Helena Adriaenssen
SAMENVATTING MILIEUCHEMIE
CHAPTER ONE: INLEIDING
EARTH SYSTEM SCIENCE
De studie van de aarde kan als een afzonderlijke wetenschap beschouwd worden
• Enorm veel interacties tussen elke onderdeel
• Bv: water verdampt à kan zijndat het pas 100den km verder neerslaat terug =
complex geg. puur om neerslag te beschrijven
BASIS SYSTEEM
Geïsoleerd systeem
§ Geen uitwisseling van energie of materie
§ Makkelijkste om te bestuderen.
Gesloten systeem
§ Dichtste bij een geïsoleerd systeem in de echte wereld
§ Typisch een systeem waar wel energie in door de grenzen kan gaan
maar geen materie
§ Interssant om te zien wat voor impact energie heeft om systeem
Open systeem
§ Systeem waar energie en materie vrij kan “bewegen”
§ dit gaat te complex worden want elke infklux en outflux heeft een impact
è aarde: gesloten systeem, E komt van de zon de aarde binnen
AARDE = GESLOTEN
Als we binnen deze context de aarde bestuderen dan kunnen we dit zien als een (bijna volledig) gesloten
systeem
§ Zonlicht als energie input
§ Lang golflengte IR als output
§ Minimale stromen van mineralen
Consequentie
§ Mineralen en grondstoffen op aarde = alles was we hebben
§ Pollutie en vervuiling = permanent aanwezig
§ Massabalans van systeem controleren/bestuderen è geen effect want enkel E
uitgewisseld
§ Alle processen OP aarde zelf = wel OPEN systeem
§ Vb plant eten è omzetten naar voedsel è wij groeien: illustreert dat materie wordt
uitgewisseld
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 met een focus op de regio waar wij leven
§ Dit bestuderen is dus heel complex want OPEN systeem met interacties.
1
,Helena Adriaenssen
WAT IS BIOSFEER?
De biosfeer is het leefgebied van alle aardse organismen m.a.w.: de biosfeer is het gedeelte van de aarde
waar leven mogelijk is
4 grote reservoirs of sferen:
§ Hydrosfeer = Water: strekt zich uit tot op zeer grote diepten
§ Geosfeer or lithosfeer = Bodem: met uitzondering voor bacteriën is deze enkele meters diep
§ Atmosfeer = Lucht: enkele kilometers hoogte
§ Biosfeer = alle organisme, levend en dood op aarde
Let op: Biosfeer wordt soms door elkaar gebruikt
§ (Bacterien kunnen super diep leven dus daarom uitzondering bij lithosfeer)
§ Soms wordt de biosfeer ook gewoon gezien als de aarde zelf
§ Belangrijk: tussen de verschillende sferen gaat er uitwisseling gebeuren.
Ook nog een 5de reservoir/sfeer
§ Antroposfeer = de menselijk sfeer, verhaal è alle zaken die wij als mens toevoegen aan het
systeem: gebouwen, transport,..
§ Bestaat uit mensen, hun interesses en de impact die dit veroorzaakt in het systeem van de
aarde
§ Denk aan:
§ Gebouwen
§ Transport
§ Luxegoederen
Voorbeeld van complex gegeven
Alle reacties in vb de stikstofcyclus: tussen de sferen uitgewissel: N2 uit
atmosfeer vb à opgenomen door bacterien die deze in plantten in de
bodem fixeren,…
Hoe bestudeer je de interacties nu eigenlijk?
è Zijn we in staat om aardsysteem te gaan nabootsen in gesloten
systeem en dan kijken of dit kan werken?
Gebouw: biosphere è enkel E dat extern kan komen oiv licht: in de kast zelf è open systeem
BIOSPHERE
Hoe is de wisselwerking tussen mens en aarde en klimaat
§ Gebouwd in de woestijn van Arizona (1984-1987)
§ Hoe kan alles perfect verlopen in gesloten systeem?
§ Opzetten van kolonie op andere planeet (Mars): actueel!
§ Wat zijn mogelijke problemen die zich in de toekomst van de aarde gaan voordoen
§ Project is een grandiose flop geworden
Biosphere 2
Hoe is de wisselwerking tussen mens en aarde en klimaat
§ Gestart als wetenschappelijk experiment in 1994 als Biosphere 2
§ In Biosphere 2 wordt het wetenschappelijke aspect gedomineerd door het commerciële
aspect
Geen evenwicht: In het gesloten systeem kreeg men de evenwichten niet onder concentraite
§ Sterke CO2 schommelingen
§ O2 daalde van 20,9 tot 14,5 %
§ Meeste soorten stierven uit, pollinatie weg
§ Kakkerlakken, mieren, spintmijten
§ Verschuiving van habitats
§ Mens in moeilijkheden
=> Biosfeerinteracties complex en kwetsbaar: aardsysteem probeert zijn eigen in stabnd te houden maar wij
nemen alle blokjes weg/verstoren evenwichten door klimaatverandering
Op voorhand pistes aangegeven waardoor project zou falen
2
,Helena Adriaenssen
§ CO2 concentratie te hoog om te overleven
§ Nitraten zouden niet snel genoeg omgezet worden à vervuiling van het water
§ Gewasziekte of insectenplaag
§ O2 te kort was echter geen van die pistes maar wel de oorzaak van het stoppen. Reden?
§ Bacteriën die in atmosfeer met hogere CO2 instaat waren om componenten in de cement
gebaseerde wand af te breken met daarbij verhoogd O2 verbruik.
Biopshere 2 mission
§ To serve as a center for research, outreach, teaching and life-long learning about Earth, its living
systems, and its place in the universe.
§ Catalyze interdisciplinary thinking and understanding about Earth and its future;
§ Be an adaptive tool for Earth education and outreach to industry, government, and the public;
§ Distill issues related to Earth systems planning and management for use by policymakers, students
and the public.
Biosphere 2: Nu?
University of Arizona
Geen gesloten experimenten meer, wel nog steeds onderzoek naar interacties tussen de
verschillende sferen
§ Impact op afwatering in een bodem
§ Interactie van koraalrif met omgeving
§ Interacties tussen bomen, land en lucht
§ Ook breder open voor bezoek etc. (zie aflevering De Mol)
§ www.biosphere2.org
ANDERE PROJECTEN
NK
INTERACTIES TUSSEN DE VERSCHILLENDE SFEREN
Koppelingen in het systeem zijn belangrijk
Kan zowel positieve, negatieve of via feedback loop gaan
Bij feedback loop
§ Negatief: homeostase of dynamische evenwicht
§ Positief: vicieuze cirkel (zelf versterkend effect)
Vb: Dekentje è over jou trekken è lichaam warmt op = positief
Je hebt het koud è gaat dekentje pakken è lichaam warmt op = negatief
Feedback systeem: je hebt het koud gaat deken nemen è opwarmen è te warm è terug deken wegdoen è
terug kouden,…
In feedback loop: zowel pos. Als neg. effect è dynamisch evenwicht
Positief: visceuze cirkel= gevaarlijk want op den duur gaat systeem uit evenwicht
verdwijnen
Vb feedback golfstroom
Systeem dat zorgt voor huidige temperaturen in Europa
Vanuit zuidelijke atlantische oceaan: warm water ontstaat dat ook vrij zout is
è Stroom onstaat: warm water richting onze contreien. è hier koelt het af
è water nog zouter: zeer dens: gaat zakken è koude water gaat dus zakken
om daarna terug te stromen ONDER water naar het zuiden terug.
3
, Helena Adriaenssen
GOLFSTROOM: PRINCIPE
1)Warmwater stroomt richting Noorden
2)Warmte wordt afgegeven in het Noorden
§ Afkoeling van het water
§ Opconcentratie van zout
3)Water wordt denser - zakt naar beneden
4)Gaat onderaan terug
=> Grootste waterval ter wereld (4000m)
Vertragen:
1) Smelten van ijs => vrijgave van zoetwater
2) Hierdoor verdunning van het zoutgehalte --> water minder dens
3) Gevolg is dat het water minder snel zakt en terugstroomt =>
afname van het debiet
4) Extra gevolg er komt steeds minder water toe dat zout is =>
water nog minder dens
5) Resultaat: Verstreking van het effect = Positieve feedback
Wat is de oorzaak? Klimaatverandering
Gevolg:
§ Neerslag in de Sahel Regio
§ Monsoon op andere tijdstippen
§ Toename in orkaan activiteit in Atlantische oceaan
§ Opname van CO2 kan verminderen
§ Stijging van het zee niveau in de Noord-Atlantische oceaan en daling in Zuid-Atlantische
oceaan
§ Maar niet allemaal eenduidig => Zeker geen scenario’s zoals in de Day after Tomorrow
CYCLUS
Elk subsysteem heeft typisch een dynamisch evenwicht
§ Uitgebalanceerd
§ Complex
Bij veranderingen zal het systeem reageren waarbij het ene subsysteem vaak het andere subsysteem gaat
beïnvloeden
§ Zonlicht verwarmt het water van een meer (hydrosfeer)
§ Hierdoor ontstaat verdamping en komt het water in de lucht terecht (atmosfeer)
§ Uiteindelijk zal door neerslag het water in de lucht terug neerkomen 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
§ 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 mbv een negatieve feedback loop
4
SAMENVATTING MILIEUCHEMIE
CHAPTER ONE: INLEIDING
EARTH SYSTEM SCIENCE
De studie van de aarde kan als een afzonderlijke wetenschap beschouwd worden
• Enorm veel interacties tussen elke onderdeel
• Bv: water verdampt à kan zijndat het pas 100den km verder neerslaat terug =
complex geg. puur om neerslag te beschrijven
BASIS SYSTEEM
Geïsoleerd systeem
§ Geen uitwisseling van energie of materie
§ Makkelijkste om te bestuderen.
Gesloten systeem
§ Dichtste bij een geïsoleerd systeem in de echte wereld
§ Typisch een systeem waar wel energie in door de grenzen kan gaan
maar geen materie
§ Interssant om te zien wat voor impact energie heeft om systeem
Open systeem
§ Systeem waar energie en materie vrij kan “bewegen”
§ dit gaat te complex worden want elke infklux en outflux heeft een impact
è aarde: gesloten systeem, E komt van de zon de aarde binnen
AARDE = GESLOTEN
Als we binnen deze context de aarde bestuderen dan kunnen we dit zien als een (bijna volledig) gesloten
systeem
§ Zonlicht als energie input
§ Lang golflengte IR als output
§ Minimale stromen van mineralen
Consequentie
§ Mineralen en grondstoffen op aarde = alles was we hebben
§ Pollutie en vervuiling = permanent aanwezig
§ Massabalans van systeem controleren/bestuderen è geen effect want enkel E
uitgewisseld
§ Alle processen OP aarde zelf = wel OPEN systeem
§ Vb plant eten è omzetten naar voedsel è wij groeien: illustreert dat materie wordt
uitgewisseld
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 met een focus op de regio waar wij leven
§ Dit bestuderen is dus heel complex want OPEN systeem met interacties.
1
,Helena Adriaenssen
WAT IS BIOSFEER?
De biosfeer is het leefgebied van alle aardse organismen m.a.w.: de biosfeer is het gedeelte van de aarde
waar leven mogelijk is
4 grote reservoirs of sferen:
§ Hydrosfeer = Water: strekt zich uit tot op zeer grote diepten
§ Geosfeer or lithosfeer = Bodem: met uitzondering voor bacteriën is deze enkele meters diep
§ Atmosfeer = Lucht: enkele kilometers hoogte
§ Biosfeer = alle organisme, levend en dood op aarde
Let op: Biosfeer wordt soms door elkaar gebruikt
§ (Bacterien kunnen super diep leven dus daarom uitzondering bij lithosfeer)
§ Soms wordt de biosfeer ook gewoon gezien als de aarde zelf
§ Belangrijk: tussen de verschillende sferen gaat er uitwisseling gebeuren.
Ook nog een 5de reservoir/sfeer
§ Antroposfeer = de menselijk sfeer, verhaal è alle zaken die wij als mens toevoegen aan het
systeem: gebouwen, transport,..
§ Bestaat uit mensen, hun interesses en de impact die dit veroorzaakt in het systeem van de
aarde
§ Denk aan:
§ Gebouwen
§ Transport
§ Luxegoederen
Voorbeeld van complex gegeven
Alle reacties in vb de stikstofcyclus: tussen de sferen uitgewissel: N2 uit
atmosfeer vb à opgenomen door bacterien die deze in plantten in de
bodem fixeren,…
Hoe bestudeer je de interacties nu eigenlijk?
è Zijn we in staat om aardsysteem te gaan nabootsen in gesloten
systeem en dan kijken of dit kan werken?
Gebouw: biosphere è enkel E dat extern kan komen oiv licht: in de kast zelf è open systeem
BIOSPHERE
Hoe is de wisselwerking tussen mens en aarde en klimaat
§ Gebouwd in de woestijn van Arizona (1984-1987)
§ Hoe kan alles perfect verlopen in gesloten systeem?
§ Opzetten van kolonie op andere planeet (Mars): actueel!
§ Wat zijn mogelijke problemen die zich in de toekomst van de aarde gaan voordoen
§ Project is een grandiose flop geworden
Biosphere 2
Hoe is de wisselwerking tussen mens en aarde en klimaat
§ Gestart als wetenschappelijk experiment in 1994 als Biosphere 2
§ In Biosphere 2 wordt het wetenschappelijke aspect gedomineerd door het commerciële
aspect
Geen evenwicht: In het gesloten systeem kreeg men de evenwichten niet onder concentraite
§ Sterke CO2 schommelingen
§ O2 daalde van 20,9 tot 14,5 %
§ Meeste soorten stierven uit, pollinatie weg
§ Kakkerlakken, mieren, spintmijten
§ Verschuiving van habitats
§ Mens in moeilijkheden
=> Biosfeerinteracties complex en kwetsbaar: aardsysteem probeert zijn eigen in stabnd te houden maar wij
nemen alle blokjes weg/verstoren evenwichten door klimaatverandering
Op voorhand pistes aangegeven waardoor project zou falen
2
,Helena Adriaenssen
§ CO2 concentratie te hoog om te overleven
§ Nitraten zouden niet snel genoeg omgezet worden à vervuiling van het water
§ Gewasziekte of insectenplaag
§ O2 te kort was echter geen van die pistes maar wel de oorzaak van het stoppen. Reden?
§ Bacteriën die in atmosfeer met hogere CO2 instaat waren om componenten in de cement
gebaseerde wand af te breken met daarbij verhoogd O2 verbruik.
Biopshere 2 mission
§ To serve as a center for research, outreach, teaching and life-long learning about Earth, its living
systems, and its place in the universe.
§ Catalyze interdisciplinary thinking and understanding about Earth and its future;
§ Be an adaptive tool for Earth education and outreach to industry, government, and the public;
§ Distill issues related to Earth systems planning and management for use by policymakers, students
and the public.
Biosphere 2: Nu?
University of Arizona
Geen gesloten experimenten meer, wel nog steeds onderzoek naar interacties tussen de
verschillende sferen
§ Impact op afwatering in een bodem
§ Interactie van koraalrif met omgeving
§ Interacties tussen bomen, land en lucht
§ Ook breder open voor bezoek etc. (zie aflevering De Mol)
§ www.biosphere2.org
ANDERE PROJECTEN
NK
INTERACTIES TUSSEN DE VERSCHILLENDE SFEREN
Koppelingen in het systeem zijn belangrijk
Kan zowel positieve, negatieve of via feedback loop gaan
Bij feedback loop
§ Negatief: homeostase of dynamische evenwicht
§ Positief: vicieuze cirkel (zelf versterkend effect)
Vb: Dekentje è over jou trekken è lichaam warmt op = positief
Je hebt het koud è gaat dekentje pakken è lichaam warmt op = negatief
Feedback systeem: je hebt het koud gaat deken nemen è opwarmen è te warm è terug deken wegdoen è
terug kouden,…
In feedback loop: zowel pos. Als neg. effect è dynamisch evenwicht
Positief: visceuze cirkel= gevaarlijk want op den duur gaat systeem uit evenwicht
verdwijnen
Vb feedback golfstroom
Systeem dat zorgt voor huidige temperaturen in Europa
Vanuit zuidelijke atlantische oceaan: warm water ontstaat dat ook vrij zout is
è Stroom onstaat: warm water richting onze contreien. è hier koelt het af
è water nog zouter: zeer dens: gaat zakken è koude water gaat dus zakken
om daarna terug te stromen ONDER water naar het zuiden terug.
3
, Helena Adriaenssen
GOLFSTROOM: PRINCIPE
1)Warmwater stroomt richting Noorden
2)Warmte wordt afgegeven in het Noorden
§ Afkoeling van het water
§ Opconcentratie van zout
3)Water wordt denser - zakt naar beneden
4)Gaat onderaan terug
=> Grootste waterval ter wereld (4000m)
Vertragen:
1) Smelten van ijs => vrijgave van zoetwater
2) Hierdoor verdunning van het zoutgehalte --> water minder dens
3) Gevolg is dat het water minder snel zakt en terugstroomt =>
afname van het debiet
4) Extra gevolg er komt steeds minder water toe dat zout is =>
water nog minder dens
5) Resultaat: Verstreking van het effect = Positieve feedback
Wat is de oorzaak? Klimaatverandering
Gevolg:
§ Neerslag in de Sahel Regio
§ Monsoon op andere tijdstippen
§ Toename in orkaan activiteit in Atlantische oceaan
§ Opname van CO2 kan verminderen
§ Stijging van het zee niveau in de Noord-Atlantische oceaan en daling in Zuid-Atlantische
oceaan
§ Maar niet allemaal eenduidig => Zeker geen scenario’s zoals in de Day after Tomorrow
CYCLUS
Elk subsysteem heeft typisch een dynamisch evenwicht
§ Uitgebalanceerd
§ Complex
Bij veranderingen zal het systeem reageren waarbij het ene subsysteem vaak het andere subsysteem gaat
beïnvloeden
§ Zonlicht verwarmt het water van een meer (hydrosfeer)
§ Hierdoor ontstaat verdamping en komt het water in de lucht terecht (atmosfeer)
§ Uiteindelijk zal door neerslag het water in de lucht terug neerkomen 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
§ 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 mbv een negatieve feedback loop
4
