BIOSFEER
Examen: 1 vraag over inleiding, 2 vragen over water, 2 vragen over bodem, 2 vragen over lucht
INLEIDING
Earth system science
• De studie van de aarde kan als een afzonderlijke wetenschap beschouwd worden
• Enorm veel interacties tussen elk onderdeel
Aarde = gesloten
• Als we binnen deze context de aarde bestuderen dan kunnen
we dit zien als een (bijna volledig) gesloten systeem
o Zonlicht als energie input
▪ Bijna geen input (buiten zonlicht)
o Langgolflengte IR als output
o Minimale stromen van mineralen
• Consequentie
o Mineralen en grondstoffen op aarde= alles wat we
hebben
o Pollutie en vervuiling= permanent aanwezig
Aarde = open
• Ondanks dat de aarde een gesloten systeem is zijn de
processen op aarde wel een voorbeeld van een open
systeem
• Enorme interacties treden op tussen alle fase en
sferen met een focus op de regio waar wij leven
Wat is biosfeer?
De biosfeer is het leefgebied van alle aardse organismen; m.a.w. de biosfeer is het gedeelte vd aarde
waar leven mogelijk is.
4 grote reservoirs of sferen
• Hydrosfeer: water: strekt zich uit tot op zeer grote diepten
• Lithosfeer/geosfeer: bodem: met uitzondering voor bacteriën is deze enkele meters diep
• Atmosfeer: lucht: enige kilometers hoog
• Biosfeer: alle organismen, levend en dood op aarde
,Een 5 de reservoir/sfeer
• Antroposfeer = de menselijk sfeer
• Bestaat uit mensen, hun interesses en de impact die dit veroorzaakt in het systeem van de
aarde
• Denk aan
o Gebouwen
o Transport
o Luxegoederen
Voorbeeld van het complex gegeven: stikstof
Biosphere 2
• Hoe is de wisselwerking tussen mens en aarde en klimaat?
o Gebouwd in de woestijn van Arizona (1984-1987)
o Hoe kan alles perfect verlopen in gesloten
systeem?
o Opzetten van kolonie op andere planeet (Mars):
actueel!
o Wat zijn mogelijke problemen die zich in de
toekomst vd aarde gaan voordoen?
• Resultaat: gigantische flop
o Moeilijk na te bootsen
o Het wetenschappelijke aspect wordt gedomineerd door het commerciële aspect
• Geen evenwicht:
o Sterke CO2-schommelingen
o O2 daalde van 20,9 tot 14,5% (21% nodig voor leven)
o Meeste soorten stierven uit, pollinatie (bestuiving) weg
o Enkel opportunisten (ongedierte) overleefde: kakkerlakken, mieren, spintmijten
o Verschuiving van habitats
o Mens in moeilijkheden
CONCLUSIE: biosfeerinteracties complex en kwetsbaar
, • Op voorhand pistes aangegeven waardoor project zou falen
o CO2 concentratie te hoog om te overleven
o Nitraten zouden niet snel genoeg omgezet worden → vervuiling van het water
o Gewasziekte of insectenplaag
• O2 te kort was echter geen van die pistes, maar wel de oorzaak van het stoppen. Reden?
o Bacteriën die in atmosfeer met hogere CO2 in staat waren om componenten in de
cement gebaseerde wand van het gebouw af te breken met daarbij verhoogd O2
verbruik
Biosphere: vandaag de dag?
• University of Arizona
• Geen gesloten experimenten meer, wel nog steeds onderzoek naar interacties tussen de
verschillende sferen
o Impact op afwatering in een bodem
o Interactie van koraalrif met omgeving
o Interacties tussen bomen, land en lucht
Andere projecten
Melissa project
• Hoe kunnen we grondstoffen gaan recycleren via bacteriën?
• Op microbiologische manier
Interacties tussen de verschillende sferen
• Koppelingen in het systeem zijn
belangrijk
• Kan zowel via:
o Positieve koppeling
o Negatieve koppeling
o Feedback loop
• Bij feedback loop:
o Negatief
▪ Homeostase
▪ Dynamische evenwicht
▪ Bv. aarde die probeert
te herstellen
o Positief
▪ Vicieuze cirkel (zelf
versterkend effect)
▪ Bv. klimaatverandering
, Cyclus
• Elk subsysteem heeft typisch een dynamisch evenwicht
o Uitgebalanceerd
o Complex
• Bij veranderingen zal het systeem reageren waarbij het ene subsysteem vaak het andere
subsysteem gaat beïnvloeden
o Zonlicht verwarmt het water van een meer (hydrosfeer)
o Hierdoor ontstaat verdampingen komt het water in de lucht terecht (atmosfeer)
o Uiteindelijk zal door neerslag het water in de lucht terug neer komen op de aarde
(lithosfeer /hydrosfeer)
• Finaal wordt het evenwicht terug hersteld = cyclus
Cyclus: eenvoudig?
• Dergelijke cycli zijn niet eenvoudig
• Het water van het voorbeeld zal meer dan waarschijnlijk niet in datzelfde meer terecht
komen in eerste instantie
o Impact op het waterniveau van dat meer
• Op lange termijn en globaal gezien zal dit echter wel in orde komen → het systeem is globaal
gebalanceerd
• De aarde is een zelfregulerend systeem m.b.v. een negatieve feedback loop
o Door de mens meer extremen in de loop → kan opschuiven naar positieve feedback
loop
• Maar wat is de impact van de mens op dit systeem? En wat speelt er allemaal een rol?
Leven op aarde
Hiërarchische structuur van het leven
• Binnen het reservoir van de biota zijn verschillende niveaus te definiëren
• Dit start op niveau van organisme en dat gaat tot het reservoir biosfeer
o Organisme – populatie – gemeenschappen – ecosystemen – biomen – biosfeer
Energie als basis voor alle leven
• Energie :
o Is de basis voor alle leven
o maakt het verschil tussen leven en leven ondersteunende systemen en alle andere
elementen in het universum
• Twee belangrijk elementen bij energie
1. De functies van energie in het leven: vooral productie van biomassa in het ecosysteem
(fotosynthese)
2. De pathways langswaar energie doorheen het systeem stroomt en dus een cruciale rol
speelt
Examen: 1 vraag over inleiding, 2 vragen over water, 2 vragen over bodem, 2 vragen over lucht
INLEIDING
Earth system science
• De studie van de aarde kan als een afzonderlijke wetenschap beschouwd worden
• Enorm veel interacties tussen elk onderdeel
Aarde = gesloten
• Als we binnen deze context de aarde bestuderen dan kunnen
we dit zien als een (bijna volledig) gesloten systeem
o Zonlicht als energie input
▪ Bijna geen input (buiten zonlicht)
o Langgolflengte IR als output
o Minimale stromen van mineralen
• Consequentie
o Mineralen en grondstoffen op aarde= alles wat we
hebben
o Pollutie en vervuiling= permanent aanwezig
Aarde = open
• Ondanks dat de aarde een gesloten systeem is zijn de
processen op aarde wel een voorbeeld van een open
systeem
• Enorme interacties treden op tussen alle fase en
sferen met een focus op de regio waar wij leven
Wat is biosfeer?
De biosfeer is het leefgebied van alle aardse organismen; m.a.w. de biosfeer is het gedeelte vd aarde
waar leven mogelijk is.
4 grote reservoirs of sferen
• Hydrosfeer: water: strekt zich uit tot op zeer grote diepten
• Lithosfeer/geosfeer: bodem: met uitzondering voor bacteriën is deze enkele meters diep
• Atmosfeer: lucht: enige kilometers hoog
• Biosfeer: alle organismen, levend en dood op aarde
,Een 5 de reservoir/sfeer
• Antroposfeer = de menselijk sfeer
• Bestaat uit mensen, hun interesses en de impact die dit veroorzaakt in het systeem van de
aarde
• Denk aan
o Gebouwen
o Transport
o Luxegoederen
Voorbeeld van het complex gegeven: stikstof
Biosphere 2
• Hoe is de wisselwerking tussen mens en aarde en klimaat?
o Gebouwd in de woestijn van Arizona (1984-1987)
o Hoe kan alles perfect verlopen in gesloten
systeem?
o Opzetten van kolonie op andere planeet (Mars):
actueel!
o Wat zijn mogelijke problemen die zich in de
toekomst vd aarde gaan voordoen?
• Resultaat: gigantische flop
o Moeilijk na te bootsen
o Het wetenschappelijke aspect wordt gedomineerd door het commerciële aspect
• Geen evenwicht:
o Sterke CO2-schommelingen
o O2 daalde van 20,9 tot 14,5% (21% nodig voor leven)
o Meeste soorten stierven uit, pollinatie (bestuiving) weg
o Enkel opportunisten (ongedierte) overleefde: kakkerlakken, mieren, spintmijten
o Verschuiving van habitats
o Mens in moeilijkheden
CONCLUSIE: biosfeerinteracties complex en kwetsbaar
, • Op voorhand pistes aangegeven waardoor project zou falen
o CO2 concentratie te hoog om te overleven
o Nitraten zouden niet snel genoeg omgezet worden → vervuiling van het water
o Gewasziekte of insectenplaag
• O2 te kort was echter geen van die pistes, maar wel de oorzaak van het stoppen. Reden?
o Bacteriën die in atmosfeer met hogere CO2 in staat waren om componenten in de
cement gebaseerde wand van het gebouw af te breken met daarbij verhoogd O2
verbruik
Biosphere: vandaag de dag?
• University of Arizona
• Geen gesloten experimenten meer, wel nog steeds onderzoek naar interacties tussen de
verschillende sferen
o Impact op afwatering in een bodem
o Interactie van koraalrif met omgeving
o Interacties tussen bomen, land en lucht
Andere projecten
Melissa project
• Hoe kunnen we grondstoffen gaan recycleren via bacteriën?
• Op microbiologische manier
Interacties tussen de verschillende sferen
• Koppelingen in het systeem zijn
belangrijk
• Kan zowel via:
o Positieve koppeling
o Negatieve koppeling
o Feedback loop
• Bij feedback loop:
o Negatief
▪ Homeostase
▪ Dynamische evenwicht
▪ Bv. aarde die probeert
te herstellen
o Positief
▪ Vicieuze cirkel (zelf
versterkend effect)
▪ Bv. klimaatverandering
, Cyclus
• Elk subsysteem heeft typisch een dynamisch evenwicht
o Uitgebalanceerd
o Complex
• Bij veranderingen zal het systeem reageren waarbij het ene subsysteem vaak het andere
subsysteem gaat beïnvloeden
o Zonlicht verwarmt het water van een meer (hydrosfeer)
o Hierdoor ontstaat verdampingen komt het water in de lucht terecht (atmosfeer)
o Uiteindelijk zal door neerslag het water in de lucht terug neer komen op de aarde
(lithosfeer /hydrosfeer)
• Finaal wordt het evenwicht terug hersteld = cyclus
Cyclus: eenvoudig?
• Dergelijke cycli zijn niet eenvoudig
• Het water van het voorbeeld zal meer dan waarschijnlijk niet in datzelfde meer terecht
komen in eerste instantie
o Impact op het waterniveau van dat meer
• Op lange termijn en globaal gezien zal dit echter wel in orde komen → het systeem is globaal
gebalanceerd
• De aarde is een zelfregulerend systeem m.b.v. een negatieve feedback loop
o Door de mens meer extremen in de loop → kan opschuiven naar positieve feedback
loop
• Maar wat is de impact van de mens op dit systeem? En wat speelt er allemaal een rol?
Leven op aarde
Hiërarchische structuur van het leven
• Binnen het reservoir van de biota zijn verschillende niveaus te definiëren
• Dit start op niveau van organisme en dat gaat tot het reservoir biosfeer
o Organisme – populatie – gemeenschappen – ecosystemen – biomen – biosfeer
Energie als basis voor alle leven
• Energie :
o Is de basis voor alle leven
o maakt het verschil tussen leven en leven ondersteunende systemen en alle andere
elementen in het universum
• Twee belangrijk elementen bij energie
1. De functies van energie in het leven: vooral productie van biomassa in het ecosysteem
(fotosynthese)
2. De pathways langswaar energie doorheen het systeem stroomt en dus een cruciale rol
speelt
