Biologie Hoofdstuk 9 Systeem Aarde en de Mens VWO 5 | Quizlet

systeem Aarde

Alle complexe voedselwebben en ecosystemen op aarde tezamen.

Hoe veranderde de aarde met het ontstaan van de eerste eencellige autotrofe organismen?

.De CO2 in de atmosfeer ging in grote hoeveelheden met de enorme regens mee naar de oceanen, waar fotosynthese en omzetting tot CaCO3 plaatsvond. De afname van de CO2- concentratie in de atmosfeer had een temperatuurdaling tot gevolg. Bij die lagere temperatuur konden veel verschillende eencelligen zich ontwikkelen. De temperatuur daalde zelfs tot -50°C: uit allerlei onderzoek blijkt dat de aarde miljoenen jaren geleden bedekt was door een laag ijs: de sneeuwbalaarde. Toen de aarde weer opwarmde onder invloed van door vulkanen uitgestoten CO2 en het oercontinent Pangea zo'n 180 miljoen jaar geleden uiteenviel, ontstonden vele niches waar leven mogelijk was

sinks

Bodemvoorraden organische stoffen, bijvoorbeeld koolstofverbindingen.Daarbij gaat het onder andere om fossiele brandstoffen.

Fossiele brandstoffen

Organische stoffen in de bodem (sinks) in de vorm van bruin- en steenkool, aardolie en aardgas.

Permafrostgebieden

Toendra's rond de Noordpool, waarvan de bodems het hele jaar bevroren zijn. Grote hoeveelheden organisch materiaal liggen in deze gebieden.

kalkgesteenten

Sink van CaCO3, resten van schelpen

gevormd door chemische processen vanuit CO2 ,

Hoe kan koolstof in de sinks weer vrijomen?

De koolstof in de sinks kan weer vrijkomen door bijvoorbeeld schuiven van tektonische platen, waardoor vulkaanactiviteit ontstaat, en door erosie van gesteenten. Het is dan weer beschikbaar voor 'een nieuwe ronde', die weer begint bij fotosynthese.

langzame koolstofkringloop

Kringloop van C van miljoenen jaren.De koolstofstroom atmosfeer → sink → atmosfeer duurt zo'n 100 tot 200 miljoen jaar.

•Fotosynthese à ontstaan organische stoffen à sterfte en fossilering à vrijkomen door aardverschuiving/delving à dissimilatie à ontstaan CO2

snelle koolstofkringloop

Kringloop van C van minuten tot enkele duizenden jaren.

•Fotosynthese à ontstaan organische stoffen àdissimilatie of reductie à ontstaan CO2.

wat gebeurt er met de 10^10 ton koolstof die vrijkomt bij dissimilatie?

Jaarlijks komt er door dissimilatie 10^10 - 10^11 ton koolstof vrij als CO2. Een hoeveelheid die planten jaarlijks weer omzetten in biomassa.

Dissimilatie

de afbraak van organische moleculen tot kleinere moleculen, met als doel energie vrijmaken

koolstofkringloop

Waardoor verandert de koolstofkringloop?

De wereldbevolking is sinds 1850 gegroeid van 1,2 miljard naar ruim 7,6 miljard in 2018; er zijn nu zes keer zoveel mensen. Al die mensen gebruiken energie uit koolstofverbindingen. Daarbij ontstaat zoveel CO2 dat de CO2-concentratie in de atmosfeer stijgt. De koolstofkringloop verandert daardoor.

Wat is het gevolg van het veranderen van de koolstofkringloop?

Het veranderen van de koolstofkringloop heeft gevolgen voor het klimaat.

Waarom heeft het veranderen van de koolstofkringloop gevolgen voor het klimaat?

CO2 is namelijk een broeikasgas, een gas dat in de atmosfeer een warmte-isolerende werking heeft.

broeikasgas

Gas in de atmosfeer met een warmte-isolerende werking. Bijvoorbeeld CO2, CH4, waterdamp en N2O.

broeikaseffect

Natuurlijk warmte-isolerend effect van het broeikasgas CO2.

versterkte broeikaseffect

Het meer dan normaal vasthouden van warmte door de atmosfeer, vooral door een verhoogde CO2-concentratie in de atmosfeer ten gevolge van de verbranding van fossiele brandstoffen.

Wat is de hoofdoorzaak van het versterkte broeikaseffect?

De verhoogde CO2-concentratie. Ook spelen CH4 (methaan) en N2O (distikstofmonoxide) een rol

Hoe hebben broeikasgassen een warmte-isolerende werking?

Broeikasgassen hebben het vermogen om de warmte (infraroodstraling) die de aarde uitstraalt te absorberen. Die energie stralen ze vervolgens weer naar alle kanten uit, ook naar de aarde toe.De aarde krijgt daarmee een deel van de uitgestraalde warmte weer terug, warmte afkomstig van zonnestralen die de aarde hebben bereikt.

Waarom bereiken niet alle zonnestralen de aarde?

Voor een deel houdt de ozonlaag hoog in de atmosfeer ze tegen. Een ander deel kaatst terug naar de ruimte door hoge bewolking, die als een soort spiegel werkt.

Waaruit bestaat het gewone broeikaseffect?

Niet alle broeikasgassen hebben een even groot effect. Het gewone broeikaseffect ontstaat voor 50% door waterdamp, voor 25% door waterdruppeltjes in de lage bewolking en voor 20% door een normale hoeveelheid CO2 in de atmosfeer. De laatste 5% komt voor rekening van andere broeikasgassen.

Hoeveel van de extra CO2 levert weer biomassa op?

Een deel van de door de mens toegevoegde CO2 kan Systeem Aarde opvangen met verhoogde fotosynthese: zo'n 60% van de extra CO2 levert weer biomassa op.

GWP

(global warming potential) De mate waarin een broeikasgas sterker is dan CO2.

Hoeveelheid CH4 in atmosfeer:

1,8 ppm

GWP van methaan

25

Waarvan is extra CH4 afkomstig?

Van het gebruik van fossiele brandstoffen, landbouw, afvalstortplaatsen en de veeteelt.

Hoe ontstaat CH4?

Het ontstaat uit organisch materiaal onder anaerobe omstandigheden.

moerasgas

Uit veel sloten en plassen borrelt moerasgas omhoog dat vooral uit CH4 bestaat.

waarom neemt het CH4 gehalte niet veel toe?

In de atmosfeer neemt het CH4-gehalte echter niet veel toe. Het oxideert in 10 - 15 jaar tot CO2. Daarmee draagt het nog steeds bij aan het versterkte broeikaseffect.

Hoe ontstaat CH4 op de toendra's?

Toendra's bevatten in de bodem veel organische stof door de resten van planten die er lang geleden groeiden.´s Zomers ontdooit de bovenlaag. Doordat het water niet weg kan zakken in de bevroren permafrostlaag eronder, ontstaan veel plassen waar onder andere anaerobe methaanbacteriën organische stoffen afbreken.

N2O

N2O is een broeikasgas dat vrijkomt door bacteriewerking in oceanen en in sterk bemeste landbouwgrond door overtollig of uitgespoeld nitraat (NO3 -).

Verschil broeikaseffect en versterkte broeikaseffect:

Bij het gewone broeikaseffect gaat het om de warmte isolerende werking van natuurlijke hoeveelheden broeikasgassen in de atmosfeer. Bij het versterkte broeikaseffect gaat het om het extra isolerende effect van broeikasgassen die door handelingen van de mens extra in de atmosfeer terecht zijn gekomen.

Waarom is er extra CH4 vorming bij de toendra's?

Door het versterkte broeikaseffect ontdooit de permafrost steeds meer. Dat betekent extra CH4-vorming.

Uit het ontdooiende ijs in de permafrostlaag komt CH4 vrij uit methaanbelletjes.

concentratie N2O in atmosfeer

3,3 ppm

GWP N2O

265

Gevolgen versterkte broeikaseffect:

- Lucht- en oceaanstromingen verschuiven, waardoor bepaalde landgebieden verdrogen en andere te maken krijgen met overvloedige regen.

- Veel landijs smelt, het waterpeil in de rivieren stijgt en oceaanwater zet uit.

- Planten en dieren uit koele streken zullen plaats maken voor planten en dieren uit warmere streken.

stikstofbinding

stikstofbindende bacteriën zetten gasvormige stikstof om in ammoniak

stikstofbindende bacterie

bacterie die stikstofgas uit de lucht kan omzetten in ammoniak. Ze leven vrij in de bodem of in het water of in symbiose met planten.

Rhizobiom

.De bacteriën van de geslachten Rhizobium en Bradyrhizobiumbijvoorbeeld, leven in knolletjes in de wortels van planten als bonen en soja.

Binnenin de knolletjes heersen anaerobe omstandigheden. Het enzym nitrogenase van de bacteriën werkt onder deze anaerobe omstandigheden optimaal. Met behulp van dit enzym zetten de bacteriën N2 om in NH4 +. Uit NH4 + en koolhydraten, geleverd door de plant, maken zij aminozuren. Hieruit bouwen zij hun eiwitten. De gastheerplant krijgt van de Rhizobiumbacteriën een deel van de NH4 + en ook aminozuren: een vorm van mutualisme

groenbemesting

Het verrijken van de bodem met stikstof afkomstig uit plantenresten.

Hoe gebruiken planten de opgenomen stikstof?

Ze gebruiken de opgenomen stikstof om aminozuren, eiwitten en andere organische stikstofhoudende verbindingen, zoals DNA, ATP en chlorofyl te maken.

Wat is de stikstofbron voor planten?

De meeste planten nemen NO3 - op als stikstofbron, sommige kunnen ook NH4 + verwerken.

Hoe komt stikstof bij dieren?

Via de voedselketen komt N in dieren, die uit de verteringsproducten hun eigen organische N-verbindingen maken.

Hoe wordt N weer beschikbaar gemaakt voor de plant?

Reducenten maken dat de N weer beschikbaar komt voor planten.

Waarom is de enige optie om extra N te krijgen kunstmest?

Groenbemesting is niet toereikend en dierlijke bemesting biedt, op wereldschaal, ook geen oplossing om die grote hoeveelheid extra N te leveren. Vee eet immers voer van plantaardige oorsprong de groei daarvan vergt weer extra N. De landbouw gebruikt daarom veel kunstmest.

Waaruit bestaat kunstmest?

- fosfaat

- kalium

- stikstof (NO3- en/of NH4+)

- sporenelementen

Hoe ontstaat het gewenste NO3- in kunstmest?

Fabrikanten van kunstmest laten bij hoge druk en hoge temperatuur N2 reageren met H2. Daarbij ontstaat ammoniak (NH3). Via omzetting tot salpeterzuur (HNO3 )levert dat het gewenste NO3 -.

uitspoeling

verwijdering van stoffen, vooral mineralen, uit oppervlakkige bodemlagen door waterverplaatsing.

eutrofiëring

Verrijking van het oppervlaktewater met (an)organische voedingsstoffen.

algenbloei

Explosieve toename van algen ten gevolge van eutrofiëring van het oppervlaktewater.

Waarom leidt de explosieve toename van algen tot sterfte van andere waterplanten?

De explosieve toename van (blauw)algen leidt tot sterfte van de andere waterplanten, omdat zij geen licht meer krijgen voor fotosynthese.

Waarom is er te weinig om alle organismen in water van O2 te voorzien bij algenbloei?

De O2-productie door de algen overdag is onvoldoende om alle organismen 's nachts van O2 te voorzien. Helemaal als door sterfte van dieren en planten er meer bacteriën komen die ook veel O2 gebruiken.

hypoxie

Tekort aan O2., anaeroob water

cyanobacteriën

(blauwalgen) Foto-autotrofe bacteriën met een blauwgroene kleur, die door de aanwezigheid van opgelost bladgroen in staat zijn om aan fotosynthese te doen

Wat is het effect van uitgespoelde NO3- in de zee?

toename van fytoplankton

Wat is het effect van uitgespoelde NO3- in de sloten en meren?

algenbloei

Hoe komen de broeikasgassen N2O en NOx vrij?

Bij de verbranding van fossiele brandstoffen.

NO

stikstofoxide die in het lichaam werkt als een neurotransmitter, waardoor gladde spieren samentrekken.

Wat gebeurt er met de stikstofoxiden in de atmosfeer?

- Stikstofoxiden in de atmosfeer reageren met water, waarbij zuren als HNO3 ontstaan die uit de bodem giftige metalen zoals Al3+vrijmaken. De wortels van bomen raken erdoor aangetast en de bomen sterven. Ook kalkstenen gebouwen beschadigen door het zuur. Dit heet zure regen: de vervuiling en de daaraan gekoppelde verzuring van de atmosfeer en bodem.

- NO reageert in de atmosfeer met O2 tot NO2 en reageert vervolgens met H2O tot HNO3(salpeterzuur).

NOx

stikstofoxiden

zure regen

het neerslaan van regen met verontreinigende stoffen die het milieu verzuren

Wat gebeurt er met het ammoniak in de atmosfeer?

Het slaat als droge neerslag uit de atmosfeer maar komt ook mee met regen, hagel en sneeuw als natte neerlslag.

Waar is NH3 afkomstig van?

NH3(ammoniak) is afkomstig uit de landbouw en de veeteelt. NH3 komt vrij uit kunstmest en de mest en urine van het vee door rottings- en urobacteriën.

vermesting

de toevoeging van meststoffen aan een land-ecosysteem waardoor er extra stikstof in de bodem is, NOx en NH3.

Maatregelen voor het verminderen van stikstof:

- maatregelen in de uitstoot van NOx door auto's. Bijv. elektrisch rijden.

- de uitstoot van NH3 verminderen door de mest niet meer op het land te spuiten maar in de bodem te injecteren en het vee gerichter voeren.

- Nanoballetjes met ureum blijken de kunstmest gedoseerd af te geven. Dat betekent minder kunstmestgebruik en minder uitspoelen van stikstof.

Op welke twee manieren beïnvloeden mensen de stikstofkringloop in het water?

Door industriële fixatie en verbranding van fossiele brandstoffen.

Waar verdwijnt N uit de kringloop?

In de oceanen is er een sink voor N in het sediment.

Beschrijf wat er gebeurt met N in een aerobe en een anaerobe omgeving:

In een aerobe omgeving vinden plaats: N-fixatie, planten en dieren maken organische stoffen, nitrificatie. Er komen extra N-verbindingen beschikbaar voor opname door planten uit N2.

In een anaerobe omgeving vinden plaats: ammonificatie, deammionificatie en denitrificatie. Er verdwijnt N in de vorm van N2, die dus niet meer beschikbaar is voor planten.

lithosfeer

Gesteenten en de bodem

Waar bevinden zich fosforbindingen?

De atmosfeer bevat geen gasvormige fosforverbindingen, wel fosforverbindingen in stof en zanddeeltjes, afkomstig uit de lithosfeer.

Hoe komt fosfaat vrij uit de lithosfeer?

Verwering van de lithosfeer maakt stofdeeltjes met fosfaat vrij.

Kringloop fosfaat:

Planten nemen fosfaten op, koppelen ze aan organische stoffen en vormen er bijvoorbeeld DNA, ATP en fosfolipiden van. Deze stoffen komen vervolgens in de voedselketen. Nadat reducenten de resten van planten en dieren afgebroken hebben, komen de fosfaten weer vrij.

Korte cyclus: Doordat de fosfaten zich door een sterke binding aan de bodemdeeltjes hechten, blijven de fosfaten meestal in het ecosysteem.

Lange cyclus: Slechts een klein deel, zo'n 7%, spoelt weg en komt in het sediment van rivieren en oceanen. De sedimenten kunnen onder druk in gesteenten veranderen. Daaruit kunnen later door verwering opnieuw fosfaten vrijkomen.

Waarom is de opname van Pi voor planten moeizaam?

De opname gaat moeizaam, omdat Pi meestal gebonden is aan zand- en kleideeltjes.

Pi

anorganische fosfaat: H2PO4 -, HPO4 2- of PO4 3

rhizosfeer

De directe omgeving van de wortels.

Hoe worden fosfaten door planten opgenomen?

Planten kunnen met hun worteltoppen Pi uit de bodem opnemen. Voornamelijk nemen ze Pi op als HPO4 2-. Om genoeg Pi op te kunnen nemen, maken veel planten gebruik van bacteriën en schimmels in de rhizosfeer. Bacteriën scheiden zuren af, waardoor aan bodemdeeltjes gebonden Pi in het bodem water vrijkomt. De plant voorziet de bacteriën van organische stoffen. Voor de opname van Pi maken veel planten gebruik van schimmels waarmee ze vergroeid zijn tot een mycorrhiza.

De opname van het elektrisch geladen Pi verloopt in twee stappen. Eerst pompen de schimmelcellen actief H+ naar buiten via het enzym ATP-ase in het membraan. Daarna brengen transporteiwitten met symport-transport H+ en Pi - samen de schimmelcellen in. Via de schimmel bereikt het Pi de plantencellen.

mycorrhiza

Symbiose van schimmel en plant, waardoor planten Pi (en andere voedingsstoffen) makkelijker opnemen.

Hoe heeft de manier waarop mensen met de bodem omgaan invloed op de fosforkringloop?

De manier waarop mensen met de bodem omgaan heeft ook invloed op de fosforkringloop. Op bodems die braak liggen, leidt verwering door wind en regen tot extra opneembare fosfaat voor planten.

Hoe leveren rioolwaterzuiveringsinstallaties een bijdrage bij het terugwinnen van fosfaten?

Rioolwaterzuiveringsinstallaties halen fosfaat uit het afvalwater voor (her)gebruik als meststof.

De rwzi brengt het afvalslib onder anaerobe en nitraatarme omstandigheden. PAO's raken dan in een soort 'stress', waarin zij veel ATP verbruiken en veel van de Pi die daarbij ontstaat, afgeven aan hun omgeving. Komen de PAO's vervolgens in een aerobe omgeving, dan nemen ze een overmaat aan fosfaat op. Door nabewerkingen van de dode bacteriën ontstaat struviet (MgNH4PO4.6H2O), dat neerslaat en een prima meststof is. Dit maakt veel fosfaat in het rioolwater weer bruikbaar.

fosfaat accumulerende organismen

(PAO's) Bacteriën die veel fosfaat kunnen opnemen.

Wanneer is oppervlakte water gezond?

Gezond oppervlakte water is helder, bevat voedingsstoffen voor de producenten en genoeg O2.

Wat betekent het als er kokerjuffers in water voorkomen?

Dit zijn de larven van verschillende soorten schietmotten (insecten).Kokerjuffers leven in relatief schoon water. Een kokertje van plantaardig materiaal doet dienst als huisje. Hun aanwezigheid is een teken van een goede waterkwaliteit.

indicatorsoorten

Soorten die een bepaald kenmerk van het milieu laten zien. Biologen gebruiken indicatorsoorten om de mate van vervuiling van een ecosysteem aan te geven.

Bijv: kokerjuffers

Wat zijn drie manieren waarop de mens invloed heeft op de fosfaatkringloop?

1. fosfaat uit mijnen voor kunstmest

2. fosfaat dat vrij komt door verwering na ontbossing

3. fosfaat toegevoegd aan wasmiddelen

Nadelen plastic:

- kost veel aardolie

- geeft een enorme berg niet afbreekbaar afval op het land en in de oceanen

biologisch afbreekbaar

Het omzetten van organische stoffen in anorganische stoffen door schimmels en bacteriën. Organische stoffen zijn biologisch afbreekbaar als schimmels en bacteriën ze in anorganische stoffen kunnen omzetten.

Waarom is plastic nauwelijks biologisch afbreekbaar?

Hoewel plastic voor een groot deel uit koolstof bestaat, is het niet biologisch afbreekbaar. Organische stoffen zijn biologisch afbreekbaar als schimmels en bacteriën ze in anorganische stoffen kunnen omzetten. Dat lukt bij plastic nauwelijks

microplastic

Plastic bolletjes tot een paar mm groot.

nanoplastics

lastic deeltjes, vele malen kleiner dan een cel.

Hoe komt plastic bij mensen terecht?

Plankton en mosselen voeden zich door het water te filteren. Daarmee krijgen zij ook de nano- en microplastics binnen. Via de voedselketen komt het plastic in grotere dieren en in mensen terecht.

Gevolg nanoplastics:

- Plankton en mosselen voeden zich door het water te filteren. Daarmee krijgen zij ook de nano- en microplastics binnen. Via de voedselketen komt het bij dieren terecht. Microplastics kunnen bij mens en dier ontstekingen veroorzaken.

- Nanoplastics kunnen algen belemmeren in hun fotosynthese.

- Ook kunnen er allerlei stoffen aan hechten, zoals polychloorbifenylen (pcb's).

Polychloorbifenyl (PCBs)

Mensen gebruiken pcb's als brandvertrager en als isolatie- en koelvloeistof. De stoffen beïnvloeden de hormoonhuishouding en zijn kankerverwekkend.

Gevolg plastic op abiotische factoren:

- bodem: De korrels drogen snel op en werken als een isolatielaag die minder warmte opneemt dan het zand. Water stroomt sneller door de plastickorrels dan door het zand en neemt minder warmte mee de bodem in; de maximumtemperatuur van de onderlaag van het strand daalt. Onderzoekers verwachten hiervan negatieve effecten, zoals het niet of later uitkomen van zeeschildpadeieren.

persistent

Niet of niet gemakkelijk afbreekbaar; de stoffen hopen zich op in het lichaam en de voedselketen.

omslagpunt

Een fase waarbij veranderingen in biotische en abiotische factoren in het ecosysteem dat de stabiliteit van een ecosysteem dusdanig ontregelen dat er een nieuw evenwicht ontstaat, met andere waarden voor biotische en abiotische factoren. Een omslagpunt kan ook ontstaan door menselijke invloed, bijvoorbeeld door waterverontreiniging.

Voorbeeld hoe een omslagpunt wordt bereikt:

Een versterkt broeikaseffect als gevolg van het gebruik van fossiele brandstoffen, eutrofiëring door nitraat en fosfaat en plasticafval is door mensen veroorzaakt en kan leiden tot het bereiken van een omslagpunt. Zo kan in een paar maanden tijd door een verhoogde temperatuur een kleurrijk koraalrif in een algenbed veranderen.

Hoe zijn ecosystemen in evenwicht?

De ecosystemen in onze biosfeer zijn redelijk in evenwicht en kunnen kleine veranderingen in biotische of abiotische factoren opvangen. Volgens modelmakers kent elk ecosysteem een aantal evenwichten waarbij de biotische en abiotische factoren in balans zijn. Veranderingen ervan geven een bepaalde weerstand en leiden niet direct tot een totaal nieuwe fase. Het ecosysteem gaat veranderingen als het ware tegen.

Wat is het gevolg van een nieuw evenwicht met andere biotische en abiotische waarden?

Meestal leidt dit aanvankelijk tot een ecosysteem met een kleinere biodiversiteit.

successiereeks

natuurlijke, geleidelijke opeenvolging van soorten