H9 systeem Aarde en de mens compleet

• New lesson editor
• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

V5 H9 Systeem Aarde en de mens

9.1 Klimaatverandering 

1. Je beschrijft de grote koolstofsinks van systeem Aarde.

2. Je legt uit hoe door menselijke activiteiten de uitstoot van broeikasgassen het klimaat beïnvloedt.

3. Je legt de effecten van klimaatveranderingen op biodiversiteit uit.

koolstof sinks (1)

C = basis van leven

opgeslagen in vorm van

• fossiele brandstoffen

• kalkgesteenten

• oceaansediment 

komt op natuurlijke wijze weer vrij door erosie of vulkanische activiteit

langzame C-kringloop

snelle C-kringloop (1)

koolstofsinks

- biomassa in levende/ dode organimen

- organische stof in bodem en veen

- biomassa in permafrost gebieden

• fotosynthese legt het vast

• dissimilatie en rotting maakt C weer vrij

C-kringloop uit balans (1)

• verbranding fossiele brandstoffen

• ontbossing

• ontginning veengebieden

• ontdooien permafrost

• meer CO2 in oceaan = lagere pH (o.a. kalkoplossend) = problemen voor schelpdieren en plankton

broeikaseffect (2)

• de belangrijkste broeikasgassen zijn waterdamp (H2O), koolstofdioxide (CO2), methaan (CH4), lachgas (N2O) en ozon (O3). 

• absorberen infraroodstraling, die stralen ze weer naar alle kanten uit (ook terug naar de aarde)

• broeikaseffect - 30 graden hoger - zonder zouden veel plekken op aarde onbewoonbaar zijn

• ozon houdt te veel (ook schadelijke) zonnestraling tegen

stijging CO2 concentratie (2)

meer broeikasgassen = meer warmte vasthouden

GWP (global warming potential) -  de mate waarin een stof bijdraagt aan het broeikaseffect in vergelijking met CO2 gedurende een bepaalde periode (vb. 84kg CH4 zelfde effect als 1 kg CO2)

methaan (CH4) - GWP 84 

landbouw (rijst)/ veeteelt (rund)/ afvalstort

lachgas (N2O) - GWP 265

bacteriewerking oceanen/ 

Methaan en lachgas oxideren in de loop der tijd waardoor de GWP weer afneemt (dit maakt voorspellingen broeikaseffect wel lastig om te maken)

gevolgen biodiversiteit (3)

• andere abiotische factoren

• leidt tot overschrijden tolerantiegrenzen

• organismen kunnen migreren, evolueren (kan niet bewust), of uitsterven, andere soorten die juist aangetrokken worden

• biodiversiteit (soortensamenstelling en soortenrijkdom) neemt af

• juist een grote biodiversiteit draagt bij aan veerkracht ecosystemen

9.2  Invloed van de mens op de stikstofkringloop

3. Je beschrijft de stikstofbinding door bacteriën.

4. Je legt uit hoe menselijke activiteiten de N-kringloop beïnvloeden.

5. Je legt de gevolgen van N-toename op het land en in het water uit en je beschrijft maatregelen om de N-toename te beperken.

Stikstof N (4)

• planten gebruiken N voor aminozuren/ eiwitten/ DNA/ ATP/ chlorofyl

• nemen N op in de vorm van nitraat, sommige soorten ammonium

• planten op N-arme grond hebben symbiose met N-bindende bacteriën

• via voedselketen komt N in dieren

• reducenten maken N weer beschikbaar voor planten

stikstofbindende bacteriën (4)

• leven in knolletjes (in wortel plant)

• anaeroob

• enzymen (o.a. nitrogenase) zet N2 om in NH4+ = stikstoffixatie

- van NH4+ en koolhydraten uit de plant maken de bacteriën aminozuren
- de plant krijgt een deel van de NH4+

= symbiose (+/+)

Invloed mens op N-kringloop

groenbemesting = gewassen verbouwen die symbiose vormen met knolletjes bacterien (bonen, soja, klaver etc). Deze N-rijke gewassen ploeg je aan het einde van het seizoen onder waardoor je N in de bodem krijgt.

onvoldoende om de wereldbevolking te voeden

dierlijke mest (ook veel N) ook onvoldoende, want dieren eten planten en daarvoor is veel N nodig

dus kunstmest...

kunstmest etc

te vinden bij 'industriele N2-fixatie'

toename van 

NO - stikstofmonoxide

N₂O - lachgas (broeikasgas)

NO₂ - stikstofdioxide

HNO₃ - salpeterzuur (zure regen)

NH₃ - ammoniak (veel bij veeteelt)

bronnen - kunstmest, verbranding fossiele brandstoffen en industrie/ verkeer

gevolgen

zie afbeelding

NH₃ en stikstofoxiden kunnen met andere gassen reageren tot fijnstof 

- 8000 kinderen astma (NL)

- 8% kindersterfte tussen 0-12 mnd door fijnstof en NO_x

_{zure regen (o.a. salpeterzuur)}

_{- kalk lost op in bodem (en gebouwen)}

_{- giftige metalen komen vrij (sterfte bomen)}

_{- afname biodiversiteit}

Eutrofiering

kunstmest leidt tot toename fosfaat (PO₄^-) en nitraat (NO₃^-), wat wegspoelt naar sloten, rivieren, kanalen, zee

--> verrijking oppervlaktewater met meststoffen = eutrofiering

gevolgen

- explosieve algengroei

- dat neemt licht weg voor planten eronder,  gaan dood

- overdag veel O₂ maar dat verdwijnt in atmosfeer

- 'snachts O₂ tekort waardoor veel waterorganismen sterven

- dode organismen worden afgebroken door reducenten, welke O₂ gebruiken, waardoor ook hypoxie (O₂ tekort) ontstaat

Gevolgen eutrofiering

dode rottende soep

dode zones in Golf van Mexico (22.000 km2) of in de Baltische Zee (49.000 km2) waar geen leven meer mogelijk is

eutrofiering kan ook leiden tot explosie blauwalg (cyanobacterie), die giftige stoffen afscheid waar waterorganismen aan sterven

stikstofcrisis

natuurgebieden leiden onder overmaat aan N (vooral N-arme gebieden zoals heidevelden)

landbouw, veeteelt, verkeer, bouwsector stoten te veel stikstof uit

bedreiging waterkwaliteit

afname biodiversiteit

bouwstop, verlaging snelheid, verminderen veestapel en verkleinen agrarische sector (zeker in buurt van natuurgebieden)

9.3  Omslagpunten in ecosystemen

7. Je beschrijft de gevolgen van het gebruik van plastics voor systeem Aarde.

8. Je beschrijft het gevaar van omslagpunten in ecosystemen ten gevolge van het menselijk handelen.

leerdoel 7

 Je beschrijft de gevolgen van het gebruik van plastics voor systeem Aarde.

plastic

• goedkoop en makkelijk te maken

• licht in gewicht

• rot en roest niet

• grondstof aardolie

niet afbreekbaar

• persistent (= niet afbreekbaar door schimmels en bacteriën)

• door UV-licht valt het uiteen in kleine deeltjes

• microplastic (0,5 - paar mm groot)

• nanoplastic (kleiner dan cellen)

micro- en nanoplastic

via algen in de voedselketen

- belemmeren fotosynthese

- veroorzaken ontstekingen bij mens en dier

- bacteriën en virussen kunnen aan microplastics hechten en grote afstanden afleggen (en in drinkwater problemen veroorzaken)

- schadelijke stoffen (o.a. weekmakers) hechten aan plastic en kunnen hormoon-verstorend of kankerverwekkend werken

effect op abiotische factoren

Hawaï - 30% strand bestaat uit plastic (i.p.v zand)

Plastic korrels drogen sneller, houden warmte tegen (isolerend effect), laten sneller water door. Warm water stroomt sneller naar de bodem.

Effect = onderlaag wordt minder warm wat (negatief) effect heeft op ontwikkeling eieren schildpadden

 

In 2016 ontdekten wetenschappers een bacterie die een bepaald type plastic (PET) kan verteren. Nu hopen mensen dat meer soorten bacteriën evolueren zodat die ook andere typen plastic kunnen verteren en zo plasticafval kunnen opruimen. Leg uit dat het ontstaan van dergelijke bacteriën ook een groot nadeel oplevert.

leerdoel 8

Je beschrijft het gevaar van omslagpunten in ecosystemen ten gevolge van het menselijk handelen.

Zelfregulatie van een ecosysteem

zelfregulatie - ecosystemen zijn goed in staat veranderingen in (a)biotische factoren op te vangen.

Elke ecosysteem kent meerdere evenwichten waarbij biotische en abiotische factoren in balans zijn.

Een verandering leidt niet direct tot een hele nieuwe fase.

Kantelpunt

Wanneer veranderingen zich opstapelen, maakt dit het ecosysteem steeds instabieler, totdat een omslagpunt/ kantelpunt bereikt is.

Meestal leidt dit in het begin tot een ecosysteem met een kleinere biodiversiteit. 

Het versterkte broeikaseffect, eutrofiëring en plasticafval kunnen resulteren in het bereiken van zo’n omslagpunt van het ecosysteem.

omslagpunten in successie

• Successie (H8) - meerdere omslagpunten  waarbij het ecosysteem naar een nieuw (tijdelijk) evenwicht toegaat. 

• Soms willen natuurbeheerders in een successiereeks de omslagbewust tegenhouden om een unieke fase in de successie, een subclimax, te bewaren, een heidelandschap bijvoorbeeld.

• Begrazing door schapen behoudt deze subclimax-fase. 

gradient-ecosysteem

Bewaken evenwicht van aangrenzende ecosystemen (heide naast bos) doe je door biodiversiteit te vergroten. 

Grootste biodiversiteit op plekken waar ecosystemen in elkaar overgaan.

Het tussenliggende gebied vormt een gradiëntecosysteem. 

vb. verloop van zonnig naar schaduwrijk, nat naar droog, voedselrijk naar voedselarme bodem. Gevolg - veel verschillen in begroeiing en bewoners.

Casus Koraalriffen Koraalriffen zijn ecosystemen met meerdere functies. Het zijn belangrijke schuil- en foerageerplaatsen voor vissen. Koraalriffen beschermen de kust doordat ze de stromingsenergie uit de golven verminderen en ze maken het water schoon. Uit een onderzoek uit 2018 blijkt dat koraaldiertjes veel te lijden hebben onder plasticvervuiling. Op met plastic vervuilde koraalriffen komt een koraalziekte gemiddeld twintig keer vaker voor. a. Beschrijf een proefopzet om een vergelijkbaar onderzoek als uit 2018 uit te voeren.

Casus Koraalriffen Koraalriffen zijn ecosystemen met meerdere functies. Het zijn belangrijke schuil- en foerageerplaatsen voor vissen. Koraalriffen beschermen de kust doordat ze de stromingsenergie uit de golven verminderen en ze maken het water schoon. Uit een onderzoek uit 2018 blijkt dat koraaldiertjes veel te lijden hebben onder plasticvervuiling. Op met plastic vervuilde koraalriffen komt een koraalziekte gemiddeld twintig keer vaker voor. b. Teken een diagram dat de resultaten van de studie uit 2018 illustreert. Ga uit van een kans van 4% op een ziek koraaldiertje als er geen plasticvervuiling is.

Casus Koraalriffen Steenkoralen leven vaak in symbiose met algen die een groot deel van het voedsel voor de steenkoralen produceren. Deze algen leven in het kalkskelet van de steenkoralen. Wanneer het water te warm is, raken de steenkoralen hun algen kwijt: koraalverbleking (het koraal krijgt een witte kleur). c. Leg uit hoe klimaatverandering kan leiden tot een omslagpunt bij koraalriffen.

9.4  Duurzame ontwikkeling

9. Je beschrijft duurzame ontwikkeling.

10. Je beschrijft de rol van biobrandstoffen in de energie transitie.

11. Je beschrijft hoe we onze voedselsystemen kunnen verduurzamen.

12. Je legt maatregelen uit die bijdragen aan duurzaam gebruik van grondstoffen.

zorgen om...

vluchtelingenstromen, hongersnoden, grote verschillen tussen arme en rijke landen, in sommige gebieden overstromingen en tornado’s, in andere gebieden grote droogte en bosbranden, klimaatverandering, milieuvervuiling zoals stikstof en plasticvervuiling, verlies aan biodiversiteit  door grote monoculturen en uitputting van grondstoffen

duurzame ontwikkeling

duurzame ontwikkeling = ons huidig gebruik van systeem Aarde zodanig aanpassen dat het niet ten koste gaat van de mogelijkheden van toekomstige generaties om in hun behoeften te voorzien

duurzame ontwikkelingsdoelstellingen VN

In 2030 moet dit gerealiseerd zijn.

HIER kun je zien hoe Nederland ervoor staat.

Een site voor het bedrijfsleven om deze 17 doelen te realiseren, o.a. allerlei trainingen die je hier kunt volgen (wellicht interessant voor jou in de toekomst). 

energietransitie en biobrandstoffen

energietransitie = de overgang van energieproductie met fossiele brandstoffen naar energieproductie gebaseerd op hernieuwbare energiebronnen 

- die raken niet op

- CO2 neutraal

windmolens, zonnepanelen, biobrandstoffen

biobrandstoffen

1e generatie 

• van koolzaad en suikerbiet

• kost veel goede landbouwgrond, veel energie en pesticiden

2e generatie

• restafval uit industrie en landbouw, stedelijk afval, oud frituurvet

• productie per hectare hoger

3e generatie

• algen en zeewier

• groeit snel, kost geen landbouwgrond

biobrandstof uit algen en zeewier

Nog grote technische uitdagingen om hier brandstof uit te vormen (wint het nog niet van de 2e generatie).

Energietransitie is onvoldoende, er moet ook veel bespaard worden. Dus isoleren, minder verbruiken, apparaten zuiniger, met restwarmte industrie wijken verwarmen... 

duurzame voedselsystemen

• biologische landbouw - in 2030 25% (EU)

• kringlooplandbouw - kringloop van stoffen gesloten, alle (mest)stoffen keren weer terug

• biologische bestrijding - sluipwesp i.p.v. gif

• meer plantaardig - 1 kilo vlees kost meer dan 10 kilo plantaardig voer

• overbevissing - meer vis ipv vlees is ook geen optie want er wordt al te veel gevist (over draagkracht heen)

• groente van seizoen eten - minder transport

• stadslandbouw - draagt ook bij aan beter microklimaat 

duurzaam gebruik grondstoffen

• verbod op plastic tasjes, bekers, bestek etc.

• hergebruik (verkopen, weggeven)

• statiegeld

• recyclen