LE 3 Flashcards
(38 cards)
(3.1) Uit te leggen hoe de langzame en snelle circulatie van elementen verlopen.
De langzame circulatie van elementen verloopt via de lithosfeer en speelt zich daardoor op letterlijk geologische tijdschaal af. Een voorbeeld is de gesteente cyclus (langzaam anorganisch/cyclus van sedimentatie) en kringlopen van minerale elementen waaronder ook fosfor (P) en essentiële mirco-nutriënten voor planten zoals belangrijke metaalionen. Ook de vorming van fossiele brandstoffen is een voorbeeld van langzame circulatie (langzame organische kringloop) van elementen (koolstof, C) alsmede het vastgelegd worden van koolstof in calciumcarbonaat in de skeletten van zeedieren en latere afzetting als krijtgesteente.
Vijf elementen circuleren vrij snel door de biosfeer. Waterstof (H). Zuurstof (O). Koolstof (C). Stikstof (N). Zwavel (S). Deze elementen hebben hun grote mobiliteit te danken aan het vermogen om stabiele gasvormige verbindingen aan te gaan, zodat ze snel door de atmosfeer verplaatst kunnen worden.
(3.1) voorbeelden te noemen van snelle elementkringlopen in de biosfeer (bijvoorbeeld van het element C in koolstofdioxide).
Vijf elementen circuleren vrij snel door de biosfeer. Waterstof (H). Zuurstof (O). Koolstof (C). Stikstof (N). Zwavel (S). Deze elementen hebben hun grote mobiliteit te danken aan het vermogen om stabiele gasvormige verbindingen aan te gaan, zodat ze snel door de atmosfeer verplaatst kunnen worden.
Fotosynthetiserende micro-organismen en planten nemen bijvoorbeeld CO2 op, welke weer terugkeert in de atmosfeer door verbranding in heterotrofe organismen die de gebonden energie van fotosynthetiserende organismen als voedsel verbruiken.
(3.1) Voorbeelden te noemen van langlopende geologische processen (bijvoorbeeld opsluiting van het koolstof in het proces dat leidde naar het ontstaan van fossiele brandstoffen).
Cyclus van sedimentatie.
Minerale elementen, zoals fosfor (P) en essentiële micronutriënten voor planten maken deel uit van het grote natuurlijke cyclische proces van gesteentevorming, afbraak en sedimentatie. It is een langzame anorganische kringloop.
Vorming fossiele brandstoffen. Dit is een langzame organische kringloop. De vorming van fossiele brandstoffen vind plaats onder anoxische omstandigheden waarbij organisch materiaal (humus) wordt omgezet tot kolen, olie en gas door onvolledige afbraak en door de vorming van sedimentlagen onder toename van druk en/of temperatuur.
Calciumcarbonaat. De vorming van skeletten van zeedieren bindt koolstof, wat als ‘marine snow’ kan neerslaan op de zeebodem en uiteindelijk als chemische afzetting onder druk kan leiden tot de vorming van pakketten krijtgesteenten.
(3.1) Het verband tussen snelle en langzame kringlopen aan te geven.
De aarde is een nagenoeg gesloten systeem (in thermodynamische termen betekend dit dat er wel energie maar geen materie wordt uitgewisseld). Hierdoor beïnvloeden de kringlopen elkaar op verschillende wijzen. Zo kan door menselijk handelen CO2 in de lucht komen die eerder deelnam aan de langzame kringloop van koolstof (als fossiele brandstof) en nu in de snelle kringloop terechtkomt. Ook vulkaanuitbarstingen kunnen stoffen uit de langzame (gesteente-)kringloop halen en aan de snelle kringloop toevoegen. Andersom kunnen stoffen uit de snelle kringloop in de langzame kringloop terechtkomen, zoals het neerslaan van calciumcarbonaat en de sedimentatie tot krijtgesteente.
(3.1) Uit te leggen wat de grote mobiliteit van de elementen koolstof, stikstof en zwavel in de snelle kringlopen betekent voor het in stand houden van de biosfeer.
De grote mobiliteit van deze stoffen maakt de biosfeer dynamisch, maar ook relatief stabiel en duurzaam. Zonder een snelle en constante aanvoer van deze stoffen zou veel van het leven op aarde uitsterven. Biodiversiteit is van groot belang voor het functioneren van de biosfeer die op haar beurt een rol speelt bij de snelle circulatie van de vijf elementen die onmisbaar zijn voor het voortbestaan van de biosfeer zelf, wat we als dienst scharen onder de life supportfuncties van een goed functionerende biosfeer.
(3.1) Uit te leggen wat het belang van biodiversiteit en adaptatie is voor het functioneren van de toekomstige biosfeer.
Biodiversiteit is van groot belang voor het functioneren van de biosfeer die op haar beurt een rol speelt bij de snelle circulatie van de vijf elementen die onmisbaar zijn voor het voortbestaan van de biosfeer zelf, wat we als dienst scharen onder de life supportfuncties van een goed functionerende biosfeer. Adaptatie is het aanpassingsvermogen van de biosfeer aan veranderen omstandigheden. Hoe groter de biodiversiteit, hoe groter het adaptatievermogen. Hoe groter het adaptatievermogen, hoe groter de kans dat de toekomstige biosfeer blijft voortbestaan en goed blijft functioneren.
(3.1) Uit te leggen wat we verstaan onder ecosysteemdiensten en life support functies.
Dit zijn alle biotische en abiotische processen die nodig zijn om het leven op aarde te laten functioneren. Ecosysteemdiensten zijn in het specifiek antropocentrisch en nemen de mens als middelpunt, de ‘goederen en diensten’ die een ecosysteem leveren.
(3.1) De drijvende kracht achter de snelle elementkringloop te beschrijven.
Alle vijf elementenkringlopen worden in stand gehouden door energie, welke voornamelijk komt uit zonnestraling en door fotosynthese wordt vastgelegd in chemische energie. Deze bron van energie kan allerlei andere stappen die energie kosten mogelijk maken, zoals stikstoffixatie door bacteriën.
(3.2) Uit te leggen dat biogeochemische processen (stofstromen) waaraan chemische elementen deelnemen een cyclisch karakter hebben en zich daarmee onderscheiden van energiestromen die binnen een ecosystemen één kant uitgaan.
Karakteristiek voor de energiestroom in ecosystemen is dat deze één kant opgaat: lichtenergie wordt geabsorbeerd en dankzij het fotosyntheseproces wordt deze energie omgezet in chemisch gebonden energie en tijdelijk vastgelegd in biomassa welke wordt doorgegeven in voedselketens en tenslotte als warmte weer vrij komt bij verbranding.
Stofstromen, daarentegen, hebben een cyclisch karakter. Een klein, bewegelijk gedeelte, van de beschikbare chemische elementen neemt deel aan biogeochemische processen en wordt voortdurend uitgewisseld tussen het milieu en de daarin levende organismen. Hoewel in ecosystemen min of meer gesloten kringlopen kunnen bestaan, verschillen deze systemen sterk in hun capaciteit om stoffen, zoals essentiële nutriënten, vast te houden.
(3.2) Aan te geven welke elementen worden omschreven als macronutriënten (en niet als micro- en spoornutriënten).
Macronutriënten zoals C (koolstof), H (waterstof), O (zuurstof), N (stikstof), P (fosfor) en S (zwavel) nemen zeer intensief deel aan biogeochemische cycli.
Micro- of spoornutriënten worden door organismen met veel geringere intensiteit omgezet.
Belangrijke uitzonderingen hierop zijn Fe (ijzer), Mn (mangaan), Ca (calcium) en Si (silicium).
(3.2) De begrippen compartiment, reservoir, flux, verblijftijd en steady-state te omschrijven.
Compartiment
Onderscheiden stofvoorraden op mondiaal niveau van de elementenkringloop.
De voornaamste categorieën zijn land, aardkorst, oceaan en atmosfeer.
Reservoir
De hoeveelheid van een element-bevattende verbinding in een compartiment.
Flux De verandering (afname of toename) van de hoeveelheid element-bevattende verbinding van een reservoir als gevolg van biogeochemische processen.
Verblijftijd
De gemiddelde tijdsduur gedurende welke een element in een bepaalde vorm in een reservoir verblijft.
Steady-state
Een situatie waarbij de instroom in het reservoir even groot is als de uitstroom.
(3.2) De relatie aan te geven tussen stofkringlopen en de gesteentekringloop, als langzaam fysisch en chemisch proces.
Fysische en chemische processen bepalen de kringloop van gesteenten, die zijn opgebouwd uit mineralen, waarbij de elementen zuurstof en silicium ruim 75% van de massa van de aardkorst innemen. De meeste mineralen zijn silicaten (verbindingen van silicium en zuurstof zoals kwarts, SiO2).
Onder invloed van de atmosfeer (neerslag, wind, temperatuurverschillen) en begroeiing (wortelvorming) valt dit gesteente uit elkaar. Dit heet verwering.
Verweerd gesteente wordt getransporteerd en afgezet en door zwaartekracht omgezet tot sedimentatie op de bodem van de oceaan.
Pas miljoenen jaren later kan, bij een eventuele botsing tussen twee lithosfeerplanten, sedimenten weer omhoog komen om een nieuw gebergte te vormen en de cyclus opnieuw te beginnen.
Stoffen uit de andere stofkringlopen kunnen aan deze kringloop deelnemen doordat ze worden opgenomen in het sediment van het gesteente (zoals fossiele brandstoffen en krijtgesteente).
(3.2) De relatie aan te geven tussen stofkringlopen en snelle biologische processen (zoals fotosynthese en redoxreacties voor energievoorziening) die deel uitmaken van die stofkringlopen.
Fotosynthese en redoxreacties zijn voor het voorbestaan van leven cruciale snelle biologische processen binnen de stofkringlopen. De aanwezigheid van de elementen waterstof, zuurstof, koolstof, stikstof en zwavel in levende organismen zorgt ervoor dat deze aan elkaar gekoppeld zijn in de stofkringlopen.
(3.2) Een eenvoudige beschrijving te geven van de kringlopen van water, zuurstof en waterstof en elk van deze kringlopen te plaatsen in het geheel van materiestromen.
Water
Water verdampt uit de oceaan en andere wateroppervlakken en transpireert uit het aardoppervlak, wordt getransporteerd in dampvorm tot her neerslaat en terugstroomt naar de oceaan via het aardoppervlak. Een deel sijpelt door en komt door afwatering terecht in het grondwater, waarna het ondergronds terugstroomt naar de oceaan. Het is vormt een belangrijke rol als oplosmiddel (en warmteregelaar) warmee het bijdraagt aan de andere kringlopen.
Zuurstof / waterstof.
Zuurstof (als O2 uit de atmosfeer) wordt gebruikt bij verbranding van organische stoffen in heterotrofe organismen en omgezet tot CO2, wat door autotrofe organismen met behulp van fotosynthese omgezet kan worden tot nieuwe organische stoffen nieuw O2. Voor waterstof is water het belangrijkste reservoir en waterstof speelt mij bij fotosynthese en aërobe ademhaling. Water als H2O is ook voor zuurstof een belangrijk reservoir.
(3.2) Uit te leggen hoe de cycli aan elkaar zijn gekoppeld en waarom micro-organismen zo’n voorname rol spelen in de cycli van de elementen die voor het leven noodzakelijk zijn.
Micro-organismen zijn een belangrijke schakel in afbraakprocessen van organisch materiaal door de (microbiële) ademhalingsprocessen. Onder anoxische omstandigheden (zonder zuurstof) fungeren nitraat, sulfaat en koolstofdioxide als terminale elektron-acceptor waardoor koppeling van de cycli van elementen zuurstof, stikstof en zwavel plaatsvind aan de koolstofcyclus.
Verschillende processen in de kringlopen van C, N en S worden uitsluitend door micro-organismen uitgevoerd, zoals methaanvorming in de koolstofcyclus, stikstoffixatie in de stikstofcyclus en de sulfide-oxidatie in de zwavelcyclus.
(3.3) Uit te leggen waarom koolstof het belangrijkste element is van de biosfeer.
Het maakt bijna de helft uit van alle droge biomassa en staat aan de basis van de korte koolstofkringloop waarin de relatief snelle uitwisseling van het element tussen atmosfeer, biosfeer en hydrosfeer centraal staat.
(3.3) Te beschrijven welke koolstofreservoirs we onderscheiden in welke compartimenten en hoe ze ontstaan.
De drie belangrijkste vaste koolstofverbindingen zijn calciet (calciumcarbonaat, CaCO3), dolomiet (calcium/magnesiumcarbonaat, CaMg(CO3)2 in carbonaathoudende gesteenten en sedimenten en organisch materiaal aangeduid in algemene vorm als (CH2O) dat voorkomt in fijn verdeelde organische resten in sedimenten of als fossiele brandstoffen en als biomassa.
Het voornaamste koolstofhoudende gas in de atmosfeer is CO2, met daarnaast nog minieme hoeveelheden CO (koolstofmonoxide) en CH4 (methaan).
In water opgelost CO2 geeft de volgende verbindingen: koolzuur (H2CO3) en de ionen HCO3- (bicarbonaat) en CO32- (carbonaat). Naar welke meestal wordt gerefereerd het totaal opgelost carbonaat.
(3.3) Van elk koolstofreservoir aan te geven (1) in welke vorm (en verbinding) koolstof voorkomt, en (2) van welke snelle of langzame kringloop dit reservoir deel uitmaakt.
Figuur 3.3.1
Atmosfeer heeft CH4, CO en CO2, alleen deel van de snelle kringloop.
Land heeft zowel levend als dood organisch materiaal, beide deel van de snelle kringloop.
Oceanen hebben levend en dood organisch materiaal, onderdeel van de snelle kringloop.
Daarnaast hebben oceanen anorganisch materiaal, (lange kringloop ~ 100 000 jaar).
Sedimenten en gesteenten hebben koolstof dat uitsluitend van de lange kringloop deel uitmaakt.
(3.3) Uit te leggen wat de drijvende kracht is van de korte koolstofkringloop op het land, in de oceanen en in de atmosfeer, en daarnaast voor land en oceanen uit te leggen welke processen leiden tot de lange koolstofkringloop.
Fotosynthese staat centraal in (is de drijvende kracht van) de korte koolstofkringloop en wordt gedefinieerd als de uitwisseling van koolstof tussen de atmosfeer, biosfeer en hydrosfeer. Het vormen van sedimenten van krijtgesteente en de vorming van fossiele brandstoffen leiden tot de lange koolstofkringloop.
(3.3) Uit te leggen waarom nitraat en fosfaat groeibeperkendegroei beperkende nutriënten zijn.
Nitraten (NO3-) en fosfaten (HPO42-) zijn nodig voor fotosynthetiserende organismen. Als deze niet in voldoende mate beschikbaar zijn is fotosynthese niet langer mogelijk.
(3.3) De korte koolstofkringloop te beschrijven op land, in de oceaan en in de atmosfeer.
BINAS 93F
Op het land vind voornamelijk fotosynthese plaats bij planten, in de oceaan door fytoplankton. Beide maken gebruik van CO2, als gas of opgelost in water. Dit wordt omgezet in organisch materiaal en zuurstof.
(3.3) Aan de hand van een overzicht van de korte koolstofkringloop (figuur 3.3.2) de fluxen naar lithosfeer aan te geven en de relatieve grootte van die fluxen te interpreteren indien vergeleken met fluxen tussen andere compartimenten.
Slechts een zeer klein gedeelte van de koolstof in de korte koolstofkringloop wordt opgenomen in de lithosfeer (de aardkorst en het bovengedeelte van de mantel) doordat het neerslaat als calciet of door sedimentatie van dood organisch materiaal. Verreweg het grootste gedeelte blijft in de biosfeer als biomassa (levende en dode organische massa) en het grootste gedeelte van het vrij beschikbare gedeelte (hoewel in absolute aantallen weinig) bevind zich in de atmosfeer.
(3.3) Uit te leggen hoe koolstof vanuit de langzame kringloop weer deel kan uitmaken van de snelle kringloop.
Op het moment gebeurd dit vooral door verbranding van fossiele brandstoffen. Het kan ook gebeuren doordat sedimenten opgegeven worden doordat platen tegen elkaar botsen vanwege de platentektoniek of door uitbarstingen door eenzelfde platentektoniek.
(3.3) De belangrijkste verstoringen van het atmosferisch CO2-gehalte, alsook de gevolgen daarvan in verleden, heden en toekomst aan te geven.
Verbranding van fossiele brandstoffen zorgt voor een versterkt broeikaseffect, verzuring van de oceanen en een stijgende zeespiegel en extremere weersveranderingen.
