zon gaat. Door van het zonnespectrum op te zoeken welke atoomsoorten bij alle lijnen horen, is te bepalen waaruit de zon bestaat. Ook kan dit zo worden gedaan bij sterlicht. Al het materie in het heelal bestaat uit dezelfde elementen als alles hier op aarde.
Hoe korter de golflengte, hoe hoger de temperatuur. Voorbeeld: Als een spijker wordt verhit, wordt deze eerst donkerrood (lange golflengte), dan geel-oranje (kortere golflengte) en daarna witheet.

Een andere manier om de temperatuur van een ster te bepalen is aan de hand van spectraallijnen. Uit de lijnen die dan zichtbaar zijn kan worden afgeleid welke temperatuur de ster heeft.
Ook de snelheid waarmee sterren ten opzichte van de aarde bewegen, kan uit de spectraallijnen worden bepaald. Je hebt hierbij ook te maken met het Doppler-effect. Dat wil zeggen dat als er iets heel snel op je af komt, dan verschuiven de lijnen in het spectrum naar het blauw (kortere golflengte). Beweegt het van je af, dan verschuiven ze naar het rood (langere golflengte). Hoe groter de verschuivingen zijn, hoe groter de snelheid van de ster.
Wat heeft de computer te bieden?
Beperkingen van de fotografie
Foto’s zijn niet ideaal, dat komt omdat het lastig is om foto’s in een computerbestand om te zetten. Hoeveel licht er is opgevangen is ook lastig om te bepalen. Verder is een fotografische film niet voor elke golflengte even gevoelig, dat maakt nauwkeurig meten lastig.
Op een Charged Coupled Device (CCD-chip) bevinden zich tienduizenden lichtgevoelige cellen. Elke cel op de CCD geeft een elektrisch signaaltje tot een digitaal signaal en zendt het naar een computer. Zo zijn de waarnemingen rechtstreeks op te slaan als computerbestand.
Een CCD-chip kan in het brandpunt van een telescoop, op het punt waar vroeger de foto werd gemaakt, worden geplaatst. Een CCD-chip bevat alle elementen die een lens ook heeft, maar daarbovenop komen ook nog eens de nadelen die bij de CCD wel goed tot zijn recht komen. CCD’s worden niet alleen in de sterrenkunde gebruikt, ook digitale camera’s en videocamera’s hebben er een.
radiotelescopen
Hoe kouder iets is, hoe langer de golflengte van het uitgestraalde licht Door nu bij zeer lange golflengten te meten, kunnen astronomen gas en stof ook waarnemen. Een radiotelescoop meet niet alleen de hoeveelheid van een bepaald gas in een sterrenstelsel zit, maar kan ook de snelheid van het gas meten. Hieruit is onder andere de draaiing van melkwegstelsels te bepalen. Waarnemingen van radiotelescopen kun je pas bestuderen nadat ze door computers zijn omgerekend tot een plaatje.

Hoofdstuk 8

Paragraaf 8.1: Een leefbare planeet:

Inleiding
De vraag over het bestaan van buitenaards leven houdt de gemoederen bezig. Of er werkelijk geen buitenaard leven is, is nooit zeker. Wetenschappers proberen, als ze een vraag niet kunnen beantwoorden, soms een andere vraag te bedenken waarop ze het antwoord wèl weten. Met dat antwoord wordt de eerste vraag dan toch (deels) opgelost. De vraag of er elders leven in het heelal is lijkt op de vraag: waardoor is leven op aarde wel mogelijk?
De aardatmosfeer: bijzonder of niet?
Gluren naar de buren
Om op de vraag antwoord te geven worden de andere planeten vergeleken met onze aarde. Mars is te droog, te koud en de atmosfeer aan het oppervlak van Mars is honderd maar zo ijl als op aarde. Op Venus schijnt de zon nooit omdat de hele planeet in dikke wolken van zwavelzuur druppeltjes is gehuld.
De oeratmosfeer van de aarde
De atmosferen van de aarde, Venus en Mars zijn ontstaan door het ‘uitgassen’ van deze hemellichamen. Onderzoekers concluderen uit de gassen van vulkanen dat het belangrijkste bestanddeel van de oeratmosfeer van de aarde koolstofdioxide moet zijn geweest. De aardatmosfeer is waarschijnlijk veranderd door de afstand tussen zon en aarde. Het aardoppervlak heeft namelijk de juiste temperatuur om water in een vloeibare toestand te houden. Dit vloeibare water heeft zich in oceanen verzameld en daaruit moet het leven zijn ontstaan, hoe is nog lange niet duidelijk. De aminozuren konden vrij gemakkelijk ontstaan in de oeratmosfeer en de oeroceaan. Het was wel een enorm grote stap om van deze zuren naar levende organismen te gaan. Een feit is dat er pas na ruim een miljard jaar na het ontstaan van de aarde eencellige organismen voorkwamen. Deze namen koolstofdioxide op en maakten daaruit zuurstof. Vandaag de dag doen planten dit nog steeds. De zuurstof in de aardatmosfeer van nu is dus een bijproduct van het leven.
wat is op Mars veranderd?
Kronkelende geulen bewijzen dat er op Mars water moet zijn geweest. Het lijkt er op dat het water in de Marsbodem is weggezakt en daar is bevroren. Ook moest de temperatuur vroeger hoger zijn.
Vroeger had Mars, door grote vulkanische activiteit, een dichte atmosfeer waarin de warmte in de eerste vijfhonderd mijloen jaar van het Marsbestaan veel beter werd vastgehouden. De atmosfeer bestond toen voornamelijk uit koolstofdioxide en waterdamp, precies het gas dat ook nu nog uit aardse vulkanen ontsnapt. Maar Mars heeft een veel kleinere zwaartekracht, waardoor de gassen gemakkelijk naar de ruimte konden weglekken. De vulkanen probeerden de gassen aan te vullen, maar deze raakten uitgewerkt. De atmosfeer werd daarna dunner en dunner. Hierdoor daalde de temperatuur tot ver onder het vriespunt. Mars kon zich niet ontwikkelen als de aarde omdat deze te klein en te ver van de zon af staat.

Hoe beschermt de atmosfeer het leven op aarde?

Een dunne schil
Hoe hoger je in de atmosfeer komt, hoe ijler deze wordt. Geleidelijk gaat hij over in het luchtledige van de ruimte. Op de hoogste bergtoppen (±8 kilometer hoog), is de luchtdruk nog maar de helft van die op zeeniveau. Om praktische redenen legt men de ‘grens’ van de atmosfeer op ongeveer 150 kilometer hoogte. Dat komt omdat daarboven satellieten al rond de aarde kunnen blijven draaien zonder al te veel te worden afgeremd.
Een beschermend schild
Vergeleken met de doorsnede van de aarde is de atmosfeer een uiterst dun vliesje. Een vallende ster is een brokje steen dat uit de ruimte naar beneden schiet. De enorme snelheid, vaak tientallen kilometers per seconde, wordt door de buitenste laag van de atmosfeer afgeremd. Vrijwel alles verdampt. Alleen grote brokstukken, meteorieten, komen op aarde terecht. Zeer grote meteorieten kunnen een inslagkrater veroorzaken. De atmosfeer werkt dus al een soort paraplu tegen ruimtepuin.
Een selectief filter
De energierijke straling van de zon is schadelijk voor het aardse leven, gelukkig bereikt deze het aardoppervlak ook vrijwel niet. Wel een ‘zachte’ ultraviolette straling kan tot het aardoppervlak doordringen. Röntgen- en gammastraling wordt op ruim 100 kilometer hoogte in de ijle luchtlagen opgenomen, hun energie wordt omgezet in warmte. De ozon absorbeert ultraviolette straling en ook nu wordt de energie in warmte van de luchtlaag omgezet. Dit proces gebeurt op ongeveer 30 kilometer hoogte. Alleen het ongevaarlijke zichtbare licht en radiogolven kunnen het oppervlak van de aarde bereiken. Het infrarode licht kan tot dicht bij het aardoppervlak doordringen.

Waar blijft de zonne-energie?
Zonne-energie en water
Van de energie die de zon uitstraalt, valt slechts tweemiljardste deel op de aarde. Over heel Nederland gemeten straalt de zon per jaar echter 50 maal meer energie binnen dan dat wij met zijn allen verbruiken. Van alle binnenkomende zonnestraling wordt bijna een kwart direct teruggekaatst. Verder blijft een deel in de atmosfeer hangen, onder andere door de absorptie van schadelijke straling. Ongeveer de helft van de zonnestraling bereikt het aardoppervlak, daarvan wordt ruim de helft gebruikt om water uit de oceanen te verdampen. De damp condenseert tot waterdruppeltjes die ergens op aarde weer als regen of sneeuw. Alle neerslag die op de continenten valt, stroomt langs het oppervlak en via de bodem terug naar de zee, de waterkringloop.

De weermachinerie
De atmosferische toestand op een bepaalde plaats en op een bepaald tijdstip noemen we ‘weer’. De motor van deze luchtbewegingen is de zon. Hoe hoger de zon aan de hemel staat, hoe meer energie er de atmosfeer instroomt. Hierdoor ontstaat het globale stromingspatroon vanuit de tropen naar de polen en omgekeerd. De hoge luchtdruk zone boven de polen en de lage luchtdruk zone boven de evenaar is hiervan een gevolg. Op gematigde breedten is de luchtdruk minder voorspelbaar, gebieden met hoge en lage luchtdruk wisselen elkaar af.
Waterkringloop en energietransport
Luchtstromingen zorgen voor een grootschalige verplaatsing van waterdamp op aarde. In deze vorm wordt zonne-energie, opgenomen in gebieden rond de evenaar, getransporteerd naar de gematigde breedten en de polen. Ook het water in de oceanen zelf zorgt voor energietransport van warme naar koude gebieden. De wind bepaald de zeestromingen aan het oppervlak tot enkele tientallen meters diepte. De diepere lagen gedragen zich anders. Koud water, met een hoge dichtheid, zinkt naar beneden. Warm water komt bovendrijven. De zonne-energie die op aarde valt, wordt dus door stromingen in de atmosfeer en in de oceanen over het hele oppervlak verdeeld.

Heeft leven invloed op kringlopen?
De biosfeer
De biosfeer (bio=leven, sfeer=schil) vind je eenvoudige organismen, zoals eencelligen en virussen, maar ook planten, dieren en mensen. Tegelijkertijd is de biosfeer het domein van gassen, zonne-energie en water. De biosfeer wordt van onder afgesloten door de voor leven ondoordringbare aardkorst. Aan de bovenkant wordt dit gedaan door de hogere atmosfeer. Alle vormen van leven zijn van de biosfeer en van elkaar afhankelijk.
Biosphere II
In de woestijn van Arizona staat een enorme broeikas. Dit is het toneel van een wetenschappelijk project waarin men de echte biosfeer (Biosphere I) probeert na te bootsen. Hierin bevinden zich gevarieerde langschappen met een mini-oceaan, een regen‘woud’, een woestijn en andere landschapvormen. Ook zijn er honderden plantensoorten en allerlei dierlijke organismen, inclusief grotere dieren als vissen, varkens en geiten aanwezig. Acht proefpersonen hebben twee jaar in de kas doorgebracht. Ze moesten proberen zichzelf volledig te ‘bedruipen’ (voedsel, vocht) en hun omgeving schoon te houden. Deze opdracht bleek enorm lastig, maar de proeven hebben meer inzicht opgeleverd in de verschillende kringlopen die ook in de echte biosfeer voorkomen.
Kringlopen
In de biosfeer is er een voortdurende uitwisseling van allerlei stoffen tussen levende organismen en hun omgeving. De waterkringloop wordt vrijwel niet beïnvloed door levende organismen. Je eigen ademhaling is deel van de zuurstofkringloop. Je neemt zuurstof op en ademt koolstofdioxide uit. Koolstofdioxide wordt opgenomen door planten en die maken daar weer zuurstof uit.
Koolstofkringloop
Ook maakt koolstofdioxide deel uit van de koolstofkringloop. Als een plant het opneemt uit de lucht en omzet in koolhydraten, kan de plant worden gegeten. Het wordt verteerd in je spijsverteringskanaal, hierbij ontstaat als afvalstof koolstofdioxide dat via je bloed en je longen je lichaam verlaat, terug de atmosfeer in. Hiermee is de cirkel rond. Ook zouden de planten kunnen verrotten, waarbij koolstofdioxide vrijkomt. Ook als ze in fossiele brandstoffen worden omgezet, komt later bij de verbranding koolstofdioxide vrij.
Bij kringlopen gaat het erom bronnen en omzettingsprocessen te vinden en met elkaar in verband te brengen. Vaak kan ook een koppeling met een andere worden gevonden. Zo ontstaat inzicht in de werking van de biosfeer en zien we welke invloed de mens uitoefent op de biosfeer.
Voorbeelden van kringlopen:
- Energiekringloop
- Waterkringloop
- Zuurstofkringloop
- Koolstofkringloop
- Stikstofkringloop
- Zwavelkringloop
- Enzovoorts
Leven zonder zuurstof
In de jaren zestig werd er ontdekt dat een bacterie was meegereisd met één robottoestel van een serie toestellen. De bacterie was ruim 6 jaar in de ruimte en terug op aarde bleek hij nog levensvatbaar.

Paragraaf 8.2: Grenzen aan de temperatuur:

Inleiding
Grote temperatuurverschillen worden door water kleiner gemaakt. Zo beschermt het veel levensvormen tegen extreme temperaturen.
Hoe verandert de temperatuur?
Dagelijkse en jaarlijkse veranderingen
Aan het oppervlak van de aarde stijgt de luchttemperatuur doordat de zon op de aarde schijnt. Hoeveel is afhankelijk van de maximale hoogte van de zon boven de horizon. De hoeveelheid bewolking en vocht in de atmosfeer zijn ook van invloed op de temperatuur.
De seizoenen ontstaan door de scheve stand van de draaiingsas van de aarde. Hierdoor verandert ook de gemiddelde maandtemperatuur. De zonnestand heeft dus een grote rol bij de bepaling van de temperatuur.
Water als temperatuurbuffer
Als er geen water is om te verdampen, stijgt de luchttemperatuur (zoals in de woestijn).
Koude lucht kan minder waterdamp opnemen. Als de waterdamp weer condenseert tot druppeltjes, komt er warmte vrij. Hierdoor is de afkoeling van de lucht minder groot.
Dit verschijnsel is duidelijk te zien bij de Nederlandse kustgebieden, maar bij een oostenwind heeft de matigende invloed van de Noordzee een minimale invloed. Het systeem werkt dus alleen voor de omgeving waar het water zich bevindt.
Hoe transporteert zeewater energie?
De diepzee als energiebuffer
De oceanen werken als verwarmings- (poolgebieden) en als koelsystemen (rond de evenaar) tegelijk.
Als de zonne-energie van één jaar meteen door de zee zou worden opgenomen, zou dat maar een halve graad in temperatuur stijgen. Als de zeewatertemperatuur enkele tienden van een graad zou dalen, dan zou er een hoeveelheid warmte vrij komen die vergelijkbaar is met de jaarlijkse instraling van zonne-energie.
Ook oppervlaktestromen spelen een rol, een bekend voorbeeld is de Golfstroom. In Noord-Europa vriezen de havens bijna nooit dicht, dit komt omdat het aangevoerde water warm is.
Verandert het klimaat?
Verandering in temperatuur op lange termijn:
Weerkundigen beschikken in Nederland over waarnemingen sinds 1736, deze hebben ze in verband gebracht met gegevens van andere plaatsen in Europa. Het blijkt dat vanaf 1780 de gemiddelde jaartemperatuur gedurende enkele tientallen jaren aan de hoge kant was. Omstreeks 1860 was deze juist lager. Aan de hand van allerlei vergelijkingen is geconcludeerd dat er op de termijn van eeuwen ook natuurlijke variaties in het klimaat voorkomen.
IJstijden:
Met verschillende technieken hebben geologen aanvullende bewijzen verzameld die de ijstijdhypothese bevestigden. Zo vonden ze oude gletsjermeren en plaatsen waar het ij het landschap had omgewoeld.
Al snel bleken zich verschillende ijstijden te hebben voorgedaan, ze zijn genoemd naar rivieren in Duitsland die de maximale uitbreiding van het ijs markeren.
Met radiologisch onderzoek van kalk uit fossiele schelpen kunnen natuurkundigen afleiden hoe hoog de luchttemperatuur was in de tijd dat die schelpen ontstaan zijn. Met deze en andere technieken zijn onderzoekers er achter gekomen dat ook in het verre verleden de aarde regelmatig met ijstijden te maken had. De oudste ijstijd die nu bekend is, speelt zich af tussen 2,7 en 2,3 miljard geleden. Het klimaat op aarde verandert dus ook in de loop van vele miljoenen jaren.
Is klimaatverandering te voorspellen?
Toeval, of toch niet?
Extreme weersituaties lijken steeds vaker voor te komen, toch mag je niet meteen spreken van een klimaatsverandering omdat de meetresultaten maar een paar honderd jaar beslaan. Ook kan de menselijke activiteit van invloed zijn op de ontwikkeling van het klimaat. De belangrijkste vraag is daarom of de opwarming van de aarde natuurlijk is, of dat wij die zelf veroorzaken.
Het economisch belang van klimaatmodellen
Modellen die de klimaatontwikkeling voorspellen zijn van groot (wereld)politiek en economisch belang. Klimaatmodellen zijn computerprogramma`s waarin allerlei invloeden op het klimaat en hun onderlinge samenhang als wiskundige variabelen en vergelijkingen zijn opgenomen, zoals de zonnestraling, de samenstelling van de atmosfeer en de ligging van oceaanstromen. Hoe meer variabelen je neemt, hoe ingewikkelder het model wordt, maar ook hoe nauwkeuriger het de werkelijkheid kan benaderen. Zo kunnen effecten op het klimaat van vulkaanuitbarstingen globaal worden gezien, maar ook kan de menselijke invloed op het klimaat worden nagegaan.
Eventuele maatregelen kosten snel enorme bedrage en die wil je alleen uitgeven als het echt moet. Maar wetenschappers presenteren voorspellingen met een onzekerheidsmarge, dit komt ook doordat niet alle invloeden van het klimaat bekend zijn. De politiek is helaas vaak alleen maar geïnteresseerd in harde gegevens, de verleiding is dan groot om uitkomsten zo te presenteren dat ze passen in de eigen politieke overtuiging.
Het klimaat van de toekomst
Door het European Climate Support Network, waaraan ook het KNMI meewerkt, is een inventarisatie gemaakt van de uitkomsten van klimaatmodellen voor West-Europa. De gemiddelde temperatuur lijk in de komende eeuw één tot twee graden toe te nemen, het noorden en westen van Europa worden geleidelijk aan steeds natter en er komt relatief veel bewolking. Kortom, het wordt warmer, vochtiger en minder zonnig. Andere uitkomsten voorspellen weer iets geheel anders. Er is maar één manier om te komen tot modellen die meer met elkaar in overeenstemming zijn, dat is: meer klimatologisch onderzoek doen.

Paragraaf 8.3: Modellen om te voorspellen:

Inleiding
Modellen over energievoorraden en energieverbruik zijn onmisbaar om vragen zoals ‘wanneer raken de energiebronnen uitgeput’ en ‘wat voor maatregelen kunnen er worden getrokken om het niet zover te laten komen’ te beantwoorden.
Welke energiebronnen gebruiken we?
Fossiele brandstoffen
Fossiele brandstoffen zijn ontstaan uit energie die in half vergane resten van planten zit. Brandstoffen zoals deze zijn: steenkool, aardolie en aardgas. Het proces waarin deze energie is opgeslagen duurt miljoenen jaren. Als de fossiele brandstoffen verbranden, komt er dus eigenlijk opgeslagen zonne-energie vrij.
Wereldverbruik
Olie-equivalent: de hoeveelheid energie die een brandstof kan leveren, omgerekend naar hoeveelheden aardolie.
Energieverbruik in Nederland
In 1995 had Nederland 1% van het wereldverbruik, ongeveer 80 miljoen ton olie-equivalent. Maar een klein deel is afkomstig van niet-fossiele brandstoffen. De Nederlandse economie drijft voor een deel op inkomsten uit de aardgasbel, meer dan 44% v/d jaarlijkse aardgaswinning gaat naar buitenlandse afnemers.
Aardolie producten van de raffinaderijen gaan voor 50% naar de transportsector en 40% naar de industrie. Steenkool gaat voornamelijk naar elektriciteitscentrales en aardgas wordt in vrijwel gelijke mate gebruikt voor de productie van elektriciteit, door de industrie, door huishoudens en door overige afnemers, zoals tuinbouwbedrijven.
Wanneer zijn de fossiele brandstoffen op?
Het verbruik groeit, de reserves ook
Door het constante, hoge gebruikt van fossiele brandstoffen zou er gemakkelijk kunnen worden voorspeld wanneer de voorraden op raken. Bij olie en gas is dat binnen enkele tientallen jaren al het geval. Steenkool is er nog voor een paar honderd jaar. Als de bewezen voorraden opraken, dan komt er een energiecrisis. Via proefboringen in afgelegen gebieden door het gebruik van moderne technologie zijn de bewezen voorraden de laatste jaren sterk toegenomen.
Modellen om te voorspellen
De bevolkingsgroei, het welvaartsniveau en de prijs die voor de energie moet worden betaald zijn belangrijke factoren die de groei van het energieverbruik bepalen. Economieën in het Verre Oosten en voormalige ontwikkelingslanden zijn in korte tijd explosief gegroeid. Ook kunnen er steeds meer bewezen voorraden worden ontdekt door nieuwe technologische ontwikkelingen. Sommige modellen gaan ervan uit dat de echte winbare voorraden fossiele brandstoffen vier keer zo groot zijn als nu bekend is. Andere modellen zijn veel negatiever en gaan uit van een energiecrisis in het midden van de 21e eeuw.
Is de energiecrisis te voorkomen?
Duurzame oplossing
Kernenergie is niet duurzaam, de uraniumvoorraden zijn namelijk beperkt en het afval blijft eeuwenlang radioactief. Andere, niet-fossiele energie bronnen die wel duurzaam zijn, zijn elektriciteit uit wind- of waterkracht en zonne-energie. Ook warmte, geproduceerd met warmtepompen of zonnecollectoren en energie uit verbranding van afval of biogas, is duurzaam.
Technische mogelijkheden
Het bereiden van gas uit steenkool is een alternatieve energiebron die niet duurzaam is, maar wel de energiecrisis kan uitstellen voor tientallenjaren omdat er zoveel steenkoolvoorraden zijn.
Een andere energiebron zijn brandstofcellen en zonnecellen. Brandstofcellen hebben een rendement van 80%. Er wordt uit waterstof en zuurstof water en energie gemaakt. Er zijn al auto’s die met brandstofcellen rondrijden. Bij zonnecellen wekt zonlicht tussen twee laagjes silicium, ‘verontreinigd’ met een kleine hoeveelheid van een andere stof, zoals germanium, een elektrische spanning op. Het rendement kan soms wel 30% zijn. De kosten van de brandstoffen zijn wel heel erg duur, de silicium moet namelijk heel zuiver zijn. De productiekosten van de brandstofcellen en zonnecellen zijn te hoog om de energiebronnen daadwerkelijk te gaan gebruiken, de mensen hebben liever iets goedkopers, nu het toch nog kan.
Energie uit wind en water
Windmolens zorgen voor minder dan 1% van de energievoorziening. Ook worden getijden gebruikt om energie op te wekken. Dit wordt gedaan met stuwdammen. Ook uit de temperatuursverschillen in de oceaan zou energie gehaald kunnen worden. De plannen om de Thermische Energie Conversie(TEC)-centrales te bouwen zijn er al, maar door de kosten is het niet rendabel om ze te bouwen.

Wat levert energiebesparing op?
Milieu bewaren door energie besparen
Door zuiniger met energie om te gaan, kan er langer geput worden uit de voorraden fossiele brandstoffen, ook beperkt het de uitstoot van milieubelastende verbrandingsgassen.
Energiebewust bouwen
Maatregels om energie nuttiger te gebruiken zijn: het isoleren van vloeren, daken en muren, het aanbrengen van dubbel glas, een HR-ketel, zonneboiler en een (warm)water besparende douchekop. Ook kunnen ondernemers profiteren van gunstige financiële regelingen als ze maatregelen voor energiebesparing treffen.
Het resultaat
Een toegenomen welvaart is waarschijnlijk de belangrijkste oorzaak van het relatief geringe effect van een daling van het totale energieverbruik. Toch ligt in het bewust verbruik van energie de sleutel tot het afwenden van de voorspelde energiecrisis. Verantwoord omgaan met de voorraden, op langere termijnen kunnen denken en tijdig investeren in alternatieven vormen de pijlers van een effectieve energiepolitiek.

Paragraaf 8.4: Menselijke invloed op de biosfeer:

Inleiding
Met modellen wordt de invloed van menselijke activiteit op kringlopen in de biosfeer onderzocht. De resultaten tegen aanleiding tot het nemen van politieke maatregelen die de nadelige gevolgen van deze invloed moeten beperken.
Verdwijnt de ozonlaag voorgoed?
Natuurlijk evenwicht
De ozonlaag bevindt zich in de stratosfeer, het gaat hier om een zeer ijle laag. Zou je alle ozon uit de ozonlaag op elkaar persen, dan zou die laag op zeeniveau slecht 3 mm dik zijn. Deze laag werkt als een filter en houdt bijna alle ultraviolette straling tegen. De beschermende werking van de ozonlaag berust op een omkeerbare reactie. Ozon (O3) neemt ultraviolette straling op en valt uiteen in een zuurstofatoom (O) en een zuurstofmolecuul (O2). Hierbij komt warmte vrij. Omgekeerd kan een zuurstofatoom met een zuurstofmolecuul samen weer ozon vormen. Beide reacties zijn met elkaar in evenwicht. Er wordt evenveel ozon afgebroken als er wordt gevormd. Het effect van het filter is dat ultraviolette straling wordt omgezet in warmte.
Verstoring
Door metingen die vanaf 1930 worden gedaan, is gebleken dat de ozonlaag sinds 1970 dunner wordt. Spoedig werd door wetenschappers verondersteld dat dit kwam door CFK’s (chloorfluorkoolwaterstoffen), die niet in de natuur voorkomen. CFK’s worden gebruikt als koelmiddel in koelkasten en diepvriezers en voor de productie van piepschuim(polystyreen). Als de ultraviolette straling in de stratosfeer op CFK’s valt, komen losse chlooratomen (Cl) vrij. Elk chlooratoom zet veel ozon om in zuurstofmoleculen zonder dat er zuurstofatomen ontstaan. Hierdoor kan er minder ozon worden teruggevormd. Sommige natuurlijk bronnen, zoals vulkanen en zeewier, brengen kleinere hoeveelheden chloorhoudende stoffen in de atmosfeer. De hoeveelheid chloorhoudende stoffen is door menselijk invloed echter vijf keer hoger dan normaal geworden.
Mondiale CFK-politiek
CFK’s moeten nu vervangen worden door onschadelijke gassen. Maar omdat verplaatsing van de productie vaak goedkoper is dan de ontwikkeling van een nieuw product, gaan bedrijven liever naar derde wereldlanden waar elke economische impuls immers welkom is. Er is een internationaal akkoord nodig om de uitstoot van CFK’s te stoppen, hiervoor is moet worden overlegd op mondiaal niveau. Vanaf 1987 zijn tientallen landen overeengekomen de productie van CFK’s steeds verder aan banden te leggen.
Derde wereldlanden vinden dan te westerse landen iets tegenover hun steun aan CFK-beperkende maatregelen moeten stellen. Zo ontstaat in het verlengde van de discussie over ozon en CFK’s een discussie over arm en rijk.
*Mondiaal: de wereld betreffend, over de hele wereld verspreid => wereldwijd
Model voor de ozonlaag
De Nobelprijswinnaar Paul Crutzen maakte, samen met Christoph Brühl een model voor de ozonlaag. Later werden deze modellen bewezen. Het blijkt dat bij naleving van de strengste beperkingen het jaarlijkse gak in de ozonlaag pas rond het jaar 2060 geheel zal zijn verdwenen.
Veroorzaakt de mens een broeikaseffect?
Twee hypothesen
Wat is de oorzaak van de stijging van de gemiddelde temperatuur op aarde? De ene hypofyse gaat ervan uit dat de stijging normaal is. De andere hypofyse is dat menselijke activiteit invloed heeft op de ontwikkeling van het klimaat. Door de uitstoot van verbrandingsgassen zou meer warmte in de atmosfeer gevangen blijven. Het natuurlijke broeikaseffect wordt dan versterkt. Maar het is onduidelijk en onzeker welke hypofyse de waarheid is.
Koolstofdioxide als broeikasgas
De stijging van de temperatuur loopt ongeveer parallel met de toename van het koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer. Ook is deze stijging begonnen in de tijd dat de industriële revolutie is begonnen. Aangezien koolstofdioxide de eigenschap heeft dat het warmtestraling kan vasthouden en het juist om de warmte gaat die de aarde terug naar het heelal zendt, betekent het dat hoe meer koolstofdioxide er in de lucht is, hoe meer warmte er door ‘het systeem aarde’ wordt vastgehouden. Dus loop de temperatuur, net als in een broeikas, op. Vandaar dat koolstofdioxide een broeikasgas wordt genoemd.
Meer broeikasgassen
Een aantal broeikasgassen zijn: waterdamp, koolstofdioxide, methaan, distikstofmono-oxide en CFK’s. De laatsten komen vooral vrij bij industriële processen. Door vulkanisme en rottingsprocessen komt methaan ook vrij. Om broeikasgassen onderling te vergelijken, wordt gekeken naar: hoeveel warmtestraling, afkomstig van het aardoppervlak, kan het gas in dertig jaar absorberen, in vergelijking met dezelfde hoeveelheid koolstofdioxide. Deze Mondiale Verwarmings Potentie (MVP) bedraagt voor methaan bijvoorbeeld 25, anders gezegd is methaan 25 maal effectiever in het vasthouden van warmte dan koolstofdioxide. Dit wil ook zeggen dan een kleine stijging van methaan in de lucht, een groter effect heeft op de temperatuur dan dezelfde stijging van koolstofdioxide.
De zon als oorzaak
Uit satellietwaarnemingen blijkt nu dat de zon in een periode met veel zonnevlekken wel 0,15% meer energie uitstraalt. Er is dus een verband tussen het aantal zonnevlekken dat zichtbaar is en de zeewatertemperatuur. De zon mag dus beslist niet worden uitgesloten als oorzaak van de temperatuursstijging.
Broeikaseffect en politiek
Als de atmosfeer opwarmt, zullen de poolkappen smelten en zal het zeewater uitzetten. Uit modelberekeningen volgt dan dat de zeespiegel in het jaar 2100 ongeveer een meter zal stijgen. Ruim 6% van Nederland verdwijnt dan onder water. Ook zou de ligging van oppervlaktestromen in de oceaan kunnen verschuiven. Mogelijk verdwijnt de Golfstroom. Daardoor kan in West-Europa juist een afkoeling gaan optreden. Hoewel sommige gebieden zullen profiteren van de temperatuurstijging zijn de gevolgen voor veel dichtbevolkte gebieden op aarde nadelig. Daarmee komt het broeikaseffect op de kaart van de wereldpolitiek.
In 1988 werd door de VN het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) opgericht. Deze belegt regelmatig milieuconferenties en probeert mondiale maatregelen te treffen. Helaas is dit niet gemakkelijk.
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 zij niet uitgesloten. Ook staan beperkingen van de uitstoot van broeikasgassen economische groei in de weg. Hierbij komt nog eens dat veel ontwikkelingslanden het broeikasprobleem als een westers probleem zien. Zij willen pas beperkingen accepteren als de rijke landen dat zelf ook doen.
Zijn broeikasmodellen betrouwbaar?
Eenvoudige modellen
De eenvoudigste klimaatmodellen gaan ervan uit dat de ontvangen hoeveelheid zonne-energie constant blijft, ze rekenen alleen uit hoeveel broeikasgassen er in de toekomst zullen zijn en wat dat betekent voor de gemiddelde temperatuur op aarde. Het meest voor de hand licht dat de uitstoot van broeikasgassen gelijk blijft. Ook kun je uitrekenen wat het effect is van een vermindering of een toename van de uitstoot. Omdat elk broeikasgas een andere invloed op de temperatuur heeft (MVP-waarde), geven de eenvoudige modellen geen hoge zekerheidsmarge.
Het koolstofdioxidegat
Hoeveel koolstofdioxide jaarlijks door menselijke activiteit in de biosfeer terechtkomt is precies te bepalen uit het wereldverbruik van fossiele brandstoffen. Volgens metingen blijkt daarvan maar de helft aanwezig te zijn in de atmosfeer, de rest is ‘zoek’. De biosfeer werkt kennelijk de andere helft van de toegenomen koolstofdioxide-uitstoot weg, door bijvoorbeeld opname in de biomassa. Oceaanwater en poolkappen nemen waarschijnlijk ook extra koolstofdioxide op. Wetenschappers hebben dus ongelijk gekregen op het gebied dat zij dachten dat de biosfeer aan buffercapaciteit heeft.
Factoren in een broeikasmodel
De factoren uit de ingewikkeldste modellen kunnen zijn de totale luchtcirculatie op aarde en de wisselwerking tussen de oceanen en de atmosfeer. Ieder broeikasmodel onderscheid bronnen van broeikasgassen en buffers waarin ze kunnen worden opgeslagen, zoals opname in biomassa, oceanen en de bodem. Het tempo waarmee broeikasgassen tussen bronnen en buffers worden uitgewisseld, hangt van veel factoren af. In het model zitten deze factoren in wiskundige vergelijkingen die de uitwisseling beschrijven.
Er zijn natuurlijke factoren waar de mens geen invloed op heeft, zoals vulkanische activiteit en natuurlijke klimaatschommelingen. Ook kun je veel factoren bedenken die te maken hebben met menselijke activiteit, want bevolkingsgroei, economische groei, winning van fossiele brandstoffen en technische of wetenschappelijke ontwikkelingen hebben allemaal invloed op het klimaat. Omdat een model dat de werkelijkheid wil benaderen veel variabelen en wiskundige vergelijkingen nodig heeft, maar dat het rekenwerk zelfs voor de snelste computers soms te zwaar.
Conclusies
De eerste oorzaak voor de beperkte betrouwbaarheid van broeikasmodellen is een technische. Er zijn namelijk nog geen computers die het rekenwerk van zeer ingewikkelde modellen goed aankunnen. Dit lijkt echter niet het grootste probleem, gezien de snelle ontwikkelingen in de digitale techniek. Een tweede oorzaak is het gebrek aan kennis. Het is bekend dat vele variabelen invloed hebben op het broeikaseffect. Maar hoe de vele kringlopen op aarde werkelijk op elkaar inwerken, is nog lang niet duidelijk. Hiervoor is veel meer onderzoek nodig. Voor zowel de politiek, de economie als voor de wetenschap is het broeikaseffect een uitdaging om op te lossen.