Isaac-aardrijkskunde 5/6 leerboek D-basis - hoofdstuk het klimaat bepaalt - inkijk methode

D-finaliteit • D-basis

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Aan de slag met ISAAC-aardrijkskunde

In de tweede graad heb je geleerd hoe bijzonder onze planeet is. We maken, als mens, volop gebruik van de aarde: ze voorziet ons van alles wat we nodig hebben, maar tegelijk beïnvloeden wij haar ook. Helaas hebben we de planeet te veel belast, en dat blijft gevolgen hebben. Nog steeds vragen we meer van de aarde dan ze aankan.

Het is duidelijk: er moet iets veranderen! De 17 duurzame ontwikkelingsdoelen (Sustainable Development Goals of SDG’s) helpen ons nadenken over hoe we onze levens op deze wereld op een duurzamere manier kunnen organiseren. Alleen als we op tijd en met genoeg overtuiging handelen, kunnen we de balans tussen mens en planeet herstellen.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Overstappen naar een duurzame manier van leven vraagt niet alleen actie, maar ook kennis en inzicht. Om écht te begrijpen hoe de aarde werkt – zowel in haar schoonheid als haar complexiteit –moeten niet alleen wetenschappers en politici goed geïnformeerd zijn, maar ook jij!

Met ISAAC-aardrijkskunde willen we je alle info, inzichten en vaardigheden geven om mee te denken over een duurzamere toekomst. Sommigen geloven dat we ooit op Mars opnieuw moeten beginnen, maar wij stellen voor om eerst alles op alles te zetten om onze eigen planeet te redden. Het is tijd om te laten zien wat we écht in onze mars hebben!

Opbouw en aanpak

Dit boek bevat 4 thema’s.

In elk deel van dit leerboek behandelen we één thema dat is opgebouwd uit verschillende hoofdstukken. Meerdere hoofdstukken vertellen samen een overkoepelend verhaal. Net als op onze aardbol is alles met elkaar verweven en verbonden.

ISAAC-moment

Elk deel start met een intro, het ISAAC-moment. Je maakt er kennis met het thema.

Het ISAAC-moment is een activatie van voor- en achtergrondkennis. Wat weet je al over een bepaald thema? Is je kennis groot genoeg of kan je die best nog wat bijspijkeren en waarom?

Nieuwsgierigheid en verwondering staan hierbij centraal.

Hoofdstukken

Daarna wordt er overgegaan tot het aanreiken van informatie, inzichten en vaardigheden.

Aardrijkskunde is het vak bij uitstek om te werken met impressionante beelden, verwonderlijke foto’s en heldere schema’s. Omdat een beeld soms meer zegt dan duizend woorden, brengt ISAACaardrijkskunde nieuwe leerstof aan met een sterke focus op visueel leren en systeemdenken

Wil je meer uitleg (verbreding), extra verdieping of interessante uitbreidingen? Die vind je digitaal via QR-codes verspreid doorheen het leerboek. Door deze combinatie van leerboek en digitaal materiaal (blended learning) krijg je meer vrijheid om je eigen leerproces in handen te nemen en uit te stippelen.

Synthese

Na elk hoofdstuk volgt een synthese: een schematisch overzicht van de leerstof uit dat hoofdstuk.

ISAAC-actie

Tot slot wordt de leerstof verankerd met een mix van vragen, schema’s, samenvattingen en digitale oefeningen aangeboden via Polpo.

Er zijn verschillende types vragen: sommige testen of je de leerstof goed begrijpt, andere dagen je dan weer uit om ze toe te passen. Er zijn ook meer open vragen die kunnen leiden tot debat en klasdiscussies of die aanzetten tot nadenken (zoals bijvoorbeeld over duurzaamheid).

De oefeningen op Polpo helpen je de theorie in de praktijk om te zetten en hebben verschillende moeilijkheidsgraden. De schema’s en samenvattingen geven telkens een helder overzicht en helpen je om verbanden te leggen en het groter geheel te zien.

Studiewijzer

Op het einde van ieder thema vind je een overzicht van wat je moet kennen en kunnen. De studiewijzer kan je helpen bij het instuderen van de leerstof.

Legende pictogrammen

In het leerboek vind je heel wat verschillende pictogrammen. Elk met hun eigen betekenis en functie. Hieronder een overzicht van de iconen en wat ze betekenen:

vastzettingskader

verwijskader

Wist-je-datje

systeemdenken

atlas

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

differentiatie

Dit duidt een vastzettingskader aan. Hier wordt belangrijke en te kennen theorie in samengebald.

Een verwijskader verwijst naar een module, thema of leerboek waar bepaalde theorie aan bod kwam of aan bod zal komen.

Een wist-je-datje is een leuk en interessant weetje, vaak komt hier ook wat extra informatie bij de theorie aan bod.

Bij het icoon systeemdenken brengen we verschillende stukjes kennis samen. Zo krijg je een duidelijker en eenvoudig te vatten beeld van de complexe wereld om ons heen.

Dit icoon geeft dat een atlas nodig zal zijn om een bepaalde kaart raad te plegen.

Bij differentiatie wordt er dieper ingegaan op de leerstof of wordt er extra context voorzien. We zoomen in op een specifiek aspect van de les of zoomen uit om alles in perspectief te plaatsen.

Inhoud

1 De aarde in het heelal

2 Bewegingen van de aarde

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Het systeem aarde

1 De aarde zien... als een systeem

2 De sferen doorheen de tijd

3 Planeet vol spanning

4 Door weer en wind

1 Het klimaat bepaalt

2 Geomorfologie

3 Landschapsgenese

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

1 Het klimaat

1.1 Leven op de hartslag van het klimaat

1.2 (Niet) te warm, (niet) te koud

1.2.1 De gereedschapskist van de klimaatwetenschapper

1.2.2 Alle puzzelstukjes op een rijtje: het belang van dateren

1.2.3 IJstijdvakken en glacialen

1.2.4 Overleven op de grillige hartslag van het klimaat

1.2.5 Verklaring voor de glacialen

1.2.6 De verstoorde warmtebalans als resetknop

1.3 Een zesde grote massa-extinctie?

1.4 Verder oefenen

2 Geomorfologie

2.1 Verwering

2.1.1

2.1.2

2.2 Erosie, transport en sedimentatie

2.2.1 Glaciale processen

2.2.2 Processen door stromend water

2.2.3 Eolische processen

2.2.4 Gravitationele processen

2.2.5 Differentiële

2.3

Wat is er ‘aardig anders’?

Onderstaande afbeeldingen tonen eigenlijk hetzelfde landschap, maar toch ook een wereld van verschil. Bestudeer elke illustratie en bedenk telkens een antwoord op volgende vragen:

• Wat zijn de unieke kenmerken die je kan zien bij elke illustratie? Kijk naar het reliëf, het klimaat en het aanwezige leven.

• Wie kon goed gedijen in deze omstandigheden en waarom bestaat deze soort niet meer?

• Wanneer bevond onze planeet zich in een situatie zoals op de illustratie?

• Waar vind je een plaats in de wereld die overeen zou kunnen komen met deze illustratie?

• Waarom is de wereld geëvolueerd tot de situatie zichtbaar op de illustratie?

1 Het klimaat bepaalt

Beide illustraties uit het ISAAC-moment tonen een beeld van het verleden. Als je ze plaatst op de geologische tijdschaal, kwamen ze zelfs nog niet zo lang geleden voor! De wereld ziet er op heden weeral aardig anders uit. Waarom toch telkens die veranderingen? Waarom toch telkens die evolutie?

Om die vragen te beantwoorden komen kennis en inzichten uit de voorgaande hoofdstukken goed van pas. Daar leerden we om de vier sferen en hun onderlinge interacties te beschrijven en te begrijpen (Thema 2 hoofdstuk 1 De aarde zien ... als een systeem, Thema 2 hoofdstuk 2 De sferen doorheen de tijd). Er ging daarna veel aandacht naar de processen binnenin de geosfeer (Thema 2 hoofdstuk 3 Planeet vol spanning) en de interacties tussen de atmosfeer en hydrosfeer die het klimaat bepalen (Thema 2 hoofdstuk 4 Door weer en wind).

In dit thema bouwen we hierop voort. We verklaren eerst hoe de huidige klimaatverandering niet zo onschuldig is door ze te vergelijken met de vorige klimaatveranderingen en de gevolgen ervan. Gelukkig vormt de geologische tijdschaal hier opnieuw een houvast om alle gebeurtenissen te plaatsen. Een klimaatverandering zorgt voor variatie in tal van biologische, fysische en chemische processen die voortdurend aan het werk zijn. Deze interessante processen zijn in staat om in de loop van de geologische tijd een heuse transformatie van de geosfeer te veroorzaken. We noemen ze dan ook geomorfologische processen. Deze komen wereldwijd voor in tal van vormen. Wanneer we deze processen hebben bestudeerd zijn we in staat om te begrijpen hoe verschillende soorten mineralen en gesteenten kunnen ontstaan. De gesteentesoort in een regio is op zijn beurt bepalend voor het reliëf en de socio-economische mogelijkheden in die regio. Zo zijn we uiteindelijk in staat een compleet overzicht te krijgen in hoe een landschap ontstaat.

1.1 Leven op de hartslag van het klimaat

We beseffen het misschien niet altijd, maar we leven jaar in jaar uit op het ritme van de seizoenen en het weer. Ons lokaal klimaat bepaalt in grote mate het leven hier in België, gekenmerkt door voldoende neerslag en gematigde temperaturen. Het is de ideale plaats om voedsel te kweken, drinkbaar water te vinden en voldoende natuurlijke hulpbronnen te gebruiken. Niet alleen in België, maar ook elders in de wereld is het klimaat een sterk bepalende factor voor de vestiging van grote bevolkingsgroepen.

De kracht van het klimaat is al miljarden jaren bepalend voor het leven op aarde. Ook de voorouders van de mens ontsnapten er niet aan, we worden vormgegeven door de hartslag van het klimaat.

Toen onze verre voorouders zo’n 6 miljoen jaar geleden ontstonden in Oost-Afrika, bestond dat gebied uit bossen afgewisseld met uitgestrekte graslanden. Door een klimaatverandering werd het droger. Bijgevolg werden de bossen kleiner en de uitgestrekte graslanden groter. Het werd dan voordeliger om rechtop te lopen, zodat men zich sneller kon verplaatsen, verder kon kijken en sneller kon reageren op prooien en gevaren.

Onze voorouders kregen een groter hersenvolume en begonnen stenen werktuigen te gebruiken in een periode die we nu ‘het stenen tijdperk’ noemen. Klimaatverandering in combinatie met de zoektocht naar bruikbare stenen zorgden ervoor dat onze verre voorouders evolueerden naar de vroege mens. Deze soort kon steeds grotere gewichten dragen over steeds langere afstanden. Zo migreerden onze voorouders 1,8 miljoen jaar geleden uit Afrika naar Eurazië.

miljoen jaar geleden

miljoen jaar geleden

miljoen jaar geleden

miljoen jaar geleden

miljoen jaar geleden

In de recente geologische geschiedenis van de aarde (van 800 000 jaar geleden tot vandaag) volgden heel wat intense klimaatveranderingen elkaar snel op. In deze steeds veranderende omstandigheden hadden diegenen die zicht vlot konden aanpassen, plekken met veilig voedsel snel konden terugvinden, probleemoplossend konden denken en sociale interacties (zoals ruilhandel) konden aangaan, een evolutionair voordeel. In deze periode groeiden de hersenen van onze voorouders het sterkst. Soorten die zich niet snel genoeg konden aanpassen, stierven uit. Als resultaat van deze natuurlijke selectie ontstond 300 000 jaar geleden de Homo Sapiens, de mens.

De mens verbleef eerst in Afrika en kon daar goed aarden. Bij aanvang van het meest recente glaciaal, zo’n 100 000 jaar geleden, begon de mens te migreren naar elke uithoek van de wereld. Deze koude periode zorgde er onder andere voor dat continenten aan elkaar verbonden werden door grote ijsmassa’s waardoor de mens van het ene continent tot het andere kon wandelen.

1.2 (Niet) te warm, (niet) te koud

1.2.1 De gereedschapskist van de klimaatwetenschapper

Klimaatwetenschappers ontwikkelden al in de 19de eeuw een theorie over het klimaat in het verleden. Het klimaat zou vroeger een heel andere temperatuur gehad hebben dan de huidige 15 °C. Wetenschappers gingen op zoek naar nog meer aanwijzingen en vonden die op verschillende plaatsen verspreid over de wereld. Tot op de dag van vandaag zijn tal van wetenschappers nog steeds op zoek naar meer informatie over het klimaat in het verleden. Pas als we het verleden goed begrijpen, kunnen we accuraat voorspellen wat de gevolgen van de huidige klimaatverandering zullen zijn!

Een kleine greep uit de gereedschapskist van de klimaatwetenschapper:

a Informatie in de grond

Een belangrijke informatiebron die je kan aantreffen in de grond zijn fossielen. Dit zijn alle resten van planten en dieren die bewaard zijn gebleven in een gesteente. De complexiteit, de hoeveelheid en de diversiteit aan fossielen vertellen je veel over het klimaat toen deze organismen nog leefden. Zo kan een plotse daling in het aantal fossielen en de diversiteit aan fossielen wijzen op een drastische klimaatverandering waarbij veel soorten uitstierven.

Zo’n gebeurtenis noemen we een massa-extinctie Fossielen die verspreid over heel de wereld voorkomen en in slechts 1 era, periode of tijdvak leefden, noemen we een gidsfossiel.

Een ammoniet is een gidsfossiel voor het mesozoïcum. Deze zeedieren kwamen weliswaar al vroeger voor, maar kwamen alleen in grote getale voor van het trias tot het krijt.

Een trilobiet is een gidsfossiel voor het paleozoïcum. Dit dier leefde op de bodem van de oceaan vanaf het cambrium tot het perm.

grind

Ook het bestuderen van de korrelgrootte in een boorprofiel levert nuttige informatie op. Losse korrels van op land die meegevoerd worden naar de zee zullen bezinken op de bodem. Naargelang de omstandigheden zijn er drie mogelijkheden:

• Er is een stabiele periode. De afzetting van de korrels wordt niet beïnvloed door een klimaatverandering of door platentektoniek. Het boorprofiel van afzettingen uit een dergelijke periode wordt gekenmerkt door het voorkomen van slechts één korrelgrootte.

• Er is een regressie. Dit is het verschuiven van de kustlijn in de richting van de zee. Dit komt algemeen voor tijdens zeer koude periodes wanneer de zeespiegel zakt. Een regressie kan ook lokaal voorkomen tijdens de vorming van een gebergte. Hierbij zal het land relatief ten opzichte van de zeespiegel stijgen. Het boorprofiel wordt hier gekenmerkt door een steeds kleiner wordende korrelgrootte wanneer men dieper gaat.

• Er is een transgressie. Dit is het verschuiven van de kustlijn landinwaarts. Dit komt algemeen voor tijdens warme periodes in het klimaat van de aarde. Het boorprofiel wordt hier gekenmerkt door een steeds groter wordende korrelgrootte wanneer men dieper gaat.

sedimentatie van verschillende korrelgroottes in een stabiele periode

boorprofiel

sedimentatie van verschillende korrelgroottes tijdens een regressie

boorprofiel

sedimentatie van verschillende korrelgroottes tijdens een transgressie

boorprofiel

b Informatie in het ijs

Het landijs op Antarctica is op sommige plaatsen tot wel 3 kilometer diep. Dat wil zeggen dat het ijs op deze plaats al een heel lange tijd daar aanwezig is. Daarom gaan wetenschappers net op die plaatsen aan de slag met speciale boren. Ze halen lange cilinders van ijs naar boven die ze gebruiken om metingen op uit te voeren. Hoe dieper men boort, hoe verder men kan terugkijken in de tijd.

In het ijs zitten hele kleine luchtbellen waarbij men via gevoelige meetapparatuur de samenstelling van de lucht kan meten. Bij deze metingen wordt er vooral gekeken naar de concentratie aan broeikasgassen, want dat is een belangrijke factor in het bepalen van het klimaat op aarde.

Dankzij het bestuderen van de luchtbellen in ijs heeft men het klimaat kunnen reconstrueren van 800 000 jaar geleden tot nu! Hoe het laboratorium van de klimaatwetenschappers op Antartica er uit ziet, kan je ontdekken via de QR code.

1.2.2 Alle puzzelstukjes op een rijtje: het belang van dateren

Decennia aan onderzoek leverde dankzij deze technieken steeds meer stukjes informatie op. Voor klimaatwetenschappers was het vervolgens een heus puzzelwerk om al die informatie te interpreteren en te plaatsen op de juiste positie in de geologische tijdschaal.

Hiervoor kan men gebruik maken van 2 technieken: relatieve datering en absolute datering.

Absolute datering maakt gebruik van radioactieve isotopen om de leeftijd van een laag exact te gaan bepalen. Deze methode is complexer en duurder, waardoor men deze techniek alleen toepast als het nodig is.

Relatieve datering gebruikt men als men de onderlinge leeftijd van enkele lagen wil bepalen. Men weet dan niet hoe oud de lagen exact zijn. Daarbij steunt men vooral op het eenvoudige principe dat de oudste laag doorgaans onderaan ligt en de jongere lagen er telkens bovenop komen.

Om verder in de tijd terug te kunnen keren, moeten we hier toch even dieper op deze technieken ingaan:

Absolute datering: halfwaardetijd van radioactieve isotopen

Radioactieve isotopen gedragen zich anders dan stabiele isotopen. Naarmate de tijd vordert ondergaan radioactieve isotopen een radioactief verval. Dat wil zeggen dat hun aantal niet in dezelfde mate aanwezig blijft. De halfwaardetijd is daarbij een belangrijk begrip dat uitdrukt na hoeveel tijd exact de helft van het originele aantal isotopen overblijft. Voor elk radioactief isotoop van een chemisch element is dat een vaste waarde.

Enkele voorbeelden van radioactieve isotopen met een gemiddelde tot vrij lange halfwaardetijd:

Koolstof – 14 5 730 jaar

Plutonium – 239 24 400 jaar

Cesium – 135 2,4 miljoen jaar

Uranium – 235 704 miljoen jaar

Uranium – 238 4,5 miljard jaar

Uranium – 232 14 miljard jaar

Jaar

Halfwaardetijd

Door de hoeveelheid radioactief verval te meten kunnen we dus met behulp van de halfwaardetijd een vrij nauwkeurige inschatting maken van de leeftijd van een staal, zoals bijvoorbeeld een gesteente of een fossiel.

Relatieve datering: algemeen principe

Relatieve datering komt tot stand door het verzamelen van zoveel mogelijk informatie. Bij het interpreteren van de informatie wordt er rekening gehouden met een aantal principes. We vermelden hier enkele principes die vaak worden aangetroffen:

• Het principe van superpositie. Dit wil zeggen dat doorgaans de oudste laag onderaan ligt en de jongere lagen er telkens bovenop komen. Met andere woorden, hoe dieper je graaft, hoe verder je terug kan kijken in het verleden.

• Het principe van zijwaartse uitstrekking gaat ervan uit dat de lagen horizontaal doorlopen tot ze onderbroken worden.

• Hoewel we nu soms plooiingen kunnen waarnemen, werden alle lagen oorspronkelijk horizontaal afgezet.

Bij vulkanisme ontstaat er een inclusie, een nieuwe structuur die omgeven wordt door oudere lagen.

zijwaartse uitstrekking & oorspronkelijke horizontaliteit

superpositie inclusie

1 2 3

Het spreekt voor zich dat de combinatie van deze principes ervoor kan zorgen dat de informatie die je kan bekomen van plaats tot plaats kan verschillen. Kijk maar naar onderstaand voorbeeld. Daar zie je een doorsnede van de ondergrond met de aanduiding van de oudste laag (a) tot en met de meest recente laag (h). Afhankelijk van waar je zal graven, krijg je een ander beeld. Het is dus noodzakelijk om op meerdere plaatsen informatie te halen om een zo accuraat mogelijk beeld te vormen.

Nergens op onze planeet vind je een plaats die alle informatie toont doorheen de volledige geologische tijd. Op verschillende plaatsen in de wereld, vind je verschillende informatie uit verschillende tijden. Soms hebben bepaalde stukjes informatie een overlap met elkaar. Door het combineren van die stukjes informatie met een overlap krijg je een vollediger beeld. Via deze werkwijze heeft men grotendeels de geologische tijdschaal kunnen opstellen.

1.2.3 IJstijdvakken en glacialen

Twee eeuwen aan klimaatonderzoek hebben geleid tot heel wat opmerkelijke inzichten over het klimaat in het verleden. Je leert hier meer over in onderstaande grafieken.

Doorheen de geschiedenis van de aarde kwamen er enkele grote ijstijdvakken voor. Meer zelfs, we leven nog altijd in een ijstijd! We definiëren een ijstijd namelijk als een periode waarbij er ijs kan voorkomen op aarde. Jawel, we hebben nog steeds ijs op de Noordpool, Zuidpool en in gletsjers gelegen in de bergen. Een periode waarin het zo warm is op aarde dat er geen ijs meer te vinden is, noemen we een tussenijstijd. Dit was onder andere het geval tijdens het mesozoïcum.

miljoen jaar geleden

4600 3800 Hadeïcum

IJstijden zijn met blauw aangegeven

miljoen jaar geleden

ijstijdcycli van de afgelopen 800 000 jaar weerspiegeld in antarctische ijskernen,

Eemiaan interglaciaal Weichselglaciaal -10 -5 0 5

verschil met de gemiddelde temperatuur (°C) jaren voor heden

Binnen een ijstijd zijn er glaciale en interglaciale periodes. Elke glaciale periode duurt gemiddeld 80 000 tot 100 000 jaar. De interglacialen duren slechts 10 000 tot 15 000 jaar. Het interglaciaal waar we nu in leven, een periode die we het Holoceen noemen, begon ongeveer 11 700 jaar geleden. Maak je echter geen zorgen, temperatuurveranderingen verlopen in deze natuurlijke cyclus uiterst geleidelijk. Het leven op aarde krijgt daardoor ruim de tijd om zich aan te passen. Toch gebruiken sommige klimaatontkenners het idee dat ons interglaciaal binnenkort zou eindigen als zogenaamd ‘bewijs’ dat de huidige opwarming van de aarde een hoax is of dat de klimaatverandering zelfs een positieve evolutie is! Daarmee wordt een denkfout gemaakt. In wat volgt wordt duidelijk waarom.

1.2.4 Overleven op de grillige hartslag van het klimaat

Dankzij de geologische tijdschaal zijn we in staat om die enorme hoeveelheid aan kennis een plaats te geven. Het wordt stilaan duidelijk dat onze planeet een systeem is dat continu op zoek is naar een evenwicht. Als een evenwicht bereikt wordt, dan floreert het leven op aarde. Maar als de balans zoek raakt, dan wordt het leven op aarde gedwongen om te evolueren. Wie daar niet in slaagt … sterft uit

proterozoïcum

mesozoïcum

paleogeen

holoceen

pleistoceen

plioceen

mioceen

oligoceen

eoceen

paleoceen

krijt jura

trias

paleozoïcum perm carboon devoon siluur ordovicium cambrium

neoproterozoïcum

mesoproterozoïcum

paleoproterozoïcum

archeïcum

ten opzichte van gemiddelde

hadeïcum = massa-extinctie

VERKLARING MASSA-EXTINCTIE

Ondanks de vele ijstijden in het pleistoceen, verandert het klimaat traag genoeg en kan het leven op aarde zich aanpassen en evolueren. Hier en daar sterft een soort toch uit, in het pleistoceen zien we geen massaextinctie. Menselijke activiteiten in de 20ste en 21ste eeuw veroorzaakten echter een zodanig snelle verandering in CO2-concentratie dat een zesde massa-extinctie wél mogelijk wordt. Naar schatting zal 50 % van alle soorten leven op aarde uitsterven tegen 2100 als we geen actie ondernemen om de klimaatopwarming tegen te gaan.

Hier speelden 2 gebeurtenissen een rol. Enerzijds botste een grote asteroïde op de aarde in wat nu de Golf van Mexico is. Die impact leidde tot een enorme hoeveelheid stof in de atmosfeer die jarenlang zonlicht tegenhield. Hele ecosystemen verspreid over de aarde stortten hierbij in, wat resulteerde in het uitsterven van de dinosaurussen. Tegelijkertijd veroorzaakte een hotspot enorm veel vulkanisme tijdens een basaltvloed ter hoogte van India. Zo ontstond het Dekan plateau. We noemen deze periode de K-T-grens.

Het supercontinent Pangea wordt uit elkaar gescheurd door divergerende platentektoniek. Het daarbij gepaarde vulkanisme heeft geleid tot een masale verhoging in de CO2-concentratie. Dat zorgde op zijn beurt voor een sterke opwarming van de aarde waarbij ongeveer 80 % van het leven op aarde uitstierf. Dit is de triasjura-extinctie.

De krachtigste massa-extinctie ooit gebeurde toen de temperatuur van het oceaanwater tot 40 °C steeg en de lucht bij de evenaar tot 75 °C warm werd. Deze hoge temperaturen doodden 80 tot 95 % van alle leven in de zee en meer dan 50 % van het leven op land. Een uitzonderlijk hevige periode van vulkanisme in een groot gebied (nu gekend als de Siberische trappen) zou hieraan bijgedragen hebben. We kennen dit als de perm-triasmassa-extinctie.

Er ontstond een groot tekort aan O2 in het water. Een theorie is dat er heel veel voedingsstoffen in het water terecht kwamen waardoor algen ernom konden groeien en alle O2 in het water werd opgebruikt. Daardoor stierf tot 70 % van het leven in de oceanen. De daling in temperatuur die verder volgt zou het resultaat kunnen zijn van fotosynthese op het land. Dit werd mogelijk gemaakt dankzij de ozonlaag. We noemen dit de laat-devonische extinctie.

Grote aantallen aan gesteenten op het aardoppervlak reageren met CO2 Hierdoor was er zeer weinig van dit broeikasgas in de atmosfeer waardoor het klimaat heel koud werd. Eens de aarde bedekt is met ijs, kan CO2 weer opstapelen en het ijs doen smelten. De gesteenten komen terug bloot te liggen en de cyclus begint opnieuw. Door deze hevige temperatuurschommeling stierf naar schatting 70 % van al het leven uit. Dat gebeurde aan het eind van het ordovicium.

1.2.5 Verklaring voor de glacialen

Pas recent in de geschiedenis van de aarde is het klimaat terecht gekomen in een natuurlijke cyclus van glacialen en interglacialen. Deze relatief voorspelbare periodes waarin het klimaat verandert, speelden een grote rol in de evolutie van het leven op aarde en de transformatie van het aardoppervlak. Omdat de veranderingen in temperatuur zich afspelen over duizenden jaren, heeft het leven tijd om zich aan te passen of om zich te verplaatsen. Er is dus geen sprake van een massaextinctie, maar van evolutie. De wijzigingen in het klimaat hebben wel een grondige impact op het landschap, dat lichten we uitgebreid toe in het volgende hoofdstuk.

Maar hoe komen deze glacialen en interglacialen nu tot stand? Het voorspelbare karakter van de klimaatcyclus daagde wetenschappers uit om op zoek te gaan naar de oorzaak ervan. Uiteindelijk werd het astronomisch model van de Servische geofysicus Milankovitch algemeen aanvaard als verklaring. Milankovitch berekende dat de afwisseling tussen glacialen en interglacialen overeenstemde met het samenkomen van drie parameters:

De excentriciteit van de baan van de aarde rond de zon. Deze baan is geen perfecte cirkel, maar is eerder elliptisch. De baan verandert van een meer uitgesproken ellipsvorm naar een meer cirkelvormige vorm met een periodiciteit van ongeveer 100 000 jaar.

De obliquiteit van de aardas is de hellingshoek die de aarde heeft ten opzichte van het ecliptica. De aardas staat nu 23,5° schuin, maar dat kan variëren van 22° tot 24,5°. Dit gebeurt met een periodiciteit van 41 000 jaar.

De precessie is de verandering in de richting van de aardas. Het noordelijk halfrond is nu in onze zomermaanden gekanteld naar de zon. Door de verandering van de richting van de aardas zullen de seizoenen opschuiven en krijgen we in december het seizoen dat overeenstemt met de huidige zomer. Met een periodiciteit van 26 000 jaar zal de precessie een omgekeerde kegelvormige beweging maken. Je kan dit vergelijken met een wiebelende ronddraaiende tol.

Net zoals drie muzieknoten samen een akkoord vormen, is het de combinatie van deze 3 parameters die samen het klimaat bepalen.

excentriciteit

obliquiteit

precessie

hoeveelheid zonne-energie die het aardoppervlak bereikt

gemiddelde temperatuur op aarde

We kunnen dus besluiten dat de glacialen en interglacialen een natuurlijke cyclus volgen, afhankelijk van de stand van de aarde ten opzichte van de zon. Deze klimaatschommelingen hebben dus niets te maken met de concentratie aan broeikasgassen in de atmosfeer.

De Servische geofysicus Milutin Milankovich werd bekend door zijn theorie over het ontstaan van klimaatveranderingen doorheen de geologische geschiedenis. Hij publiceerde die in 1920. In 1976 kon zijn theorie ondersteund worden vanuit onderzoek binnen de domeinen van de stratigrafie en het paleomagnetisme. De stratigrafie houdt zich binnen de aardwetenschappen bezig met het bestuderen van de volgorde van opeenvolgende gesteentelagen (zie p. 89), zodat ze kunnen gedateerd worden. Het principe is simpel: wat onderaan ligt is ouder dan wat bovenaan ligt. Soms kunnen gesteentelagen wel over miljoenen jaren heen kantelen, of differentieel eroderen. Dan wordt het 'lezen' van de stratigrafie wat complexer.

Paleomagnetisme bestudeert de gerichtheid van het magnetisch veld in gesteente. Als gesteente gevormd wordt, nemen mineralen de richting aan van het aardmagnetisch veld op dat moment. Continenten en dus gesteentelagen bewegen doorheen planeet aarde als gevolg van de platentektoniek. Door te bestuderen hoe de mineralen georiënteerd zijn, heb je informatie over waar (en dus ook wanneer) het gesteente gevormd werd.

1.2.6 De verstoorde warmtebalans als resetknop

In het vorige hoofdstuk leerden we hoe het globale klimaat het resultaat is van een balans tussen de zonnestraling die het systeem aarde binnenkomt en de warmtestraling die het systeem terug verlaat. Die warmtestraling kon de aarde terug verlaten via straling (radiatie), via verdamping (latente warmte) en via convectie (voelbare warmte). Broeikasgassen spelen daarbij een cruciale rol in het warmtetransport via straling.

Wat opvalt is dat de 5 grootste massa-extincties in het verleden te maken hebben met een grote klimaatverandering, veroorzaakt door abnormaal grote schommelingen in het aantal broeikasgassen en plotse veranderingen in het albedo. Het gevolg van deze schommelingen kunnen we nu ondertussen goed inschatten. We vatten het hieronder schematisch neer:

snelheid?

broeikasgassen

sterke daling

evolutie

globale temperatuur

gevolgen

• verandering in albedo

• verandering in zuurtegraad van de oceanen

sterke stijging

• aanpassing in thermohaliene circulatie in de oceanen

Ontstaan zuurstofarme zones in de oceanen (anoxie)

• verstoring weerpatronen

Afsterven van planten en ontwrichten van voedselketens

• verkleinen leergebied talloze soorten traag

impact op biodiversiteit

leven kan zich aanpassen of verplaatsen: evolutie

enorme daling van alle leven op aarde: massaextinctie

Conclusie: wanneer de gevolgen van een klimaatverandering zich te snel manifesteren, dan kan het leven op aarde zich niet tijdig aanpassen of verplaatsen. Dan is er geen sprake meer van evolutie, maar komt er een massa-extinctie. Daarmee kan de huidige klimaatopwarming met zijn welbekende oorzaak gezien worden als het onheilspellend begin van wat weleens een zesde massa-extinctie zou kunnen worden!

1.3 Een zesde grote massa-extinctie?

Om te kunnen spreken van een massa-extinctie wordt het biodiversiteitsverlies vergeleken met het normale achtergrondniveau waarbij soorten uitsterven. Dit achtergrondniveau is het tempo waarop soorten normaal gesproken uitsterven, zonder uitzonderlijke verstoringen zoals grootschalige klimaatveranderingen.

Wetenschappers schatten dat onder natuurlijke omstandigheden ongeveer 1 tot 2 soorten per miljoen soorten per jaar uitsterven. Dat wil zeggen, als er 10 miljoen soorten op aarde zijn, zouden er jaarlijks 10 à 20 soorten verdwijnen door natuurlijke oorzaken.

Tijdens een massa-extinctie verdwijnen er veel meer soorten planten en dieren, waarbij over een relatief korte periode het uitsterven ver boven het achtergrondniveau ligt, vaak tot 100 tot 1 000 keer hoger. Het biodiversiteitsverlies treft zo vooral de organismen aan de top van de voedselketen, zij zijn het kwetsbaarst.

Als we deze lessen uit het verleden toepassen op onze huidige situatie, gaan er heel wat alarmbellen af. We stevenen immers af op een zesde massa-extinctie als onze wereldwijde uitstoot aan broeikasgassen niet aangepakt wordt!

Het wereldwijde biodiversiteitsverlies is al begonnen. Als we de aantallen van dieren in het wild bestuderen, merken we een significante daling op.

Het huidige biodiversiteitsverlies wordt naast de klimaatopwarming ook nog eens versterkt door menselijke activiteiten zoals:

overbevissing en overbejaging vervuiling ontbossing, verstedelijking, monocultuur verspreiden van invasieve uitheemse soorten

De mens besefte pas recent dat de biodiversiteit in de biosfeer een belangrijke factor is om het systeem aarde stabiel en leefbaar te houden. Een gezonde en rijke biosfeer omvat al onze voedselvoorziening, creëert de zuurstof in de atmosfeer en houdt een groot deel van broeikasgassen gevangen. De biosfeer is er al miljarden jaren en heeft al bewezen tegen een stootje te kunnen, maar als er te veel biodiversiteitsverlies optreedt, verzwakt ze zo snel dat we niet meer kunnen ingrijpen. We kunnen dus eigenlijk spreken van een kantelpunt dat zal bepalen of ook wij al dan niet zullen uitsterven.

glaciale-interglaciale limietcyclus

holoceen antropoceen beheer van het systeem aarde uitstoot door de mens

degradatie van de biosfeer

planetaire drempelwaarde

‘gestabiliseerde’ aarde

intrinsieke feedback broeikasaarde

Het kantelpunt-scenario wordt duidelijk in bovenstaande figuur. Daar zie je de aarde die zoals een knikker naar links of rechts kan balanceren, naar een kouder klimaat of een warmer klimaat. De input die nodig is voor die beweging is telkens niet zo groot, de Milankovitch parameters zorgden in het verleden voor elke overgang. Sinds de mens een dominante factor geworden is in het systeem aarde, worden deze parameters overweldigd. Voor de nabije toekomst zijn er dan twee mogelijke scenario’s:

Niet ingrijpen zal resulteren in het overschrijden van kantelpunten die leiden tot een broeikasaarde. Een planeet met veel te hoge temperaturen, waarbij een zesde massa-extinctie optreedt.

Tijdig en voldoende doortastend optreden leidt tot een herstel naar het voorspelbare klimaat op aarde, waarbij glacialen en interglacialen zich afwisselen aan een snelheid waarbij het leven op aarde tijd krijgt om mee te evolueren.

We kiezen voor het tweede scenario … en jij? Neem gerust al eens een kijkje bij Thema 4 hoofdstuk 1, waar we het hebben over mogelijke maatregelen met betrekking tot klimaatverandering en biodiversiteitsverlies.

Verder oefenen

BEGRIJPEN

1 Hoe heeft het klimaat de evolutie van de mens gestuurd?

2 Hoe kan je aan de hand van fossielen informatie verkrijgen over het klimaat in het verleden?

3 Hoe kan je aan de hand van verschillen in korrelgrootte achterhalen hoe het klimaat in het verleden veranderde?

4 Hoe kan je aan de hand van informatie in het ijs bepalen hoe het klimaat er in het verleden uitzag?

5 Hoe werkt relatieve datering?

6 Hoe werkt absolute datering?

7 Wat zijn ijstijden, tussenijstijden, glacialen en interglacialen?

8 Wat zijn massa-extincties, wanneer kwamen ze voor en hoe speelt het klimaat hierin een rol?

9 Hoe kan het voorspelbare patroon van glacialen en interglacialen verklaard worden?

10 Waarom zullen glacialen niet leiden tot een massa-extinctie, maar de huidige klimaatverandering misschien wel?

11 Wat is de impact van grootschalig biodiversiteitsverlies wanneer dit gebeurt op relatief korte termijn?

TOEPASSEN

1 Gebruik de geologische tijdschaal om het verband tussen klimaat en massa-extincties te beschrijven.

ANALYSEREN

1 Ga op zoek naar argumenten om aan te tonen dat de huidige klimaatverandering afwijkt van het natuurlijk patroon. Vergelijk vervolgens de kenmerken van de huidige klimaatverandering met de klimaatveranderingen in het verleden die toen tot een massa-extinctie geleid hebben.

2 Ga op zoek naar zoveel mogelijk bewijzen van menselijke activiteiten die bijdragen aan het huidige biodiversiteitsverlies, met uitzondering van de klimaatverandering. Denk hierbij aan objectieve gegevens in verband met overbevissing, vervuiling, ontbossing, de verspreiding van invasieve soorten (zoals de Aziatische tijgermug, de Aziatische hoornaar, de Japanse duizendknoop, …) en nog zo veel meer.

Synthese

Doorheen de geologische tijd is het klimaat op aarde continu veranderd. De snelheid van verandering heeft gevolgen.

2 wereldwijde klimaten

ijstijdvakken met glacialen interglacialen

ijs op aarde aanwezig

• regressie kustlijn

• gletsjer- en ijskapvorming

• laagste concentratie broeikasgassen

BEWIJZEN voor klimaatverandering

• transgressie kustlijn

• gletsjers en ijskappen smelten

• hogere concentratie broeikasgassen

tussenijstijden

geen ijs op aarde aanwezig

• transgressie kustlijn

• hoogste concentratie broeikasgassen

zwerfkeien, U-dalen en krassen op gesteente fossielen

sedimenten met andere volgorde in korrelgrootte concentratie aan broeikasgassen in ijskernen

DATEREN van klimaatverandering

relatief

• principe van superpositie in stratigrafie

• warven: jaarlijkse sedimentlagen

• pollen: vegetatie klimatologische omstandigheden

• dendrochronologie: jaarlijkse groeiringen

• zuurstofisotopen: verhoudingen van stabiele isotopen wijzigen naargelang locatie en omstandigheden

absoluut

• radioactieve isotopen: halfwaardetijd

OORZAKEN van klimaatverandering

GEVOLGEN van klimaatverandering

toevallige gebeurtenissen: impact asteroïde vulkanisme: vrijkomen broeikasgassen obliquiteit: hoekverandering schuine aardas exentriciteit: aardbaan precessie: tolbeweging van de draaias invloed biosfeer: aandeel zuurstof en broeikasgassen (ook: menselijk ingrijpen)

SNELLE GEBEURTENIS? massa-extinctie

TRAGE GEBEURTENIS? evolutie