Hoofdstuk 7 en 8

Negen planeten
In het midden van ons zonnestelsel staat de zon. Tussen zon en aarde staan Mercurius en Venus? binnenplaneten. Planeten die verder weg staan zijn buitenplaneten. Tussen Mars en Jupiter? gordel van duizenden brokstukken?planetoïden. Planeten: Zon, Mercurius, Venus, Aarde, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus, Pluto, Sedna.

Verkenningen in het zonnestelsel
Venus?Russische ruimtesondes. Mars?Amerikaanse ruimtesondes. In 1977 stuurt de NASA 2 ruimtescheepjes naar Jupiter en Saturnus, daarna door naar Uranus en Neptunus. Voyager eerst langs Venus. Telkens langs planeet?sneller doordat zwaartekracht van de planeet aan hem trok.

§ 7.3 Het heelal Stralende gasbollen
De zon is het grootste hemellichaam met een diameter van ongeveer een miljoen km. De zon is een ster. Ze staat heel dichtbij. De diameter van de ster Betelgeuze in het sterrenbeeld Orion is ongeveer 750x zo groot als de zon. Sterren geven licht. Planeten weerkaatsen licht. Sterren zijn heel heet, duizenden graden aan het oppervlak. Zo heet?heel groot?grote zwaartekracht. Binnenin sterren hoge druk en hoge temperatuur. Aan oppervlakte is zon 5500 °C, binnenin 15 miljoen °C. Bestaan uit gloeiende hete gassen, vooral waterstof. In sterkern botsen waterstofatomen hard en snel tegen elkaar?kernfusie?atomen smelten samen tot groter atoom?heliumatoom?bij klap komt energie vrij in vorm van warmte en licht? in de zon wordt per seconde 600 miljard kg waterstof omgezet in helium.

Afstanden in het heelal
Afstand tussen zon en aarde is ongeveer 150 miljoen km. Lichtsnelheid: 300.000 km/s. Zonlicht is 500 seconden naar de aarde onderweg. Licht van Pluto is 5.5 uur onderweg. Sterrenkundigen noemen de afstand die het licht in één jaar aflegt een lichtjaar. Sterlicht dat in je oog valt, toont je de ster zoals hij was op het moment dat hij werd uitgezonden.

Groepen van sterren
Melkweg: een soort lichte band aan de hemel. Hij bestaat uit vele duizenden sterren. De sterren zijn dus niet gelijkmatig verdeeld. Nederlander J.C. Kapteyn bepaalde in de 19e eeuw jarenlang van duizenden sterren de richting en afstand. Hij maakte een driedimensionaal model. De sterren bleken in een soort afgeplatte schijf te liggen.

Melkwegstelsels
Kapteyn dacht dat zijn model het hele heelal besloeg. De Amerikaan Hubble ontdekte dat sommige nevels op een veel te grote afstand stonden om nog bij het melkwegstelsel te horen. Grote nieuwe telescopen en veel onderzoek toonde aan dat deze nevels zelf ook melkwegstelsels waren, elk met vele miljarden sterren. Onze melkweg bestaat uit meer dan 100 miljard sterren en er zijn wel meer dan 100 miljard van zulke sterrenstelsels. Je hebt bijv. een elliptisch steler, een spiraalsteler en een onregelmatig stelsel. Onze melkweg is een spiraalstelsel.

Een uitdijend heelal
De wet van Hubble: regelmatigheid in het heelal. Hoe verder een verafgelegen sterrenstelsel van ons vandaan is, hoe sneller het zich van de aarde af beweegt. De snelheid van een sterrenstelsel is heel nauwkeurig te bepalen. Ook afstanden zijn nauwkeurig vast te stellen dankzij de wet van Hubble. Alles in het heelal beweegt zich van elkaar af.

De oerknal
15 miljard jaar geleden was alles in het heelal nog op één plaats. Er vond toen een soort explosie plaats waardoor het heelal ontstond?Oerknal/Big Bang.

Ontstaan van het zonestelsel
Vlak na de Oerknal was er in het heelal alleen maar waterstofgas. Op sommige plaatsen was de dichtheid iets groter. Het gas trok onder invloed van zwaartekracht samen?sterrenstelsels gevormd?wolken draaiden langzaam rond en roteerden sneller?platte schijven ontstonden. Uit plaatselijke verdichtingen van het waterstofgas in de sterrenstelsels ontstonden sterren?ook de zon ontstond zo?tijdens kleiner worden van de gaswolk waaruit de zon ontstond, platte deze steeds meer af. Buiten het centrum ontstonden samenklonteringen?planeten. Het zonnestelsel bestaat uit meer elementen dan waterstof?voordat de zon er was waren er in de melkweg al veel sterren gevormd en ontploft?ook zwaardere atoomsoorten die in sterren waren ontstaan waren de ruimte ingeslingerd?zon moet ontstaan zijn uit gaswolk verrijkt met elementen uit andere sterren?zon is tweede-generatie-ster.

§7.4 Beter waarnemen Observatie was vroeger de enige mogelijkheid om kennis te krijgen.

Beperkingen van het oog
In een lichte ruimte zijn je pupillen klein, anders valt er teveel licht in je ogen. In een donkere ruimte zijn ze groot. Om zwak schijnende sterren te kunnen opvangen gebruik je een telescoop?vergrootglas?licht wordt gebundeld dat in het brandpunt van de lens er doorheen valt. Een telescoop vangt meer licht op.

Beter vergelijken
Nadeel telescoop: je kunt een waarneming niet bewaren. Ontwikkeling fotografie in de 19e eeuw kwam goed van pas voor sterrenkundigen?fototoestel aan telescoop?beter vergelijken en nauwkeuriger. In 1930 werd Pluto ontdekt door foto’s die met een tussenpoos zijn gemaakt.

Langer belichten
Fototoestel kan op 2 manieren meer licht op het negatief vallen: 1. grotere lensopening 2. langer belichten door sluiter open te laten staan?meer details?sterren+ gas- en stofwolken.

Beperkingen van de fotografie - lastig foto in computer bestand om te zetten - moeilijk af te leiden van foto’s hoeveel licht er werd opgevangen - fotografische film niet voor elke golflengte even gevoelig? meten is dan lastig.

Sneller en nauwkeuriger is de ccd-chip?Charged Coupled Device?tienduizenden lichtgevoelige cellen?geven elektrisch signaaltje af als er licht op valt?verwerkt signaaltje tot digitaal signaal en zendt het naar een computer. Waarnemingen zijn dus rechtstreeks op te slaan als computerbestand.

De ccd-chip in het brandpunt van een telescoop zet zo het op de chip geprojecteerde beeld direct om in een digitaal beeld: - eenvoudig en snel waarnemingen te bestuderen - even gevoelig voor alle golflengtes.

§ 8.1 Een leefbare planeet Er is nog nergens buiten de aarde leven aangetroffen tot nu toe.

Gluren naar de buren
Venus is bijna even groot als de aarde. De luchtdruk aan het oppervlak is echter 90x zo hoog en de gemiddelde temperatuur is ongeveer 450 °C. Er vallen nooit zonnestralen op het oppervlak, de planeet is namelijk in dikke wolken gehuld?bevatten druppels zwavelzuur. Mars: oppervlak is 100x zo ijl als op de aarde, maar het is er ijzig koud, ‘s nachts -70 °c, overdag tot onder het vriespunt. Het regent nooit, wel wolken en mist. Planeet is kurkdroog.

De oeratmosfeer van de aarde
Atmosferen van de aarde, Venus en Mars ontstaan door het ‘uitgassen’ van deze hemellichamen?op aarde gaat dit proces nog door, omdat vulkanen dagelijkse grote hoeveelheden gas in de atmosfeer spuiten. Belangrijkste bestanddeel van de oeratmosfeer moet CO2 zijn geweest. Waardoor is de atmosfeer dan veranderd? Door de afstand van de aarde tot de zon?net genoeg om aan oppervlak een temperatuur te hebben waarbij water in vloeibare toestand voorkomt?vloeibaar water in oceanen op aarde? leven is ontstaan. De bouwstenen van het aardse leven, aminozuren, ontstonden in de oeratmosfeer en de oeroceaan.

Een dunne schil
Hoe hoger in de atmosfeer, hoe ijler. Gaat over in luchtledige van de ruimte. Op ongeveer 8 km hoog is de luchtdruk de helft van die op zeeniveau. Atmosfeer houdt op op ongeveer 150 km hoogte?daarboven kunnen satellieten blijven draaien zonder te veel te worden afgeremd.

Een beschermend schild
Atmosfeer is een uiterst dun vliesje in vergelijking met de doorsnede van de aarde. Vallende ster: licht wordt veroorzaakt door een brokje steen dat uit de ruimte naar beneden schiet? enorme snelheid, wordt door buitenste laag van de atmosfeer afgeremd?alles verdampt. Grote brokstukken, meteorieten, komen op aarde terecht.

Een selectief filter
Zon zendt licht en andere straling uit?meeste schadelijk voor aarde elven. Alleen zachte uv-straling tot aardoppervlak. Röntgen en gammastraling worden op ruim 100 km hoogte in ijle luchtlagen opgenomen?hun energie omgezet in warmte. UV-straling dringt toto ongeveer 30 km de atmosfeer binnen. Daar bevindt zich een luchtlaag waarin ozon zit?absorbeert uv-straling en ook wordt energie in warmte van de luchtlaag omgezet. Alleen ongevaarlijk licht en radiogolven kunnen de aarde bereiken.

Zonne-energie en water
Van de energie die de zon uitstraalt, valt slechts 2 miljardste deel op de aarde. De zon straalt per jaar 50x meer energie binnen in Nederland, dan dat wij verbruiken. Val alle binnenkomende zonnestraling wordt bijna ¾ meteen teruggekaatst. Ook blijft een deel in de atmosfeer hangen, o.a. door absorptie van schadelijke straling. Ongeveer 50% wordt gebruikt om water uit de oceanen te verdampen. Opgenomen warmte komt weer vrij, als damp in wolken condenseert tot waterdruppels. Dit valt dan ergens op aarde neer en stroomt langs het oppervlak en via de bodem terug naar de zee?Waterkringloop.

Waterkringloop en energietransport
Tussen de atmosfeer en de oceanen bestaat een koppeling. Na verdamping ontstaan wolken en neerslag waardoor water weer terugstroomt in de oceaan. Luchtstromingen zorgen voor een grootschalige verplaatsing van waterdamp op aarde. In deze vorm wordt zonne-energie opgenomen in gebieden rond de evenaar, getransporteerd naar de gematigde breedten en de polen. Zeestromingen aan het oppervlak worden vooral bepaald door de wind in de lucht erboven. In diepere lagen is het anders: koud water met hoge dichtheid zinkt naar beneden?warm water komt boven drijven.

De biosfeer
Biosfeer: dun schilletje aan oppervlakte van de aarde waar leven in voorkomt. Je vindt er eencelligen, virussen, planten, mensen en dieren. Biosfeer is ook domein van de gassen, zonne-energie en water. Biosfeer aan bovenkant afgesloten door de hogere atmosfeer. Onder biosfeer ondoordringbare aardkorst.

Kringlopen
In biosfeer heb je waterkringloop en zuurstofkringloop?je neemt zuurstof op en ademt CO2 uit?planten maken daar weer zuurstof van?je ademt weer in..

Koolstofkringloop
CO2 wordt door groene planten opgenomen uit de lucht en omgezet in koolhydraten. Mens en dieren eten voedsel met koolhydraten?voedsel verteert in spijsverteringskanaal?afvalstof CO2 ontstaat?verlaat via bloed en longen ons lichaam, terug de atmosfeer in.

Leven zonder zuurstof
In jaren ’60 was een aardse bacterie met een onbemand robottoestel meegereisd naar de maan. Terug op aarde bleek hij nog levensvatbaar.

§8.2 Grenzen aan de temperatuur Dagelijkse en jaarlijkse veranderingen
De zon schijnt overdag ook achter de wolken. De instroom van energie in de atmosfeer is groot. Aan de oppervlakte van de aarde stijgt daardoor overdag de luchttemperatuur. Door scheve stand van de draaiingsas van de aarde ontstaan de seizoenen. Daardoor verandert in loop van het jaar de gemiddelde maandtemperatuur. Zonnestand dus belangrijke invloed.

Water als temperatuurbuffer
Om water te verdampen is energie nodig?wordt in vorm van warmte onttrokken aan de lucht?gevolg: luchttemperatuur loopt minder hoog op. In woestijn is geen water om te verdampen?temperatuur loopt hoog op. De in waterdamp opgenomen energie komt weer vrij als waterdamp condenseert tot druppeltjes?warmte vrij, afkoeling van de lucht minder groot. Aanwezigheid van grote wateroppervlakte werkt als temperatuurbuffer voor omgeving: kustplaatsen aan Noordzee minder warme zomers en minder koude winters. Als wind uit oosten waait, matigende invloed van de Noordzee minimaal.

Diepzee als energiebuffer
In gebieden rond de evenaar is het oceaanwater koeler dan de lucht en neemt warmte op. In poolgebieden is oceaanwater warmer dan de lucht en geeft het warmte af?oceanen wreken dus als verwarmings- en koelsysteem tegelijk. Ook oppervlakte stromen spelen een rol bij het transport van energie? ze worden aangedreven door de wind in de atmosfeer. ‘Golfstroom’. Zeehavens in Noord-Europa vriezen bijna nooit dicht door het aangevoerde warme water.

Verandering in temperatuur op lange termijn
Vanaf 1780 was de gemiddelde jaartemperatuur aan de hoge kant. Rond 1860 was deze lager. Nu is hij weer hoger.

IJstijden
De aarde heeft een periode gehad dat de temperaturen veel lager waren dan tegenwoordig. Uit radiologisch onderzoek van kalk uit fossiele schelpen kunnen natuurkundigen afleiden hoe hoog de luchttemperatuur was in de tijd dat die schelpen ontstaan zijn. De oudste ijstijd waarvan nu gegevens bekend zijn, speelde zich af tussen 2.7 en 2.3 miljard jaar geleden. IJstijden en warme perioden wisselden elkaar af.

Toeval, of toch niet? De afgelopen eeuw is wereldwijd een temperatuurstijging van 0.5 °C waargenomen. Ook de menselijke activiteit kan van invloed zijn op de ontwikkeling van het klimaat.

Het economische belang van klimaatmodellen
De moderne maatschappij is enorm kwetsbaar voor grote weersveranderingen. Modellen zijn van groot belang. Belangrijke variabelen zijn de zonnestraling, samenstelling van de atmosfeer en de ligging van de oceaanstromen. Wetenschappers presenteren voorspellingen echter met een onzekerheidsmarge, omdat niet allen mechanismen die het klimaat beïnvloeden bekend zijn.

Het klimaat van de toekomst
Door het European Climate Support Network, waaraan ook het KNMI meewerkt, is een inventarisatie gemaakt van de uitkomsten van klimaatmodellen voor West-Europa. De gemiddelde temperatuur lijkt de komende eeuw 1 tot 2 graden toe te nemen. Het wordt warmer, vochtiger en minder zonnig.

§ 8.3 Modellen om te voorspellen Fossiele brandstoffen
Als er energie in half vergane resten zijn opgeslagen, kunnen hieruit fossiele brandstoffen ontstaan., zoals steenkool, aardas en aardolie.

Wereldverbruik
Om het wereldverbruik van energie te kunnen meten, moet je de hoeveelheid energie van steenkool, aardgas, aardolie en van andere energiebronnen onderling vergelijken. Olie-equivalent: de hoeveelheid energie die een brandstof kan leveren, omgerekend naar hoeveelheden aardolie.

Energieverbruik in Nederland
In 1995 bedroeg het binnenlands energieverbruik ongeveer 80 miljoen ton olie-equivalent. Dat is ongeveer 1% van het wereldverbruik. Per inwoner verbruiken we in een jaar de energie uit 500 volle emmers olie. Ons land is voor de energievoorziening vooral afhankelijk van de aardgasbel in de Groningse bodem en van de invoer van aardolie en aardolieproducten. Nederland voert ook veel energie uit. De belangrijkste afnemers voor aardolie zijn de transportsector (50%) en de industrie (40%).

Het verbruik groeit, de reserves ook
De aanmaak van fossiele brandstoffen gaat gewoon door. Het jaarlijkse verbruik is echter veel groter dan de aanmaak. Olie en gas zijn binnen enkele tientallen jaren op. Er is nog een paar honderd jaar steenkool. De bewezen voorraden zijn de laatste jaren echter sterk toegenomen.

Modellen om te voorspellen
Drie belangrijke factoren die de groei van het energieverbruik bepalen: 1. bevolkingsgroei 2. welvaartsniveau 3. prijs die voor de energie moet worden bepaald. In professionele modellen wordt met veel meer factoren rekening gehouden. Sommige modellen gaan ervan uit dat de echte winbare voorraden fossiele brandstoffen 4x zo groot zijn als nu bekend is.

Duurzame oplossing
Dé manier om een dreigende energiecrisis te voorkomen is natuurlijk tijdig overschakelen op andere energiebronnen. Het liefst duurzame bronnen?raken nooit uitgeput, bijv. zonne-energie. Kernenergie is, wereldwijd gezien, de meest toegepaste niet-fossiele energiebron. Maar uraniumvoorraden zijn ook beperkt en het afval blijft eeuwenlang radioactief. Daarom is kernenergie niet duurzaam.

Energie uit wind en water
Windenergie is duurzaam, maar onregelmatig. In Nederland zijn in minder dichtbevolkte gebieden, zoals Flevoland en Friesland, windmolenparken aangelegd voor levering van stroom aan het elektriciteitsnet. De kosten van Thermische Energie Conversie centrales zijn hoog.

Milieu bewaren door energie besparen
Het is belangrijk om aan energiebesparing te doen. Hoe lager het verbruik, hoe langer geput kan worden uit de voorraden fossiele brandstoffen.

Energiebewust bouwen
Bijna de helft van het energieverbruik per huishouden is bestemd voor het verwarmen van de woning. Isoleren en het aanbrengen van dubbelglas is heel belangrijk. Je kunt een oude centrale verwarming vervangen door een HR-ketel?levert uit dezelfde hoeveelheid gas meer warmte voor verwarming van het huis. Het Nationaal Milieubeleids Plan (NMP) voorziet in voorlichtingscampagnes, gericht op bewustwording rond energieverbruik, en in subsidieregelingen.

Het resultaat
Als het economisch goed gaat, gebruiken we meer energie en letten we minder op financiële voordelen van besparingen, laat staan de voordelen voor het milieu.

§ 8.4 Menselijke invloed op de biosfeer Natuurlijk evenwicht
In de stratosfeer bevindt zich de ozonlaag. Het gaat om een ijle laag en die werkt als een filter, het houdt uv-straling tegen. Beschermende werking van de ozonlaag berust op een omkeerbare reactie. Ozon (O3) neemt uv-straling op en valt uiteen in een zuurstofatoom (O) en een zuurstofmolecuul (O2). Hierbij komt warmte vrij.

Verstoring
Vanaf 1930 wordt het ozongehalte in de Stratosfeer gemeten. De laag wordt steeds dunner. Dit kwam door freon en chloorfluorkoolwaterstoffen (cfk’s). als de uv-straling in de stratosfeer op cfk’s valt, komen losse Cl atomen vrij. Elk Cl atoom zet veel ozon om in O2 moleculen zonder dat er O moleculen ontstaan. Daarom wordt er minder ozon teruggevormd.

Mondiale cfk politiek
CFK’s moeten vervangen worden door onschadelijke gassen. Dat kost veel geld en schaadt economische belangen. Gevaar dreigt dat producenten uitwijken naar derde wereldlanden.

Twee hypothesen
Sinds het begin van de 20e eeuw stijgt de gemiddelde temperatuur op aarde. 1. de aarde maakt nu een tussenijstijd door waarin stijging van de gemiddelde temperatuur normaal is. 2. menselijke activiteit heeft invloed op de ontwikkeling van het klimaat. Door de uitstoot van verbrandingsgassen zou meer warmte in de atmosfeer gevangen blijven. Het natuurlijke broeikaseffect wordt dan versterkt.

Koolstofdioxide als broeikasgas
De waargenomen temperatuurstijging loopt ongeveer parallel met de toename van het CO2-gehalte in de atmosfeer. Het begin valt ook samen met de industriële revolutie. CO2 kan warmtestraling vasthouden. Deze straling wordt vanaf de aarde naar het heelal uitgestraald. Meer CO2 betekent dus dat meer warmte in de lucht wordt vastgehouden door het ‘systeem aarde’.

De zon als oorzaak
Het verband tussen het zonnevlekkengetal –het gemiddelde aantal zonnevlekken dat zichtbaar is- en de zeewatertemperatuur is opvallend. Maunder ontdekte al dat er een relatie was tussen het ontbreken van zonnevlekken en het ontstaan van de Kleine IJstijd. Uit satellietwaarnemingen blijkt nu dat de zon in een periode met veel zonnevlekken wel 0.15% meer energie uitstraalt.

Broeikaseffect en politiek
Als de atmosfeer opwarmt, zullen poolkappen smelten en zal zeewater uitzetten. De zeespiegel in het jaar 2100 zal stijgen met een meter. Ruim 6% van Nederland verdwijnt dan onder water. De Golfstroom verdwijnt misschien. Het IPCC belegt regelmatig milieuconferenties en probeert mondiale maatregelen te treffen. De menselijke activiteit en de zonhypothese lijken juist.

Eenvoudige modellen
De aarde ontvang overdag zonne-energie en straalt warmte uit naar de ruimte. Als beide met elkaar in evenwicht zijn, verandert de gemiddelde temperatuur op aarde niet. MVP-waarde is dat elk broeikasgas een andere invloed op de temperatuur heeft.

Het koolstofdioxidegat
Uit het wereldverbruik van fossiele brandstoffen is precies te bepalen hoeveel CO2 er jaarlijks door menselijke activiteit in de biosfeer terechtkomt. De helft blijkt aanwezig te zijn in de atmosfeer. Er is 4 miljard ton CO2 zoek. De biosfeer werkt de andere helft van de toegenomen CO2 uitstoot weg, bijv. door opname in de biomassa.

Het koolstofdioxidegat
Uit het wereldverbruik van fossiele brandstoffen is precies te bepalen hoeveel CO2 er jaarlijks door menselijke activiteit in de biosfeer terechtkomt. De helft blijkt aanwezig te zijn in de atmosfeer. Er is 4 miljard ton CO2 zoek. De biosfeer werkt de andere helft van de toegenomen CO2 uitstoot weg, bijv. door opname in de biomassa.

Conclusies
Twee oorzaken voor de beperkte betrouwbaarheid van broeikasmodellen: 1. technisch probleem
2. gebrek aan kennis.