TeleScoop 5 & 6 D Wetenschappen Graadleerboek - Inkijkexemplaar

©VANIN

WETENSCHAPPEN

Lut Brouns

Steven Franceus

Muriel Hombroukx

Eline Smets

Jana Sorel

Chris Van Broeck

Annemie Van Cleemput

Ria Van Mol

Didactische animaties: Bart Van Bossuyt

Coördinatie: Emmy Ruppol

©VANIN

Via www.ididdit.be heb je toegang tot het onlineleerplatform bij TeleScoop 5&6. Activeer je account aan de hand van de onderstaande code en accepteer de gebruiksvoorwaarden. Kies je ervoor om je aan te melden met je Smartschool-account, zorg er dan zeker voor dat je e-mailadres aan dat account gekoppeld is. Zo kunnen we je optimaal ondersteunen.

WETENSCHAPPEN

Let op: deze licentie is uniek, eenmalig te activeren en geldig voor een periode van 2 schooljaren. Indien je de licentie niet kunt activeren, neem dan contact op met onze klantendienst.

Fotokopieerapparaten zijn algemeen verspreid en vele mensen maken er haast onnadenkend gebruik van voor allerlei doeleinden. Jammer genoeg ontstaan boeken niet met hetzelfde gemak als kopieën.

Boeken samenstellen kost veel inzet, tijd en geld. De vergoeding van de auteurs en van iedereen die bij het maken en verhandelen van boeken betrokken is, komt voort uit de verkoop van die boeken.

In België beschermt de auteurswet de rechten van deze mensen. Wanneer u van boeken of van gedeelten eruit zonder toestemming kopieën maakt, buiten de uitdrukkelijk bij wet bepaalde uitzonderingen, ontneemt u hen dus een stuk van die vergoeding. Daarom vragen auteurs en uitgevers u beschermde teksten niet zonder schriftelijke toestemming te kopiëren buiten de uitdrukkelijk bij wet bepaalde uitzonderingen.

Verdere informatie over kopieerrechten en de wetgeving met betrekking tot reproductie vindt u op www.reprobel.be. Ook voor het onlinelesmateriaal gelden deze voorwaarden. De licentie die toegang verleent tot dat materiaal is persoonlijk. Bij vermoeden van misbruik kan die gedeactiveerd worden. Meer informatie over de gebruiksvoorwaarden leest u op www.ididdit.be.

© Uitgeverij VAN IN, Wommelgem, 2023

Als educatieve uitgever hebben wij respect voor alle auteurs, makers en rechthebbenden en voeren wij een actief proces rond copyrightclearing door correct elke bron te achterhalen. Deze uitgave is niet volledig en omvat enkele proefhoofdstukken waarvoor de aanvragen rond copyrightclearing nog niet allemaal verwerkt zijn. Mocht u desondanks menen rechthebbende te zijn, verzoeken wij u met ons contact op te nemen.

©VANIN

Fotocredits

zie pagina 288

Eerste druk 2023

ISBN 978-94-647-0420-4

D/2023/0078/119

Art. 605124

Nur 120

Coverontwerp: Shtick

Ontwerp binnenwerk: Banananas, B.AD

Tekeningen: Geert Verlinde, Goed Blauw

Opmaak: Barbara Vermeersch

Het onlineleerplatform bij TeleScoop

Mijn lesmateriaal

Hier vind je alle inhouden uit het boek, maar ook meer, zoals ontdekplaten, filmpjes, audiofragmenten, extra oefeningen ...

Extra materiaal

Bij bepaalde stukken theorie of oefeningen kun je extra materiaal openen. Dat kan een bijkomend audio- of videofragment zijn, een woorden- of begrippenlijst, extra bronnen of een leestekst. Kortom, dit is materiaal dat je helpt om de leerstof onder de knie te krijgen.

Opdrachten

Hier vind je de opdrachten die de leerkracht voor jou heeft klaargezet.

Evalueren

Hier kan de leerkracht toetsen voor jou klaarzetten.

Resultaten

Wil je weten hoever je al staat met oefenen, opdrachten en toetsen?

Hier vind je een helder overzicht van al je resultaten.

Notities

Heb je aantekeningen gemaakt bij een bepaalde inhoud? Via je notities kun je ze makkelijk terug oproepen.

©VANIN

Meer weten?

Ga naar www.ididdit.be

©VANIN

HET SYSTEEM AARDE

1 EEN LE VENDE PLANEET

Op iDiddit vind je een animatie met een 3D-model van de aarde en een kennisclip over ‘de vele gezichten van de aarde’.

1.1 ENERGIEBRONNEN

In de tweede graad leerde je het systeem aarde kennen als een gesloten systeem dat geen materie maar enkel energie uitwisselt met zijn kosmische omgeving. Dat gesloten systeem wordt aangedreven door twee bronnen van energie:

- De interne energiebron is de warmte opgewekt tijdens de vorming van de aarde, zo’n 4,6 miljard geleden. Ze speelt een cruciale rol in de langetermijnevolutie van de aarde over een tijdspanne van meerdere miljoenen jaren.

- De externe energie wordt geleverd door de zon en stuurt vooral kortetermijnprocessen aan. Het zijn processen die zich afspelen op het aardoppervlak, in de oceanen en in de atmosfeer over een tijdspanne van duizenden tot honderdduizenden jaren.

1.2 SFEREN

Het systeem aarde kent vier hoofdrolspelers of sferen: de geosfeer, de atmosfeer, de hydrosfeer en de biosfeer. Buiten de aardse atmosfeer bevindt zich de kosmos. Die sfeer heeft een grote invloed op het systeem aarde (zon, maan, poollicht, meteorieten ...).

©VANIN

Kenmerkend voor de geosfeer is de concentrische opbouw (aardkorst, mantel en kern) die samenhangt met de ontstaansgeschiedenis van onze planeet. De warmte die vrijkwam tijdens de vorming van de aarde stuurt vooral processen in de geosfeer aan, zoals de platentektoniek.

De atmosfeer is de buitenste schil van de concentrisch opgebouwde aarde waarin zich de gasvormige elementen hebben geconcentreerd. Ook de atmosfeer kent een gelaagde opbouw. De onderste laag - de troposfeer - bevat ongeveer 80 % van de totale massa van de atmosferische gassen. De luchtcirculatie in de troposfeer (winden) zorgt voor een herverdeling van de ontvangen zonne-energie door warmte over te dragen van de evenaar naar de polen.

Het water op aarde is opgeslagen in een aantal reservoirs die met elkaar verbonden zijn door de hydrologische cyclus: oceanen en zeeën, ijskappen en gletsjers, rivieren en meren en het grondwater. Samen vormen die de hydrosfeer. De oceanen zijn met 96 % van al het water op aarde het belangrijkste reservoir. Het oceaanwater in de oppervlaktelaag wordt voortdurend gemengd door de atmosferische circulatie. Die interactie tussen oceaan en atmosfeer leidt tot oppervlakkige circulatiepatronen in de oceanen (zeestromingen). De zeestromingen dragen bij aan het transport van warmte van de evenaar naar de polen in het oceaan-atmosfeersysteem.

Op iDiddit vind je een kennisclip over de vier sferen van de aarde.

Samen met de hydrosfeer vormt de atmosfeer de belangrijkste omgeving waarin leven de mogelijkheid heeft gekregen zich te ontwikkelen en in stand te houden. Op onze planeet heerst nu een grote verscheidenheid aan levende organismen. Alle levende organismen op aarde samen vormen de biosfeer. Het deel van het leven dat zich in de bodem (geosfeer) bevindt, is van uitermate groot belang. Bodemvorming is een proces dat duizenden jaren in beslag neemt, en een gezonde bodem is essentieel voor onze voedselproductie. Aangezien bodems ook de waterhuishouding regelen en een immens koolstofreservoir herbergen, moeten we er goed zorg voor dragen.

De atmosfeer, hydrosfeer en biosfeer oefenen via verwering, erosie en sedimentatie invloed uit op de geosfeer. Door de studie van geomorfologische processen ontdekken we de wisselwerking tussen de vier sferen van het systeem aarde.

1.3 KRINGLOPEN

Het systeem aarde doet als het ware aan recyclage in de vorm van kringlopen of cycli. Koolstof, fosfor, stikstof, zuurstof en water worden bijvoorbeeld voortdurend ingezet als bouwstoffen van het leven (zie onderstaande

verbranding ademhaling ontbinding bacteriën

KOOLSTOFCYCLUS fotosynthese

FOSFORCYCLUSSTIKSTOFCYCLUSWATERCYCLUSZUURSTOFCYCLUS

©VANIN

kalksteen fossiele brandstoffen

verwering fosfaten in gesteenten

De voornaamste natuurlijke kringlopen

stikstofbindende bacteriën

stikstofontbindende bacteriën

DE INVL OED VAN DE MENS OP DE LEVENDE PLANEET

In de tweede graad maakte je ook kennis met de Great Acceleration. Vanaf het midden van de vorige eeuw heeft de bevolkingsexplosie en de daaruit voortvloeiende economische groei geleid tot een stijgende vraag naar water, voedsel, huisvesting, transport, energie en grondstoffen. Alle sferen van het systeem aarde worden door die stijgende vraag aangesproken, waardoor de druk op het hele systeem toeneemt.

2.1 KLIM AATVERANDERING

Uit de synthese van het zesde klimaatrapport van het IPCC (maart 2023): “Menselijke activiteiten, voornamelijk door de uitstoot van broeikasgassen, hebben onmiskenbaar de opwarming van de aarde veroorzaakt, met een wereldwijde oppervlaktetemperatuurstijging van 1,1 °C tussen 1850-1900 en 2011-2020. De wereldwijde uitstoot van broeikasgassen is blijven toenemen, door niet-duurzaam energieverbruik, landgebruik en veranderingen in landgebruik, levensstijlen en consumptieen productiepatronen tussen regio’s, tussen en binnen landen en tussen individuen.”

2.2 BIODIVER SITEITSVERLIES

De menselijke impact op het broeikaseffect

Vaak denken we bij biodiversiteit aan exotische dier- en plantensoorten, maar biodiversiteit omvat al het leven op aarde, de biosfeer. Het gehele ecosysteem is essentieel voor het verkrijgen van drinkbaar water, zuivere lucht en vruchtbare bodems, en dus voor ons voedselsysteem.

De biosfeer staat wereldwijd onder enorme druk, met verlies van biodiversiteit tot gevolg. Die druk wordt veroorzaakt door factoren zoals de klimaatverandering, overbemesting en het gebruik van pesticiden, overbevissing, ontbossing, versnippering van de ruimte en het verlies van leefgebied van plant- en diersoorten door verstedelijking, industrialisatie en uitbreiding van landbouwgebied. Als we op dezelfde manier doorgaan zonder ingrijpende actie, koersen we af op een onleefbare aarde. Om het tij te keren, moeten we ons productieen consumptiegedrag veranderen en beter omgaan met onze natuur.

Het herstel van de biodiversiteit is mogelijk als we allemaal ons steentje bijdragen (zie figuur).

In december 2022 werd in Montreal (Canada) tijdens een

©VANIN

VN-conferentie een biodiversiteitsakkoord gesloten om de biodiversiteit een duwtje in de rug te geven. Een belangrijke doelstelling van dat akkoord is om tegen 2030 wereldwijd ten minste 30 % van het land en de oceanen te beschermen.

inspanningen door duurzame productie en consumptie

acties voor natuurbehoud zonder duurzame productie en consumptie doorgaan zoals we bezig zijn

DE KOSMOS

1 HET HEELAL OBSERVEREN

2 DE STRUCTUUR VAN HET HEELAL

3 ONTSTAAN EN EVOLUTIE VAN HET HEELAL

©VANIN

1 HET HEELAL OBSERVEREN

ONDERZOEKSVRAGEN

WAT ZIE JE AAN DE HEMELKOEPEL?

HOE ONDERZOEKT MEN HET HEELAL EN WELKE NIEUWE KENNIS LEVERT

DAT ONDERZOEK OP VOOR DE MAATSCHAPPIJ?

1 NA AR DE HEMEL KIJKEN

Wanneer iemand ‘s avonds achter een computer-, televisie- of smartphonescherm zit en vervolgens naar buiten wandelt, zal het zicht van die persoon zich eerst moeten aanpassen aan het donker. Het kost onze ogen namelijk zo’n 10 tot 15 minuten om een goed ‘nachtzicht’ te ontwikkelen. In een omgeving met weinig lichtvervuiling (zoals straatverlichting, reclameborden, verlichting van hoge gebouwen, huis- en tuinverlichting) kun je met het blote oog, eventueel versterkt met een goede verrekijker, de sterrenhemel bewonderen, op voorwaarde dat er geen wolken zijn natuurlijk. Hoe langer je in het donker bent, hoe meer je zult zien.

1.1 DE HE MELKOEPEL OVERDAG

Doordat we de aardrotatie niet rechtstreeks waarnemen, lijkt het alsof het de hemelsfeer is die beweegt in plaats van de aarde zelf. Daarom spreken we over de schijnbare beweging van de zon en andere hemellichamen aan de hemelkoepel, waarbij ze opkomen in het oosten, via het zuiden gaan en ondergaan in het westen.

©VANIN

Vanop een korte afstand lijkt het alsof de aarde een platte schijf is, omringd door een koepel die het aardoppervlak omspant. Een waarnemer die naar de horizon kijkt, ziet de aarde en de hemelkoepel daar schijnbaar samenkomen, met zichzelf in het midden van een cirkel. De vier windstreken geven de hoofdrichtingen (fig. 1.1) aan. Het punt loodrecht boven de waarnemer is het zenit

Als we overdag naar de hemel kijken, dan zien we de zon schijnbaar bewegen van oost over zuid naar west. In de zomer zien we een langere dagboog van de zon dan in de winter.

1.2 DE NACHTELIJKE HEMEL

Voor een waarnemer lijken alle sterren op gelijke afstand van de aarde te hangen. Als je op een heldere nacht een foto maakt van de noordelijke sterrenhemel met lange belichting, zul je merken dat de sterren een cirkelvormig spoor trekken in tegenwijzerzin rond een centrale ster, namelijk de Poolster. Dat komt doordat de Poolster zich in het verlengde van de aardas bevindt en dus (schijnbaar) niet meedraait met de aardrotatie.

Op iDiddit vind je een animatie over de hemelkoepel.

Maagd baan van de planeten = ecliptica

In het zuidelijke deel van de sterrenhemel zie je de maan en de planeten die als heldere sterren aan de hemel staan. Wanneer je door een sterke verrekijker kijkt, kun je details, zoals schijfjes en structuren, onderscheiden. Net als de maan weerkaatsen planeten het zonlicht. Door de rotatie van de aarde zien we de hemellichamen in tegengestelde zin, van oost over zuid naar west bewegen. Aan de zuidelijke hemel vormen de tekens van de dierenriem de achtergrond waartegen de zon, de maan en de planeten zich schijnbaar voortbewegen.

1.3 STERRENKAARTEN

Sterrenkaarten zijn handig om de hemel te verkennen. Om een kaart voor een bepaalde locatie te maken, worden alle zichtbare sterren geprojecteerd op een raakvlak aan het zenit van die plaats.

- Het zenit is het middelpunt van de sterrenkaart en sterren die hoog aan de hemel staan, worden dicht bij dit midden weergegeven. Sterren die laag staan, dicht bij de horizon, vind je aan de rand van de kaart.

- Alle sterren, inclusief de zon, lijken in 24 uur in tegenwijzerzin rond de Poolster te draaien. Na 6 uur hebben ze een kwart van hun schijnbare baan afgelegd.

©VANIN

- Wanneer je de sterrenkaart boven je hoofd houdt en ze correct noord-zuid oriënteert, zie je dat oost en west van plaats wisselen. Daarom staat het oosten (E) links op de kaart en het westen (W) rechts.

- De poolshoogte is de hoek tussen de noordelijke hemelpool (of de Poolster) en de noordelijke horizon op de plaats van de waarnemer. Die hoek is gelijk aan de breedteligging van de plaats. Hoe dichter je bij de Noordpool komt, hoe dichter de Poolster bij het zenit staat. Hoe zuidelijker je gaat, hoe dichter de Poolster zich bij de noordelijke horizon bevindt.

- Sterren die dicht bij de Poolster staan, zie je het hele jaar en de hele nacht: het zijn circumpolaire sterren. Ze bevinden zich op figuur 1.5 in de lichtblauwe cirkel.

- Verder van de Poolster staan de niet-circumpolaire sterren, zoals onze zon. Ze komen op aan de oostelijke hemel en gaan onder aan de westelijke.

Om op elk gewenst moment en op elke gewenste locatie de sterrenkaart te kunnen bekijken, zijn er verschillende opties beschikbaar. Zo kun je bijvoorbeeld gebruikmaken van online tools zoals Heavens-Above, Skymania of Stellarium Web. Je kunt ook de bijbehorende apps downloaden op je smartphone, waarmee je meteen je exacte locatie en tijdstip kunt bepalen. Zo wordt sterrenkijken nog leuker en gemakkelijker.

1.4 DE STERRENBEELDEN

Sterrenbeelden zijn verzamelingen van sterren die vanaf de aarde gezien een bepaalde vorm of figuur lijken te vormen. De sterren in een sterrenbeeld lijken vanaf de aarde dicht bij elkaar te staan, maar in werkelijkheid bevinden ze zich op zeer uiteenlopende afstanden van ons en hebben ze niets met elkaar te maken.

1.4.1 ASTRONOMIE

De astronomie (Grieks ‘astèr’ = ster, ‘nomos’ = wetenschap) of sterrenkunde is de wetenschap van alle fysische systemen die in het heelal buiten de aardse dampkring worden aangetroffen, zoals: sterren, sterrenstelsels, gas- en stofwolken, kometen, planeten, enz.

1.4.2 ASTROLOGIE

De astrologie (grieks: ‘astèr’ = ster, ‘logie’ = leer) of sterrenwichelarij is een term die wordt gebruikt om ideeën te beschrijven over veronderstelde verbanden tussen het lot van mensen en gebeurtenissen op aarde en de stand van hemellichamen. Hoewel wetenschappelijk onderzoek heeft aangetoond dat astrologie niet kan worden bevestigd en wetenschappers de principes van astrologie als pseudowetenschap beschouwen, blijven veel mensen deze praktijk beoefenen en erin geloven. Dit leerboek is dan ook gebaseerd op de principes van de astronomie en niet op die van de astrologie.

De tekens van de dierenriem of de zodiak bevinden zich in het verlengde van het baanvlak van de aarde rond de zon: het eclipticavlak. Aan deze tekens werd een bijzondere betekenis toegekend omdat zij de achtergrond vormen waartegen de zon, de maan en de planeten zich schijnbaar voortbewegen.

Ongeveer 2 800 jaar geleden werd het lentepunt in het sterrenbeeld Ram als startpunt van de dierenriem gekozen. Dit is het tijdstip, omstreeks 21 maart, waarop de zon in het snijpunt van de ecliptica en de hemelevenaar staat. Dat betekende dat iemand die geboren werd in de maand die volgt op 21 maart, het sterrenbeeld Ram kreeg toegewezen. Zo’n 500 jaar later merkte de Griekse wetenschapper Ptolemaeus op dat het lentepunt verschuift langs de ecliptica. Als gevolg daarvan staat de zon op 21 maart niet langer in het sterrenbeeld Ram,

Op je verjaardag (bv. 1 augustus, Leeuw) zal de zon niet in het astrologisch teken van de dierenriem staan, maar wel in het teken van de maand ervoor (Kreeft). Pas veel later zouden moderne natuurkundigen hiervoor een verklaring geven. Je kunt zelf jouw plaats in de dierenriem simuleren door gebruik te maken van de Ecliptica Simulator.

Op iDiddit vind je een animatie over de Ecliptica Simulator.

2 SIGNALEN UIT DE KOSMOS

2.1 HET ELEKTROMAGNETISCH SPECTRUM

De elektromagnetische straling die door de zon en andere sterren wordt uitgezonden, kan worden onderverdeeld op basis van hun golflengte in het elektromagnetische spectrum (fig. 1.8). Het zichtbare licht is de straling waar je je het meest van bewust bent op aarde, omdat je ze in tegenstelling tot andere vormen van straling met het blote oog kunt zien. Slechts een beperkt deel van de elektromagnetische straling bereikt het aardoppervlak: het zichtbare licht, een deel van de infraroodstraling en een gedeelte van de microgolven en radiogolven. Dat zijn de stralingsvensters van het elektromagnetisch spectrum.

Zichtbaar licht is essentieel voor het leven op aarde. Het vormt de basis voor de fotosynthese van planten, die het noodzakelijke zuurstofgas produceren. Zichtbaar licht wordt omgezet naar warmte in het aardoppervlak. Infrarood- of warmtestraling speelt een belangrijke rol bij het behoud van de temperatuur op aarde. Micro- en radiogolven worden in uiteenlopende toepassingen gebruikt, zoals koken, televisie, gps, smartphone, enz. De overige straling, zoals röntgenstralen, ultraviolette stralen en gammastralen, wordt door de gassen in de atmosfeer geabsorbeerd of gereflecteerd en bereikt het aardoppervlak dus niet. Die vormen van straling zijn schadelijk voor alle levensvormen op aarde.

2.2 WAARNEMING VANAF DE AARDE

2.2.1 OP TISCHE TELESCOPEN

Het menselijk oog heeft als waarnemingsinstrument enkele beperkingen:

- De afmetingen van de ooglens zijn beperkt;

- Factoren zoals mist, nevel en stof verstoren de waarneming;

De persoonlijkheid van de waarnemer kan de waarneming beïnvloeden;

- Het blote oog kan alleen het zichtbare deel van het elektromagnetisch spectrum waarnemen.

Iemand met een goed gezichtsvermogen kan bij een kraakheldere hemel, op een plaats ver van storende lichtbronnen, met het blote oog duizenden sterren waarnemen. Bij waarneming door optische telescopen worden nog veel meer hemellichamen zichtbaar. De belangrijkste telescopen staan op bergtoppen, bij voorkeur in droge gebieden. Daar is het aantal gunstige waarnemingsuren per jaar het grootst aangezien de kans op een wolkendek daar klein is. Bovendien hoeft op die hoogte niet meer door de onderste laag van de atmosfeer gekeken te worden. Die laag is namelijk beladen met stofdeeltjes en waterdamp en er komen trillingen en lichtvervuiling in voor die de kwaliteit van het beeld verminderen.

In 2001 werd de VLT (Very Large Telescope) van de ESO (European Southern Observatory) in Chili in gebruik genomen. De VLT, gelegen op 2 600 meter hoogte, bestaat uit vier grote en verschillende kleinere telescopen (fig. 1.9). Die telescopen kunnen zowel individueel als gekoppeld werken, waardoor ze nog scherpere en diepere beelden van het heelal kunnen maken. In 2018 startte de bouw van de ELT (Extremely Large Telescope) op dezelfde site. Die telescoop zal een diameter van 42 meter hebben en operationeel zijn vanaf 2027.

©VANIN

De rotatie van de aarde maakt de waarneming door een vaststaande telescoop lastig. Door hun schijnbare beweging verschuiven de hemellichamen telkens voor het vizier en verdwijnen er snel weer uit. Die beweging wordt echter gecompenseerd door het toestel te wentelen om een as evenwijdig aan de aardas. Een volgmotor zorgt ervoor dat de snelheid van de omwenteling van de telescoop gelijkloopt met de draaiing van de aarde, maar dan in tegengestelde richting (fig. 1.10).

2.2.2 RADIOTELESCOPEN

Radiotelescopen zijn enorme antennes (fig. 1.11) die worden gebruikt om elektromagnetische straling te ontvangen, voornamelijk korte radiogolven. Dat komt doordat die golven door de atmosfeer (het zogenaamde radiovenster) heen kunnen dringen, terwijl langere radiogolven weerkaatst worden. Ze werken onafhankelijk van licht- en weersomstandigheden. Door meerdere radiotelescopen aan elkaar te koppelen, worden de gegevens van verschillende radiotelescopen samengevoegd om zo de resolutie van de samengestelde beelden te verhogen. Het bekendste voorbeeld is de VLA (Very Large Array), die bestaat uit 27 gekoppelde radiotelescopen. Ze staat in het zuidwesten van de Verenigde Staten. Dichter bij huis vinden we de 14 radiotelescopen van Westerbork. Die staan in het noorden van Nederland, op het terrein van een voormalig concentratiekamp. Momenteel wordt de SKA (Square Kilometre Array) gebouwd, die uit meer dan 100 000 telescopen zal bestaan. Het betreft een samenwerking tussen verschillende landen, waaronder Australië, China, Italië, Nederland, Portugal, Zuid-Afrika en het Verenigd Koninkrijk, en de telescopen worden gebouwd in Australië en Zuid-Afrika.

2.3 WAARNEMING VANUIT DE RUIMTE

2.3.1 RUIMTETELESCOPEN

De Kepler-ruimtetelescoop van NASA (National Aeronautics and Space Administration, VS) was van 2009 tot 2018 actief met als doel planeten buiten ons zonnestelsel te ontdekken waar leven mogelijk is. Hij heeft meer dan 2 600 planeten buiten ons zonnestelsel ontdekt en leverde voldoende gegevens om aan te tonen dat ons universum miljarden planeten bevat. De zoektocht naar exoplaneten wordt nu voortgezet door de TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), die sinds 7 augustus 2018 actief is.

Op iDiddit vind je een animatie over het opsporen van exoplaneten.

De Hubble Space Telescope (HST) is de bekendste ruimtetelescoop die ons sinds 1990 unieke beelden vanuit de ruimte heeft bezorgd en ons begrip van het universum heeft verbeterd. NASA zal deze telescoop blijven gebruiken tot zeker 2026. Ondertussen werd de meer geavanceerde James Webb Space Telescope op 21 december 2021 gelanceerd, in samenwerking met NASA, ESA (European Space Agency) en CSA (Canadian Space Agency), om geleidelijk aan de taken van de HST over te nemen.

©VANIN

2.3.2 KUNSTMANEN, RUIMTESONDES EN RUIMTESTATIONS

Ruimtesondes zijn onbemande ruimtevaartuigen die worden gebruikt voor onderzoeksdoeleinden in het universum. In tegenstelling tot satellieten die om de aarde draaien, reizen ruimtesondes naar verder gelegen doelen, zoals andere planeten en zelfs plaatsen buiten ons zonnestelsel. Zo hebben de ruimtesondes Voyager 1 en 2, die in 1977 gelanceerd werden, ondertussen ons zonnestelsel verlaten. Ze bevinden zich momenteel in de interstellaire ruimte en sturen nog altijd waardevolle informatie terug naar de aarde.

Op 14 april 2023 werd de onbemande interplanetaire ruimtesonde JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) gelanceerd door ESA. Als alles goed verloopt, komt JUICE in juli 2031 bij de grootste manen van Jupiter aan, om daar sporen van levensvormen of de mogelijkheid tot leven te onderzoeken.

Kunstmanen zijn satellieten die rond de aarde of andere planeten draaien. Ze kunnen zowel bemand als onbemand zijn. Bemande kunstmanen, zoals het ISS (International Space Station), zijn vooral gericht op onderzoek in een omgeving zonder zwaartekracht. Onbemande kunstmanen voorzien ons van allerlei informatie (bv. weersvoorspelling, plaatsbepaling en spionage). Bekende ruimteagentschappen, zoals NASA en ESA, maar ook landen zoals Japan, China en India, lanceren vaak satellieten om de aarde voor variërende doeleinden, waarbij ook internationaal prestige een rol speelt.

Op iDiddit vind je een animatie over het ISS.

2.4 SATELLIETBANEN

2.4.1 GE OSTATIONAIRE BANEN

Een geostationaire satelliet (Eng. Geostationaire Earth Orbit of GEO) bevindt zich constant boven hetzelfde punt op aarde. De omlooptijd van een geostationaire satelliet is dus exact gelijk aan de rotatietijd van de aarde. Dat is enkel mogelijk in het equatoriale vlak, op een gemiddelde afstand van 35 800 km van de aarde. Globaal observerende meteorologische satellieten, zoals die van de Meteosat-familie, zijn geostationaire satellieten. Een waarnemer op de evenaar ‘ziet’ de satelliet 24 uur aan één stuk in het zenit staan.

2.4.2 P OLAIRE BANEN

©VANIN

Voor onderzoekstoepassingen is een ander type satelliet nodig, namelijk de polaire satelliet (Eng. Low Earth Orbit of LEO), aangezien die beelden met hoge resolutie kan maken. Die satellieten scannen een smalle strook van de aarde, variërend tussen 65 en 180 km breed, van noord naar zuid of omgekeerd. Gedurende één omwenteling van de satelliet rond de aarde is de aarde weer een klein beetje verder rond haar as gedraaid. Polaire satellieten cirkelen gemiddeld op een hoogte tussen 450 en 1 000 km boven de aarde en doen gemiddeld 90 minuten over een rondje. Op die manier begint de satelliet telkens aan de verkenning van een nieuw strookje aarde.

Op iDiddit vind je enkele animaties over polaire en geostationaire satellieten.

2.4.3 OBLIEKE BANEN

Dit zijn satellieten die in een baan rond de aarde bewegen die schuin hellend op het evenaarsvlak staat en dus niet over de Noord- en Zuidpool vliegen. De schuin hellende banen noemen we oblieke banen (Eng. Highly Elliptical Orbit of HEO). Bij onderzoek naar tropische plantengroei bijvoorbeeld, laat men de baan een kleine hoek maken met het evenaarsvlak. Terwijl de satelliet altijd in hetzelfde vlak blijft draaien, draait de aarde onder de satelliet door. Dit is berekend op zo’n manier dat de satelliet altijd op hetzelfde tijdstip boven een bepaalde plaats voorbijkomt, bij voorkeur wanneer de zon hoog aan de hemel staat. Daardoor is de invalshoek van het licht telkens gelijk en bevinden de satellieten zich altijd boven een belicht deel van de aarde. Eén omwenteling van dit soort satellieten duurt 101 minuten.

2.5 STRALING ALS INFORMATIEDRAGER

We kunnen het heelal niet aanraken om het te onderzoeken. Zelfs de toestellen waarmee we werken, komen niet in direct contact met de voorwerpen die bestudeerd worden. Om informatie te verzamelen over het heelal, maken we gebruik van teledetectie of remote sensing, onderzoek op basis van indirecte waarneming.

2.5.1 INFORM ATIE OVER CHEMISCHE SAMENSTELLING

©VANIN

Wanneer het licht van de zon door een prisma valt, valt het uiteen in de verschillende kleuren van de regenboog. Hete lichtbronnen zoals sterren zenden een bijna continu spectrum van licht uit.

Wanneer het licht van een ster door een wolk van materiaal gaat, wordt een deel van het licht geabsorbeerd en verschijnen er absorptielijnen in het spectrum. Dat materiaal kan de buitenste lagen van een ster zijn, een interstellaire gaswolk of een stofwolk. De zwarte absorptielijntjes heten fraunhoferlijnen. De plaats van die lijnen in het spectrum leert ons veel over de chemische samenstelling van een ster.

2.5.2 INFORM ATIE OVER DE WARMTETOESTAND (TEMPERATUUR)

Uit de hoeveelheid energie die op verschillende golflengten wordt uitgestuurd, kunnen we de oppervlaktetemperatuur van een ster afleiden. Hoe korter de overheersende golflengte is, hoe hoger de temperatuur wordt. De kleur van de ster verschuift daarbij van rood over geel naar blauw.

Op iDiddit vind je een animatie over de Wet van Planck.

2.6 TELEDETE CTIE IN VERSCHILLENDE SPECTRAALBANDEN

De elektromagnetische straling afkomstig uit de kosmos, wordt door verschillende soorten telescopen opgevangen en digitaal verwerkt, net zoals in een digitaal fototoestel. Daarvoor gebruikt men een zogenaamde CCD-chip (Charge Coupled Device = ladinggekoppeld element, fig. 1.19a). Dat is een lichtgevoelig halfgeleiderelement opgebouwd uit een groot aantal siliciumdioden. Als er straling op valt, wordt de pixel afzonderlijk opgeladen. Die ladingen worden uitgelezen in de vorm van elektrische impulsen (fig. 1.19b). Om die straling zichtbaar te maken, wordt volgens de intensiteit van de straling een kleurencode toegevoegd (fig. 1.19c).

3 HET NUT VAN RUIMTEVAART

Heel wat mensen beseffen te weinig dat we in ons dagelijks leven afhankelijk zijn van de technologie van de ruimtevaart. Naast de directe toepassingen van ruimtetechnologie (zie 3.1), zijn er ook afgeleide toepassingen die hun oorsprong vinden in de ruimtevaart en nu alomtegenwoordig zijn. Dat noemen we spin-offs (zie 3.2).

3.1 TOEPASSINGEN

3.1.1 COMMUNICATIESATELLIETEN

©VANIN

Dankzij communicatiesatellieten kunnen we supersnel op het internet surfen en sportevenementen van over de hele wereld live bekijken. Tegenwoordig zijn dit soort satellieten voornamelijk nog nodig in afgelegen gebieden (waar geen reguliere communicatieinfrastructuur beschikbaar is) of in conflictgebieden. Het bedrijf SpaceX heeft sinds 2019 meer dan 3 000 satellieten in omloop gebracht in het Starlink-project. Dankzij die satellieten kan bijvoorbeeld Oekraïne blijven communiceren wanneer mobiele netwerken en landverbindingen uitvallen.

3.1.2 WEER SATELLIETEN

Tegenwoordig kunnen we het weer vrij nauwkeurig voorspellen, zelfs voor een iets langere periode. Dat is mogelijk doordat satellieten ons foto’s van wolkenvelden doorsturen, waardoor meteorologen een beter inzicht krijgen in de weersomstandigheden.

3.1.3 SPIONAGESATELLIETEN

Spionagesatellieten hebben als doel informatie te verzamelen over mogelijk vijandige landen, om zo de veiligheid van het eigen land te garanderen. Daarnaast kan spionage ingezet worden voor economische of politieke doeleinden. Met behulp van deze satellieten kunnen gedetailleerde opnames van een terrein of een voorwerp gemaakt worden, zelfs tot ver over de eigen landsgrenzen heen.

3.1.4 OBSERVATIESATELLIETEN

Observatiesatellieten leveren een verhelderend globaal overzicht op van onze aarde en maken het tegelijk mogelijk om in te zoomen op details van bewoonde en onbewoonde gebieden op onze planeet. We gebruiken ze om bosbranden te monitoren en de toenemende vervuiling in zeeën en oceanen op te volgen. Bovendien kunnen we overzichtsbeelden krijgen van de vegetatiezones in de wereld, het smelten van de ijskappen, de uitbreiding van woestijnen, de versnelde afname van de oppervlakte van het tropisch regenwoud, enz.

Daarnaast maken observatiesatellieten het mogelijk om de situatie van het milieu op globale schaal in kaart te brengen. Zo kunnen we bijvoorbeeld de verspreiding van as in de atmosfeer bij vulkaanuitbarstingen opvolgen, de toename of afname van de ozonconcentratie meten en de wereldwijde opwarming van de atmosfeer (broeikaseffect) monitoren. Dat geeft wetenschappers en beleidsmakers waardevolle informatie om het milieu te beschermen en duurzame oplossingen te ontwikkelen.

3.1.5 NAVIGATIESATELLIETEN

©VANIN

Het gebruik van gps-systemen bij verplaatsingen is tegenwoordig vanzelfsprekend, maar die technologie is enkel mogelijk dankzij navigatiesatellieten die in een baan rond de aarde draaien.

Satellietnavigatie berust op een eenvoudig principe: je hebt een ontvangsttoestel nodig met een ingebouwde klok die gesynchroniseerd is met de atoomklok van de satellieten. De nauwkeurigheid van de plaatsbepaling hangt af van het aantal satellieten waarvan signalen ontvangen worden. Er zijn minstens drie satellieten nodig voor een plaatsbepaling. Een vierde satelliet verhoogt de betrouwbaarheid. Hoe meer satellieten, hoe nauwkeuriger de positie berekend wordt. Niet enkel het aantal satellieten, maar ook hun onderlinge positie bepaalt de nauwkeurigheid.

Satellieten sturen twee signalen naar jouw toestel: hun eigen positie rond de aarde en het exacte tijdstip van verzending. Die signalen reizen met een snelheid van 300 000 km/sec naar jouw toestel, dat ze iets later ontvangt. Het tijdsverschil wordt gebruikt om de afstand tot de satellieten en de hoogte van de satelliet te berekenen, zodat jouw ontvanger je coördinaten en hoogteligging kan bepalen. Om te achterhalen met welk navigatiesysteem je smartphone is verbonden, kun je de app Satellite Check installeren.

3.2 SPIN-OFF S

Men schat dat NASA de afgelopen 50 jaren meer dan 1 600 spin-offs ontwikkeld heeft. We geven enkele voorbeelden.

Miniaturisatie is een verzamelnaam voor microsysteemtechnologie en nanotechnologie. De onderdelen van toestellen worden steeds kleiner, soms tot op 1/1 000 000 mm (= 1 nanometer) grootte, zoals bij de productie van chiponderdelen. De ruimtevaart heeft door de noodzaak om componenten van satellieten zo licht, compact en efficiënt mogelijk te maken, veel bijgedragen aan de ontwikkeling van miniaturisatie.

De ontwikkeling van verschillende soorten gereedschap vindt haar oorsprong in de ruimtevaart. Denk bijvoorbeeld aan de snoerloze boormachine, die oorspronkelijk ontworpen was voor de Apollomissies naar de maan.

©VANIN

In de jaren 1960 ontwikkelde NASA voor het Apolloproject een technologie om maanfoto’s in alle details te kunnen bestuderen. Selfies maken, foto’s uploaden ... Het zou allemaal niet mogelijk zijn zonder deze technologie.

De vooruitgang in digitale beeldbewerking is van onschatbare waarde voor de medische sector, waar het mogelijk is om MRI- en CT-scans op een scherm te visualiseren. Om die beelden te kunnen weergeven en verwerken, zijn enorme hoeveelheden gegevens nodig. De technologie achter die dataverwerking is afkomstig uit de ruimtevaart.

Uit de technologie van de Space Shuttle zijn niet alleen miniatuurhartpompen en materialen voor orthopedische geneeskunde (zoals kunstgewrichten) voortgekomen, maar ook bloeddrukmeters en hartmonitoren, die nu onmisbaar zijn.

De ruimtevaart ging op zoek naar nieuwe vormen van energie om de ruimtetuigen te voorzien van energie. De zon was de meest voor de hand liggende bron van energie die in het heelal beschikbaar was, en dus zocht men naar manieren om zonne-energie om te zetten in energie voor ruimtetuigen. In 1958 werd de eerste kunstmaan gelanceerd die was uitgerust met zonnepanelen. Tegenwoordig zijn zonnepanelen niet meer uit ons straatbeeld weg te denken.

De basis voor warmtedekens is de Mylarfolie. Dat is een gemetalliseerde, weerspiegelende en isolerende plastic folie die oorspronkelijk werd gebruikt om ruimtetuigen te beschermen tegen de hitte van de zon. De zogenaamde ‘space blankets’ werden voor het eerst gebruikt tijdens het Apollo-maanprogramma en bleken al snel een onmisbaar hulmiddel te zijn voor reddingswerkers.

3.3 NADELEN VAN RUIMTEVAART

Hoewel de voordelen van ruimtevaart niet te ontkennen zijn, zijn er ook enkele belangrijke nadelen die we niet over het hoofd mogen zien.

De enorme kostprijs van onderzoek, voorbereiding, lanceerbases, materiaal, enz.

Het gebrek aan duurzaamheid: veel dure, eenmalig gebruikte raketten.

Het is niet altijd veilig. Lijsten van ongevallen en incidenten met ruimtevaartuigen zijn vrij beschikbaar op het internet. Voor NASA is 1 februari een dag van herinnering. De organisatie herdenkt op die dag de mensen die zijn omgekomen bij verschillende missies.

Het is absoluut niet goed voor het milieu: niet alleen het brandstofverbruik en de uitlaatgassen bij de lancering zijn een probleem, maar ook de enorm kostbare grondstoffen die nodig zijn om het materiaal te maken. Bovendien liggen lanceerbasissen vaak in afgelegen natuurgebieden die hierdoor verstoord worden.

©VANIN

Het probleem van ruimte-afval. Veel ruimtetuigen blijven na gebruik (als de energie en/of het materiaal opgebruikt zijn of ze zich te ver van de aarde bevinden om nog signalen door te geven) in de ruimte rondzweven. Er zijn ondertussen erg veel objecten in de ruimte, zelfs een Tesla, die kunnen ontploffen of op elkaar botsen en dan in duizenden kleine brokstukken blijven rondvliegen en een nog groter gevaar vormen voor andere, nog werkende, satellieten en ruimtesondes. Het Europese ClearSpace heeft een project opgestart om ruimteafval op te kuisen.

DE STRUCTUUR VAN HET HEELAL

ONDERZOEKSVRAGEN

HOE WORDEN AFSTANDEN IN HET HEELAL UITGEDRUKT?

HOE ONTSTAAN STERREN?

HOE IS HET HEELAL OPGEBOUWD? 1

Telescopen stellen ons in staat om objecten waar te nemen die zich op zeer grote afstanden in de ruimte bevinden. Die afstanden zijn zo enorm groot dat de kilometer als meeteenheid niet volstaat. Om afstanden van die grootteorde te kunnen beschrijven, gebruiken we daarom andere meeteenheden.

1.1 ASTRONOMISCHE EENHEID (AE)

Eén astronomische eenheid is de gemiddelde afstand tussen de zon en de aarde. Die afstand bedraagt ongeveer 150 000 000 kilometer. De gemiddelde afstand tussen de zon en Mars bedraagt ongeveer 1,5 AE, wat dus neerkomt op 225 000 000 kilometer. De AE wordt voornamelijk gebruikt om afstanden binnen ons zonnestelsel uit te drukken.

1.2 LICHTJAAR (LJ)

Om afstanden tussen sterren uit te drukken, is ook de AE een veel te kleine eenheid. Voor die afstanden gebruiken we meestal lichtjaren (lj). Een lichtjaar is geen tijdseenheid, maar de afstand die het licht in één jaar aflegt. Aangezien de snelheid van het licht ongeveer 300 000 km/s is, legt het in één jaar tijd een afstand af van 300 000 x 60 (sec) x 60 (min) x 24 (uur) x 365,25 (dagen) km of 9 467 280 000 000 of bijna 10 biljoen km. Ter vergelijking: de afstand tot Proxima Centauri, de dichtstbijzijnde ster na onze zon, bedraagt 4,3 lj. Dat betekent dat het licht van die ster er 4,3 jaar over doet om ons te bereiken aan een snelheid van 300 000 km/sec. In vergelijking hiermee bedraagt de afstand tussen de aarde en de zon slechts 8,3 lichtminuten (8 min en 20 sec) en die tussen de aarde en de maan slechts 1,3 lichtseconde.

Op iDiddit vind je animaties over het lichtjaar en over afstand meten met parallax

©VANIN

2 HET ZONNESTELSEL

Het zonnestelsel is het geheel van planeten, asteroïden en kometen dat rond de zon draait. Zij blijven in hun banen door de intense zwaartekracht die de ster uitoefent vanwege zijn massa, die veel groter is dan die van welke planeet dan ook in het zonnestelsel. De aarde is een planeet en de zon is de ster die het dichtst bij ons staat. Ze verschilt niet van de sterren die wij ook ’s nachts aan de hemel zien schitteren.

2.1 ONT STAAN VAN ONS ZONNESTELSEL

- De zon is een ster die ontstaan is in een stof- en gasnevel in het heelal, de zonnenevel.

- Door de zwaartekracht begon de stof- en gasnevel samen te trekken, maar aangezien de materie in de nevel niet gelijk verdeeld was, gebeurde dat heel onregelmatig.

- Door de onregelmatige samentrekkingen begon het geheel rond te draaien.

- Als gevolg van het draaien, werd de nevel afgeplat tot een schijf met een centrale bol.

De centrale bol trok verder samen. Van zodra de temperatuur en dichtheid hoog genoeg waren voor kernfusie, ontstond er een nieuwe ster: de zon was geboren.

Ondertussen klonterden verschillende materiedeeltjes in de platte schijf samen tot honderden beginnende planeten, de planetesimalen.

Die hadden afmetingen variërend tussen een centimeter en enkele kilometers in doorsnede. Het waren vormloze massa’s die nog niet genoeg zwaartekracht bezaten om een bolvorm aan te nemen.

De straling van de zon blies alle lichtere elementen weg, waardoor de vaste klonters materie met elkaar botsten en de terrestrische planeten of rotsplaneten vormden.

De grote hoeveelheid gas in de buitenste zone vormde de grote gasplaneten, de gasreuzen

2.2 BOUW VAN DE ZON

De zon is veruit het belangrijkste hemellichaam in het zonnestelsel. Ze bevat 99,7 % van alle massa in het zonnestelsel. In de kern van de zon loopt de temperatuur op tot 15 miljoen °C en grijpt er kernfusie plaats, waarbij waterstofkernen fuseren tot heliumkernen. Daarbij komt er een grote hoeveelheid stralingsenergie vrij, die na ongeveer één miljoen jaar het zonneoppervlak verlaat onder de vorm van elektromagnetische straling. Het zonneoppervlak, de fotosfeer, heeft een

temperatuur van ongeveer

6 000 °C en geeft de zon haar witgele kleur. Soms zijn er donkere vlekken te zien op de fotosfeer, waar de temperatuur ‘slechts’

4 000 °C bedraagt: dat zijn zonnevlekken (fig. 1.36).

De chromosfeer is de onderste laag van de atmosfeer van de zon en sluit aan bij de fotosfeer. Door de hoge druk en temperatuur kan er zonnematerie vanuit de chromosfeer de ruimte in worden geslingerd: dat noemen we protuberansen (fig. 1.38). Die zijn lusvormig doordat de zwaartekracht van de zon de zonnematerie terug naar de zon toetrekt. De zonnevlekken zijn de in- en uitgangen van de zonnevlammen.

Zonnewind is de stroom van geladen deeltjes of zonnematerie die ontsnapt van het oppervlak van de zon. Gelukkig voorkomt het aardmagnetisch veld dat die deeltjes op aarde terechtkomen en schade aanrichten.

Bij een totale zoneclips wordt de corona (fig. 1.39) zichtbaar. Dat is het buitenste deel van de zonneatmosfeer en ze bestaat uit een gloed van hete en ijle gassen die een helderwitte kleur hebben.

©VANIN

De zon doorloopt een elfjarige cyclus van zonneactiviteit: de zonnecyclus. Tijdens die cyclus neemt het aantal zonnevlekken eerst toe en daarna weer af. Tijdens een periode van grote activiteit, het zonnemaximum, zijn er veel zonnevlekken en bijgevolg veel protuberansen. Dat betekent dat er meer deeltjes via de zonnewind onze richting uitkomen en er meer kans is op poollicht en zonnestormen. Perioden met weinig zonnevlekken worden zonneminima genoemd.

2.3 PL ANETEN IN ONS ZONNESTELSEL

Een planetenstelsel bestaat uit een ster (of meerdere sterren) en de planeten die eromheen draaien. Ons eigen planetenstelsel wordt het zonnestelsel genoemd en bevat heel veel objecten die variëren in grootte. Er zijn drie voorwaarden om van een planeet te spreken: het object draait in een baan om de zon, het moet voldoende massa hebben om door de eigen zwaartekracht een bolvorm aan te nemen en het heeft het puin in zijn baan opgeruimd. Dwergplaneten draaien rond de zon en zijn rond, maar ze hebben hun baan niet opgeruimd. Manen zijn hemellichamen die in een baan rond een planeet draaien. Planeten hebben geen, één of meerdere manen.

De planeten Mercurius, Venus, Aarde en Mars zijn terrestrische planeten met een vast oppervlak waarop je kunt staan. Deze aardse planeten met een steenachtige samenstelling zijn ontstaan in de buurt van de zon. De intense warmte van de zon en de invloed van de zonnewind, een stroom van geladen deeltjes die ontsnapt van het oppervlak van de zon, hebben ervoor gezorgd dat de vluchtige stoffen grotendeels zijn verdampt. Daardoor bevatten deze planeten een groter aandeel vaste stoffen dan de planeten in het buitenste deel van ons zonnestelsel. De aardse planeten hebben weinig of geen natuurlijke manen. Onze aarde heeft er één: de maan. De planeten Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus zijn gasreuzen zonder vast oppervlak. Ze worden ook wel Joviaanse planeten genoemd. De gasreuzen zijn ontstaan bij een lagere temperatuur. Ze hebben veel natuurlijke satellieten. Voor de planeten geldt: hoe verder van de zon, hoe groter de omlooptijd. De rotatietijd (tijd waarin ze om de eigen as draaien) verschilt sterk per planeet.

Planeten stralen zelf geen licht uit. We kunnen ze enkel waarnemen doordat ze het licht van de zon weerkaatsen. Als je in de tabel de temperatuur van de verschillende planeten bekijkt, zie je dat Mars de enige planeet is die in theorie bewoonbaar zou kunnen zijn. De atmosfeer op Mars is echter veel te ijl (100 keer ijler dan op aarde) en bovendien duurt een reis naar Mars wel 6 tot 8 maanden.

In april 2023 werd de Jupiter Icy Moons Explorer (zie 2.3.2 in hoofdstuk 1) gelanceerd voor een missie naar de grootste manen van Jupiter: Io, Europa, Ganimedes en Callisto. Het doel van die missie is het opsporen van aanwijzingen voor potentieel leven. De maan Europa heeft een glad oppervlak van ijs, waarvan wetenschappers vermoeden dat er een oceaan van vloeibaar water onder verborgen ligt. Dat maakt de maan Europa tot een van de meest veelbelovende kandidaten in de zoektocht naar buitenaards leven.

Binnen het zonnestelsel neemt onze planeet een unieke plaats in. Ze ligt in de bewoonbare zone van ons zonnestelsel, niet te ver (te koud) of te dicht (te warm) bij de zon. Verder heeft ze de juiste omvang, opbouw en samenstelling en is er water in vloeibare toestand aanwezig. Die kenmerken maken leven op aarde mogelijk.

ONS ZONNESTELSEL

2.4 PUINGORDELS IN ONS ZONNESTELSEL

Tussen Mars en Jupiter bevindt zich een gordel met brokstukken, planetoïden genaamd. Ceres is één van de grootste. Op 26 januari 2023 passeerde een planetoïde op amper 3 600 km afstand van de aarde.

Voorbij Neptunus bevindt zich de Kuipergordel: een zone tussen 30 en 100 AE met duizenden zeer kleine ijsplaneetjes (ook wel TNO’s of Trans Neptune Objects genoemd). Vier daarvan (Pluto, Makemake, Eris en Haumea) worden ingedeeld bij de dwergplaneten. Dwergplaneten hebben niet genoeg massa om hun baan schoon te maken van andere objecten en bewegen niet in hetzelfde vlak als de aarde rond de zon. Het is goed mogelijk dat er in de toekomst nog meer dwergplaneten in deze gordel ontdekt zullen worden.

©VANIN

De Oortwolk is een veronderstelde bolvormige stofgordel die bestaat uit overblijfselen van de nevel waaruit ons zonnestelsel is ontstaan. Ze bevindt zich op 30 000 AE tot 100 000 AE van de zon. Je kunt het je voorstellen als een enorme bel met dikke wanden gemaakt van ijzige stukjes ruimtepuin ter grootte van bergen en soms nog groter. Aangezien er nog geen objecten zijn waargenomen in de verre Oortwolk zelf, blijft het voorlopig een theoretisch concept.

Buiten de zon en de planeten zijn er nog andere objecten in ons zonnestelsel die we kunnen waarnemen met het blote oog of een telescoop. Kometen en meteoroïden zijn de buitenbeentjes in het zonnestelsel.

In de bovenste lagen van de atmosfeer worden vooral in de poolgebieden regelmatig intense lichtverschijnselen waargenomen die poollicht (aurora borealis) genoemd worden. Dat oplichten van de ionosfeer is vergelijkbaar met een tl-buis of neonreclame die licht uitstraalt als er stroom op wordt gezet. De elektriciteit die het poollicht veroorzaakt, is afkomstig van de zon. Het zijn elektronen en protonen die met de zonnewinden worden meegevoerd, door het magnetisch veld van de aarde opgevangen worden en zo in de atmosfeer terechtkomen. Bij dat proces van magnetische afbuiging op zeer grote hoogte boven het aardoppervlak, worden de zonnedeeltjes nog eens versneld en botsen ze met hoge energie op de losse zuurstof- en stikstofatomen en -ionen die hoog in de atmosfeer rondzwerven.

Elektrisch geladen deeltjes van de zon reageren met zuurstof en stikstof van de atmosfeer rode en groene kleuren

De energie die de luchtdeeltjes bij die botsingen ontvangen, stralen ze even later weer uit als zichtbaar licht. Zuurstof geeft daarbij groen en rood licht en stikstof meestal roze en blauwviolet licht. Er is ook poollicht waargenomen bij Jupiter, Saturnus, Venus en Mars en ook bij sommige van hun manen.

Meteoroïden zijn brokstukken die afkomstig zijn van kometen of planetoïden en door de ruimte zweven. Ze variëren in grootte, van stofdeeltjes tot kilometersdikke objecten, en bestaan uit vast gesteente of ijzer. Wanneer meteoroïden de dampkring binnendringen, ontstaan meteoren, beter bekend als ‘vallende sterren’, doordat ze verschroeien door de wrijving met de luchtdeeltjes.

©VANIN

Een meteoriet is een meteoroïde die niet volledig verschroeid is in de atmosfeer en het aardoppervlak bereikt. Sommige meteorieten verdampen door de enorme kracht van de inslag, maar andere kunnen wel degelijk teruggevonden worden. Door de enorme impact van de inslag kan een inslagkrater ontstaan. De bekendste is wellicht de Chicxulubkrater in de Golf van Mexico, die het gevolg is van de meteoriet die zo’n 66 miljoen jaar geleden het einde betekende van het tijdperk van de dinosauriërs. De maan en Mercurius hebben veel inslagkraters doordat ze geen beschermende dampkring hebben.

Kometen verschijnen als een ‘staartster’ aan de hemel. De kern, 1 tot 10 km groot, bestaat uit ijs en stof, ook wel ‘vuile sneeuwbal’ genaamd. Kometen volgen een baan rond de zon die hen vrij dicht bij de zon brengt. Wanneer de komeet dicht bij de zon is, sublimeert het ijs. Daardoor ontstaat een wolk van gas en stof die zich uitstrekt tot 1 miljoen km rond de kern: de coma. Het meest opvallende deel van de komeet is de staart. Kometen hebben twee staarten: een witgele stofstaart doordat de stofdeeltjes het zonlicht weerkaatsen en een blauwe plasmastaart die bestaat uit geladen deeltjes die door de zonnewind worden weggeblazen. De staart kan tot 150 miljoen kilometer lang zijn. Door de zonnewind is de staart altijd weggericht van de zon.

De Kuipergordel is de bron voor kometen met een korte omlooptijd rond de zon. Kometen met een langere omlooptijd zijn vermoedelijk afkomstig uit de Oortwolk.

Doordat komeetbanen kriskras tussen de banen van de planeten lopen, trekt de aardbaan vaak door de staart van een komeet. Het stof blijft in langgerekte sporen de baan van de komeet volgen. Wanneer een planeet door zo’n stofspoor trekt, komen de stofdeeltjes, meteoroïden genaamd, op die planeet terecht. Bij de aarde (en andere planeten die door een dampkring beschermd worden) verschijnen ze onder de vorm van meteoren, in de volksmond ‘vallende sterren’ genoemd. Aangezien het hier om een hele stofwolk gaat die de atmosfeer binnenkomt en verdampt, spreken we van een meteorenzwerm. De bekendste jaarlijks terugkerende voorbeelden zijn de Perseïden, die midden augustus uit het sterrenbeeld Perseus lijken te vallen, en de Leoniden, die midden november uit het sterrenbeeld Leo of Leeuw lijken te vallen.

Op iDiddit vind je een animatie over de baan van hemellichamen.

3 DE OPBOUW VAN HET HEELAL

©VANIN

3.1 STERRENSTELSELS OF GALAXIEËN

3.1.1 S OORTEN STERRENSTELSELS OF GALAXIEËN

Een sterrenstelsel of galaxie is een groep van sterren die relatief dicht bij elkaar staan en door de zwaartekracht bijeengehouden worden. Ons eigen sterrenstelsel, waartoe ook onze zon behoort, wordt het Melkwegstelsel genoemd. Wanneer we naar de hemel kijken, zien we een band van licht die we de Melkweg noemen. Dat is eigenlijk de projectie van het Melkwegstelsel op de hemelkoepel.

Astronomen delen de galaxieën in drie hoofdtypes in:

- Elliptische stelsels worden aangeduid met de letter E, gevolgd door een cijfer dat de mate van afplatting aangeeft. Een nul staat voor een vrijwel rond stelsel, terwijl zeven wijst op een sterke afplatting. Tegenwoordig gaat men ervan uit dat elliptische stelsels ontstaan door kleinere sterrenstelsels op te slokken.

- Spiraalstelsels worden verdeeld in gewone spiralen (aangeduid met S) en balkspiralen (aangeduid met SB). Dat onderscheid wordt gemaakt op basis van het punt waaruit de spiraalarmen ontspringen: ofwel vanuit een ronde kern (gewone spiralen), ofwel vanuit de uiteinden van een centrale balk (balkspiralen). De kleine letters (a, b, c) geven de grootte van de kernen aan (a: grote kern - c: kleine kern) en daarmee meteen ook de mate van opwinding van de spiraalarmen rond de kern (a: sterk opgewonden - c: zeer los).

- Onregelmatige stelsels bestaan uit een vrij chaotische verzameling sterren, waarbij geen duidelijke ellips- of spiraalstructuur zichtbaar is.

3.1.2 HET MELK WEGSTELSEL

De vorm van ons Melkwegstelsel is onderwerp van discussie en onderzoek. In het verleden werd aangenomen dat het Melkwegstelsel een normaal spiraalstelsel was. Na nieuwe waarnemingen gaat men er tegenwoordig steeds meer van uit dat we ons eigenlijk in een balkspiraalstelsel bevinden.

Er zijn naar schatting tussen de 100 miljard en 400 miljard sterren in het Melkwegstelsel. Er zijn uiteraard ook talloze planeten gevormd tijdens het ontstaan van deze sterren.

Het Melkwegstelsel heeft een diameter van ongeveer 100 000 lichtjaar en een dikte van ongeveer 20 000 lichtjaar. Onze zon bevindt zich in één van de spiraalarmen van het Melkwegstelsel, namelijk de Orionarm, en ze staat ongeveer 27 400 lichtjaar verwijderd van het centrum van het Melkwegstelsel.

Net zoals planeten rond een ster draaien, draaien sterrenstelsels rond hun kern. Onze zon draait met een snelheid van ongeveer 210 km/sec om het centrum van het Melkwegstelsel. Het duurt ongeveer 225 miljoen jaar voordat de zon een volledige omloop om het centrum heeft voltooid.

©VANIN

3.2.1 DIFFUSE NE VELS

Nevels zijn diffuse objecten die zich tussen de sterrenstelsels bevinden en voornamelijk bestaan uit gas, stof en plasma. De nevels die zich binnen ons Melkwegstelsel bevinden, zijn de galactische nevels.

Ze bestaan uit drie hoofdtypes:

- Absorptienevels of donkere nevels zijn stofwolken die het licht van verder weg gelegen sterren verzwakken of zelfs volledig absorberen.

- Reflectienevels zijn betrekkelijk koele gas- en stofwolken die het licht van naburige sterren weerkaatsen en verstrooien.

- Emissienevels zijn nevels die zelf zichtbare straling uitzenden.

Daarnaast zijn er extragalactische nevels die geen deel uitmaken van het Melkwegstelsel en eigenlijk gewoon andere sterrenstelsels zijn die ten onrechte door de vroegere telescopen als nevels aanzien werden. Een voorbeeld is de Andromedanevel, één van onze dichte buren, die met het blote oog waar te nemen is aan de rand van het sterrenbeeld Andromeda.

3.2.2 PL ANETAIRE NEVELS

Planetaire nevels kunnen uiteenlopende vormen aannemen. Soms lijken ze op bolletjes, rookkringetjes, zandlopers of zeepbellen, terwijl andere vleugels van gas lijken te hebben. Eén van de bekendste planetaire nevels is de Ringnevel, die zijn naam alle eer aandoet. Deze nevel is één van de mooiste in zijn soort. Doordat planetaire nevels lijken op planeten, heeft men ze vroeger de naam ‘planetaire nevels’ gegeven. In werkelijkheid zijn het gassen die vrijgekomen zijn tijdens de krimping van een ster tot een witte dwerg (fig. 1.56). De witte dwerg is in het midden te zien, met de afgestoten gassen eromheen.

3.2.3 SUPERNOVARESTANTEN

©VANIN

Bij de explosie van een grote ster (supernova) worden grote gasmassa’s met gigantische snelheden de ruimte in gestoten. Een bekend voorbeeld van een supernovarestant is de Krabnevel in het sterrenbeeld Stier. Die zet uit met een snelheid van 1 000 km/sec. Daaruit heeft men berekend dat de explosie in het jaar 1054 heeft plaatsgevonden. Dat komt overeen met oude Chinese geschriften die het hebben over een nieuwe ster in het sterrenbeeld Stier die zelfs overdag zichtbaar was.

Om een beter begrip te krijgen van de onvoorstelbaar grote afstanden en opmerkelijke structuren in het heelal, bouwen we hieronder stapsgewijs een schaalmodel op. We starten bovenaan op figuur 1.58, met de straal van de aarde als eerste referentieafstand.

A Onze planeet is met een straal van ongeveer 6 378 km een relatief kleine planeet. De straal van Jupiter is bijvoorbeeld 12 keer groter dan die van de aarde.

B Wanneer we uitzoomen tot een cilinder met een straal van 1 AE, zien we de zon met opeenvolgend Mercurius, Venus en ten slotte de Aarde.

C We zoomen nog verder uit, tot een straal van 30 AE, de afstand van de zon tot Neptunus. In kilometer is dat 30 x 150 x 106 km = 4,5 x 109 of 4,5 miljard km. Nu zien we alle planeten, maar wel met enige vertraging. Zo nemen we Neptunus waar met een vertraging van 240,7 minuten, wat neerkomt op 4 uur.

D Wanneer we nog verder uitzoomen, naar een straal van 10 lj, zien we 11 sterren. Dat zijn onze dichtste buren. De dichtstbijzijnde ster bevindt zich op 4,3 lichtjaar afstand. Ook bij die sterren buiten ons zonnestelsel horen planeten, het zijn de exoplaneten.

E Een volledig begrip van ons sterrenstelsel, het Melkwegstelsel, vereist dat we uitzoomen tot een straal van 50 000 lichtjaar. Dat betekent dat het Melkwegstelsel een diameter heeft van 100 000 lj, of 9,5 x 1017 km. Wij bevinden ons samen met onze dichtste buren in de Orionarm, één van de armen van het Melkwegstelsel. Het Melkwegstelsel bevat naar schatting 100 tot 400 miljard sterren, en nog veel meer exoplaneten.

F Het Melkwegstelsel en onze dichtste buur de Adromedanevel (heel gelijkend en nabij) vormen samen met 28 andere sterrenstelsels een cluster. Wij behoren tot de cluster met de naam Lokale Groep.

G Het heelal bevat naar schatting minstens 2 biljoen sterrenstelsels zoals ons Melkwegstelsel, die allemaal verschillende vormen en groottes hebben. Men schat dat het ‘waarneembare heelal’ een bol is met een diameter van ongeveer 92 miljard lichtjaar. Bovendien bevat het waarschijnlijk veel ‘donkere materie en energie’, die we moeilijk kunnen waarnemen. We hebben slechts een beperkt begrip van vermoedelijk zo’n 5 % van het heelal. Met behulp van speciale camera’s konden de Hubble-ruimtetelescoop en zijn opvolger de James Webb-ruimtetelescoop beelden maken tot de verst waarneembare objecten in het universum.

©VANIN

A B D

De gemiddelde straal van de aarde bedraagt 6378 km.

De afstand zon – Neptunus bedraagt 30 AE.

C

Op een afstand tot 10 lj van ons bevinden zich maar enkele sterren. De dichtste is Proxima Centauri. Als we de zon als een bolletje van 1 cm voorstellen, zou deze ster nog op 290 km staan. Er is dus veel ‘lege’ ruimte in het heelal.

Ons sterrenstelsel noemen we het Melkwegstelsel. Het heeft de vorm van een balkspiraal. We bevinden ons in de Orionarm, 26 000 lj van het centrum van het Melkwegstelsel.

Andromedanevel

2,55 miljoen lj van de zon

F 35 DE STRUCTUUR VAN HET HEELAL

5 DE INDELING VAN STERREN

Uit waarnemingen blijkt dat elke ster unieke eigenschappen heeft qua helderheid en kleur. Die eigenschappen worden gebruikt in het Hertzsprung-Russeldiagram om sterren in te delen. In dat diagram wordt de oppervlaktetemperatuur van een ster weergegeven op de horizontale as. Die temperatuur bepaalt de kleur van de ster. Op de verticale as wordt de absolute helderheid van de ster aangegeven. Daarbij wordt de helderheid van andere sterren vergeleken met die van de zon, waarvan de helderheid 1 is en als referentie dient.

102zonneradius

10zonneradius

1zonneradius

103zonneradius

Op iDiddit vind je een animatie over het HertzsprungRusseldiagram.

0,1zonneradius

10–2zonneradius

10–3zonneradius

Ongeveer 90 % van de sterren bevindt zich in de hoofdreeks, een brede diagonale strook in het diagram. In de hoofdreeks is er een direct verband tussen temperatuur en helderheid. Blauwe reuzen zijn bijvoorbeeld heel helder en heet, terwijl rode dwergen koeler zijn en lichtzwak. Onze zon, die ook een ster is, bevindt zich ergens in het midden van de hoofdreeks. Bij sterren die zich buiten de hoofdreeks bevinden, is vooral de grootte bepalend voor de helderheid. Dit omvat onder andere heel heldere superreuzen en heldere rode reuzen. Beide typen sterren zijn relatief koel. De witte dwergen zijn heet, maar lichtzwak.

6 DE LE VENSLOOP VAN EEN STER

De levensloop van een ster kan worden samengevat in de volgende stappen:

©VANIN

1 Eerst zijn er enorm grote gaswolken van waterstof, de kraamklinieken voor sterren, bijvoorbeeld de Pillars of creation.

2 De materie in de gaswolk trekt samen door de zwaartekracht. Daardoor stijgen de temperatuur en de druk en stort de gaswolk in. Dat leidt tot de vorming van een protoster en protoplaneten. Dat proces kan tot wel 10 miljoen jaar duren, tot de temperatuur en druk zo hoog zijn dat waterstof in helium wordt omgezet.

3 Bij die fusie gaat een beetje massa verloren, die wordt omgezet in zeer veel energie (E = mc2). Zo komt o.a. lichtstraling vrij vanuit het centrum. Wanneer dat licht door het oppervlak dringt, wordt de ster geboren.

LICHTE STERREN (ZOALS DE ZON)

4 Er is een lichte ster geboren. Lichte sterren zoals onze zon kunnen gedurende ongeveer 10 miljard jaar de toestand van kernfusie volhouden, tot het moment dat al hun waterstof is omgezet in helium. Aangezien de zon ongeveer 5 miljard jaar oud is, bevinden we ons nu ongeveer halfweg haar levensduur.

5 Wanneer de waterstof in de kern van een lichte ster zoals de zon op raakt, stopt de energieproductie en zwelt de ster op tot wel honderd keer zijn oorspronkelijke grootte. Daarbij daalt de temperatuur en wordt de ster een rode reus

6 De buitenste schillen van de ster worden weggeblazen en er ontstaat een planetaire nevel

7 De rest stort in tot een kleine bol met hoge dichtheid, de oorspronkelijke kern van de ster, bekend als een witte dwerg, die uiteindelijk ook zal verdwijnen.

ZWARE STERREN

8 Er is een zware ster geboren. Een zware ster heeft een heel hoge massa en blijft in het centrum alsmaar zwaardere elementen maken (tot element Fe).

9 Wanneer het kernfusieproces stopt (Fe vraagt energie i.p.v. er te leveren), valt de interne druk weg. De zwaartekracht wint, waardoor het centrum instort.

©VANIN

10 Dat gaat gepaard met een enorme explosie, een lichtflits genaamd supernova

11 Het restant van de ster evolueert uiteindelijk tot een neutronenster of, in het geval van nog meer massa, tot een zwart gat

ONTSTAAN EN EVOLUTIE VAN

HET HEELAL

De meest gangbare verklaring voor de oorsprong van het heelal is de Big Bang of oerknaltheorie, ontwikkeld door Lemaître en Hubble. Die theorie stelt dat het huidige heelal ongeveer 13,8 miljard jaar geleden ontstond vanuit een minuscuul puntje, dat bekend staat als singulariteit. Dat punt had een extreem hoge straling, temperatuur en druk, en bevatte alle materie die er bestaat. Het heelal was vergelijkbaar met een belletje, kleiner dan een speldenkop, maar heter en zwaarder dan we ons kunnen voorstellen.

HET VERLEDEN

1 Door de hoge druk en temperatuur in het puntje waar alle materie was samengeperst, vond er een gigantische explosie plaats die bekend staat als de oerknal. Daardoor maakte het heelal direct na de oerknal een fase van exponentiële uitbreiding door. Gedurende dit minuscule tijdsinterval zou het heelal tussen de 1030 en 10100 keer zo groot zijn geworden.

2 Tijdens de expansie werden deeltjes alle richtingen uit gezonden, waardoor het heelal veranderde in een ziedend hete soep van elektronen en andere deeltjes.

©VANIN

3 Naarmate het heelal uitbreidde, nam de temperatuur af. In minder dan 1 seconde werden protonen en neutronen (bouwstenen van atomen) gevormd uit de allerkleinste deeltjes. Het heelal was nog steeds te heet om atomen te vormen, waardoor geladen elektronen en protonen verhinderden dat er licht kon schijnen. Het heelal was een superhete mist, een grote ondoorzichtige vuurbal.

4 Ongeveer 100 seconden na de oerknal was de temperatuur voldoende gedaald zodat de eerste atoomkernen konden ontstaan. Het duurde 380 000 jaar voordat elektronen in banen rond kernen draaiden en de eerste atomen vormden. Vanaf dan kon er licht ontsnappen: het heelal werd transparant.

5 Zwaartekracht zorgde ervoor dat waterstof en helium zich tot gigantische wolken vormden, nevels genaamd, waarin sterren en sterrenstelsels ontstonden.

6 De oudst waargenomen sterrenstelsels werden ongeveer 500 miljoen jaar na de oerknal gevormd. De James Webb-telescoop heeft daarvan de recentste beelden gemaakt. Ook ons Melkwegstelsel is in die tijd ontstaan.

7 Terwijl sterrenstelsels zich groepeerden onder invloed van de zwaartekracht, stierven de eerste sterren in een gas- en stofwolk en stootten daarbij zware elementen zoals ijzer, koolstof en aluminium de ruimte in. Dat zorgde voor een enorme aanmaak van nieuwe sterren.

8 Ongeveer 9 miljard jaar na de oerknal begon de expansie van het heelal te versnellen.

9 Ons zonnestelsel en de aarde ontstonden 9,2 miljard jaar na de oerknal, ongeveer 4,6 miljard jaar geleden.

HEDEN

Sinds de oerknal is er 13,8 miljard jaar verstreken.

DE TOEKOMST

10 Over ongeveer 5 miljard jaar zullen de Andromedanevel en het Melkwegstelsel fusioneren. Vervolgens zal over 6 miljard jaar (ongeveer 20 miljard jaar na de oerknal) onze zon uitzetten of opzwellen. Ons zonnestelsel zal uiteindelijk een stof- en gasnevel vormen.

11 Wanneer sterren aan het einde van hun leven komen, stoten ze een groot deel van hun materie af in stofen gasnevels, de kraamkamers voor nieuwe sterren. Afhankelijk van de oorspronkelijke grootte van een ster, krimpt de rest tot een witte dwerg, neutronenster of zwart gat.

12 Door de enorme expansie van het heelal worden de brokstukken en gassen van de sterren steeds verder uit elkaar gedreven.

13 Over 1 000 miljard jaar zullen de laatste sterren uiteendrijven.

14 De gassen van de sterren zijn in het expanderende heelal zo verspreid dat ze niet meer samentrekken tot sterren of planeten.

15 Het heelal is een uitgestrekte en uiterst koude ruimte zonder sterren of planeten.

©VANIN

2 MOGELIJKE S CENARIO’S OVER DE TOEKOMST VAN HET HEELAL

Wetenschappers zijn het nog niet helemaal eens over hoe het heelal verder zal evolueren. Die evolutie is afhankelijk van de aanwezigheid van al dan niet voldoende gekende materie, donkere materie en donkere energie, dus voldoende of onvoldoende zwaartekracht tussen de materie onderling.

Het gesloten heelal of de Big Crunch: Als er genoeg materie aanwezig is, kan de zwaartekracht uiteindelijk de overhand krijgen en de uitdijing van het heelal stoppen. Het heelal zou dan beginnen krimpen en sterren, planeten en sterrenstelsels zouden op elkaar botsen. Wanneer alle materie zich weer in één punt concentreert, kan het opnieuw tot een oerknal komen, waarna het hele proces zich herhaalt. We spreken dan over een cyclisch heelal.

Het vlakke of statische heelal: Het heelal zou steeds langzamer kunnen uitdijen, totdat de uitdijing constant blijft.

Het open heelal: De meest waarschijnlijke theorie op basis van recente waarnemingen is dat er niet genoeg materie aanwezig is om de zwaartekracht te overwinnen en de uitdijing te stoppen. Dat leidt tot het scenario van het uitdijende heelal. Er zijn twee mogelijkheden:

- Bij de Big Chill gebeurt de expansie lineair, de uitdijing blijft dus aan hetzelfde tempo verdergaan.

- De Big Rip is de theorie waarbij de uitdijing van het heelal versnelt en het heelal uiteindelijk uiteenvalt.

©VANIN

3 BEWIJ ZEN VAN DE OERKNALTHEORIE

3.1 DE E CHO VAN DE OERKNAL

Ongeveer 380 000 jaar na de oerknal begonnen de eerste atomen, voornamelijk waterstof en in mindere mate helium, zich te vormen. Als gevolg daarvan werd de ruimte doorzichtig en ontkoppelde de straling zich van materie. Straling en licht verplaatsten zich zo goed als ongehinderd door de ruimte met de snelheid van het licht (300 000 km/sec).

De hemel straalt in alle richtingen microgolfstraling uit. Opmerkelijk is dat die straling heel gelijkmatig over de hemel is verdeeld en nauwkeurig overeenkomt met de straling van een object met een temperatuur van 2,73 K (-270,42 °C). Bij het absolute nulpunt, 0 K, zou er geen energie-uitstraling meer zijn. Als gevolg van de uitdijing van het heelal neemt de intensiteit van de straling af. De kosmologische roodverschuiving zorgt ervoor dat wat oorspronkelijk uv, infrarood en zichtbaar licht waren, ons nu als microgolven bereikt.

Dit onderzoek leerde ons ook dat het heelal is samengesteld uit 4,9 % gewone (gekende) materie, 26,8 % donkere materie en 68,3 % donkere energie.

©VANIN

Tijdens onderzoek van het zichtbare spectrum van sterren (fig. 1.17), ontdekte men dat de fraunhoferlijnen niet exact op hun verwachte plaats bleven. Ze vertoonden een lichte verschuiving naar de rode of blauwe kant van het spectrum.

beweegt naar je toe: blauwverschuiving

beweegt niet

beweegt van je weg: roodverschuiving

Als gevolg van het Dopplereffect ontstaat de eenvoudigste vorm van rood- en blauwverschuiving:

- Roodverschuiving: De lichtbron gaat steeds verder weg van de waarnemer. De gemeten golflengte van het licht wordt langer en de frequentie lager. De fraunhoferlijnen verschuiven in de richting van het rood.

- Blauwverschuiving: De lichtbron komt steeds dichter bij de waarnemer. De gemeten golflengte van het licht wordt korter en de frequentie hoger. De fraunhoferlijnen verschuiven in de richting van het blauw.

- Geen verschuiving: De afstand tussen waarnemer en lichtbron blijft constant.

Via deze methode heeft men de expansie van het heelal gemeten.

lage frequentie

hoge frequentie

Een vergelijkbaar fenomeen doet zich voor bij geluidsgolven. Als een ziekenwagen naar je toe rijdt, worden de geluidsgolven samengeperst en hoor je de sirene als een hogere toon. Als de ziekenwagen van je wegrijdt, rekken de geluidsgolven uit en hoor je een lagere toon. Met sterren gebeurt ook zoiets: in het licht zit informatie die laat zien of sterren(stelsels) naar ons toekomen of van ons weggaan.

©VANIN

Edwin Hubble, de astronoom naar wie de Hubble-telescoop vernoemd is (fig. 1.12), was de eerste die het fenomeen van roodverschuiving beschreef en het in verband bracht met de uitdijing van het heelal. In 1929 toonden zijn waarnemingen aan dat bijna alle sterrenstelsels zich van ons weg bewegen. Dat inzicht kwam ook van pas bij de studie van de onderlinge bewegingen van sterren. Door de uitdijing van het heelal bewegen sterrenstelsels die ver van ons verwijderd zijn zich van ons weg. Hoe groter de afstand, hoe groter de vluchtsnelheid is. Als je van een groot aantal stelsels de vluchtsnelheid en de afstand kent, kun je uitrekenen wanneer de oerknal plaatsvond. De verhouding tussen vluchtsnelheid en afstand wordt de Hubbleconstante genoemd. Op basis van deze bevindingen kunnen we voorspellen dat het Melkwegstelsel en de Andromedanevel over ongeveer 4,5 miljard jaar zullen fusioneren.

©VANIN

Bewegingen van aarde en maan

1

2

3

©VANIN

1 DE AARDROTATIE

ONDERZOEKSVRAGEN

HOE KUNNEN WE DE AARDROTATIE EN DE GEVOLGEN ERVAN OP AARDE

WAARNEMEN?

OP WELKE MANIER BEÏNVLOEDT DE AARDROTATIE ONS DAGELIJKS LEVEN?

1 WAARNEMINGEN

1.1 DE ZON OVERDAG

Figuur 2.1 toont voor elk seizoen de schijnbare beweging van de zon aan de hemelkoepel, ook wel de dagboog van de zon genoemd. De zon komt op en gaat onder aan de horizon, de lijn waar de aarde en de hemel elkaar schijnbaar raken. Het moment van middag is het tijdstip waarop de zon haar grootste hoogte bereikt boven de horizon: de culminatiehoogte (CH). De zon staat dan in het zuiden.De waarnemer bevindt zich centraal onder de hemelkoepel en het punt loodrecht boven de waarnemer op de hemelkoepel is het zenit. Elke plaats op aarde heeft een ander zenit.

Bij ons op 50° N verandert de dagboog van de zon elke dag een beetje. Op 20 maart en 23 september komt de zon op in het oosten en gaat vervolgens over het zuiden naar het westen, waar ze ondergaat. Tijdens deze dagen culmineert de zon op een hoogte van 40°. Aan het begin van de lente en herfst zijn de dag en nacht even lang, namelijk 12 uur.

Op iDiddit vind je een animatie over de dagboog bij de lente- en herfstevening.

©VANIN

Op 21 juni, het begin van de zomer, komt de zon op in het noordoosten, culmineert ze in het zuiden met een culminatiehoogte van 63° 26’ en gaat ze onder in het noordwesten. Op dat moment is de dag veel langer dan de nacht. Op 22 december, bij het begin van de winter, komt de zon op in het zuidoosten en gaat ze onder in het zuidwesten. De culminatiehoogte bedraagt bij ons dan slechts 16° 34’. De dag is veel korter dan de nacht.

Op iDiddit vind je animaties over de dagboog bij de zomerzonnewende en winterzonnewende.

1.2 DE STERRENHEMEL TIJDENS DE NACHT

De sterren vertonen, net als de zon, een schijnbare beweging aan de hemelkoepel. Ze komen op in het oosten en gaan onder in het westen, waarbij ze schijnbaar rond één centraal punt op de hemelkoepel bewegen: de Poolster. De Poolster staat in het verlengde van de aardas, voor een waarnemer op het noordelijk halfrond aan de hemelkoepel boven het noorden.

2 VAN SCHIJNBEWEGING NAAR ECHTE BEWEGING

Als de zon en de sterren die beweging werkelijk zouden uitvoeren in 24 uur tijd, dan zouden ze, gezien de grote afstanden in het heelal, veel sneller moeten bewegen dan de snelheid van het licht, namelijk 300 000 km/s. Volgens de wetten van de fysica is dat echter onmogelijk.

Om de schijnbeweging van de zon en de sterren te illustreren, gebruiken we een voorbeeld uit het dagelijks leven. Stel je voor dat je in een trein zit die stilstaat en het treinstel op het spoor naast jou rijdt weg. Dan heb je het gevoel dat jouw treinstel vertrekt, maar dan in de tegengestelde richting. Jouw treinstel maakt dus een schijnbeweging, die tegengesteld is aan de echte beweging.

We passen dat toe op de schijnbare dagelijkse beweging van de zon en de sterren aan de hemelkoepel. De zon beweegt schijnbaar van oost naar west. Als dat een schijnbeweging is voor ons op aarde, dan beweegt de aarde in de tegenovergestelde richting.

©VANIN

Die beweging is de rotatie of dagelijkse wenteling van de aarde om haar as. Dat is de echte beweging: de aardrotatie van west naar oost, of in tegenwijzerzin. De denkbeeldige aardas loopt doorheen de Noord- en de Zuidpool. De volledige omwenteling duurt 24 uur: dat is een etmaal

3.1 PL AATSBEPALING OP AARDE

Het global positioning system (gps) is niet meer weg te denken uit ons dagelijks leven. Dit systeem komt aan bod in het thema ‘De kosmos’. In dit thema herhalen we de basisprincipes van de plaatsbepaling op aarde.

3.1.1 HET WERELDGRADENNET

De rotatiebeweging van de aarde vormt de basis voor het wereldgradennet. Doordat de aarde om haar as draait, beschrijft elke plaats op aarde een cirkel. Dat zijn de breedtecirkels of parallellen, zij geven de west-oostrichting aan.

Elke plaats op aarde komt één keer per omwenteling recht voor de zon te staan. Dan staat de zon het hoogst en is het middag. Alle plaatsen die de zon op hetzelfde moment zien culmineren, hebben middag op datzelfde moment en liggen op een lijn die loopt van de Noordpool naar de Zuidpool. Dat zijn de middaglijnen of meridianen, zij geven de noord-zuidrichting aan. Het coördinatenstelsel maakt gebruik van twee nullijnen: de evenaar en de nulmeridiaan

De evenaar is de langste breedtecirkel, die even ver ligt van de twee polen en de scheidingslijn vormt tussen het noordelijk en het zuidelijk halfrond. Het noordelijk halfrond strekt zich uit tussen de evenaar en 90° N, het zuidelijk halfrond tussen de evenaar en 90° S.

De nulmeridiaan is de meridiaan die door Greenwich loopt, nabij Londen. Samen met de meridiaan van 180° vormt de nulmeridiaan de grens tussen het oostelijk en het westelijk halfrond. Het westelijk halfrond beslaat het gebied tussen de nulmeridiaan en 180° W, terwijl het oostelijk halfrond zich uitstrekt vanaf de nulmeridiaan tot 180° E. Het is belangrijk om te weten dat de meridianen van 180° W en 180° E samenvallen.

3.1.2 DE COÖRDINATEN IN HET WERELDGRADENNET

De coördinaten van een punt op aarde geven de ligging aan van dat punt ten opzichte van de nullijnen. Aangezien de aarde bolvormig is, worden de afstanden uitgedrukt in graden.

Op iDiddit vind je een animatie over de lengte- en breedteligging op aarde.

©VANIN

De breedteligging van een punt A (fig. 2.6) wordt uitgedrukt in graden en geeft de afstand van dat punt tot aan de evenaar aan. Afhankelijk van het halfrond waarop punt A zich bevindt, wordt gesproken van noorderbreedte (N) of zuiderbreedte (S).

De lengteligging van een punt A wordt ook uitgedrukt in graden en geeft de afstand van dat punt tot aan de nulmeridiaan aan. Afhankelijk van het halfrond waarop punt A zich bevindt, wordt gesproken van westerlengte (W) of oosterlengte (E).

3.1.3 DE P OOLSHOOGTE BEPAALT DE BREEDTELIGGING

Aangezien de Poolster zich in het verlengde van de aardas bevindt, is de hoogte van de Poolster boven de horizon gelijk aan de geografische breedte van de waanemer. De horizon kun je voorstellen als het raakvlak tussen jouw standplaats en de wereldbol. Vanop die standplaats zie je de Poolster (zeer ver weg – dus in de richting evenwijdig met de aardas). Uit de meetkunde (overstaande hoeken zijn gelijk) leid je af dat de poolshoogte gelijk is aan de geografische breedte. In de scheepvaart werd dat principe voor de uitvinding van de gps gebruikt om de breedteligging te bepalen.

3.2 AF WISSELING VAN DAG EN NACHT

De zon beschijnt de aarde. Doordat de aarde bolvormig is, wordt exact de helft van de aarde belicht.

3.3 DE TIJD SINDELING OP AARDE

Als gevolg van de aardrotatie wisselen dag en nacht elkaar af in de loop van 24 uur. Dat dag-nachtritme vormt de basis van onze tijdsbepaling op aarde. De lengteligging bepaalt op welke momenten een punt zich in het belichte en het donkere deel bevindt. Dat levert dus wereldwijd tijdsverschillen op.

3.3.1 DE ZONNETIJD

Alle plaatsen op eenzelfde meridiaan zien op hetzelfde moment de zon culmineren. Dat moment noemen we middag en daarom worden meridianen of lengtecirkels ook wel middaglijnen genoemd. De tijd die gebaseerd is op het moment van de culminatiehoogte, wordt de zonnetijd genoemd. Als we voor elke plaats op aarde de exacte zonnetijd zouden gebruiken, zou dat tot problemen leiden. Zo culmineert de zon 12 minuten later in Oostende dan in Eupen. Ook de inwoners van pakweg Parijs en Berlijn zouden moeite hebben om op het juiste moment met elkaar af te spreken aangezien 12 uur zonnetijd niet op hetzelfde moment valt voor beide steden.

3.3.2 DE THE ORETISCHE TIJDSZONES OF ZONETIJD

©VANIN

Om het leven op aarde gemakkelijker te organiseren, maken we gebruik van 24 tijdzones. In 24 uur tijd draait de aarde 360 graden om haar as, wat betekent dat er in 1 uur tijd 15 graden worden afgelegd. Elke tijdzone is dus 15 graden breed. De nulmeridiaan ligt centraal in de eerste tijdzone. Die tijdzone strekt zich uit van 7° 30’ W tot 7° 30’ E en wordt de UTC-zone (Universal Time Coördinated) genoemd. Alle plaatsen binnen die zone hanteren dezelfde tijd, we noemen die de wereldtijd. Wanneer je van de ene tijdzone naar de andere gaat, moet je de tijd aanpassen. Als je naar het oosten reist, wordt het per 15 graden een uur later (bv. UTC wordt UTC+1). Als je naar het westen reist, wordt het per 15 graden een uur vroeger (bv. UTC wordt UTC-1). Dat zijn de theoretische tijdzones, gebaseerd op de lengteligging, ook wel de zonetijd genoemd. België ligt volgens de zonetijd dus in de UTC-zone.

E

Op iDiddit vind je animaties over de zonnetijd en de zonetijd.

3.3.3 DE CONVENTIONELE OF LOKALE TIJD

In de praktijk worden de tijdzones aangepast aan de landsgrenzen. Dat wordt de conventionele tijd genoemd. De meeste landen van West-Europa gebruiken als standaardtijd UTC+1.

In sommige landen wordt de klok afhankelijk van het seizoen verzet naar een zomer- of wintertijd. In België schakelen we de laatste zondag van maart over naar de zomertijd. Dan wordt de klok een uur vooruit gedraaid. De laatste zondag van oktober schakelen we terug naar de wintertijd. Dan draaien we onze klok een uur terug.

3.3.4 DE GEBRUIKTE UURZONES IN BELGIË

Op basis van de lengteligging zou België (het meest oostelijke punt bevindt zich op 6° 30’ E) de West-Europese tijd moeten gebruiken, maar vooral omwille van economische redenen (bv. treinverkeer) gebruiken we de Midden-Europese tijd in de winter. In de zomermaanden schakelen we over naar de Oost-Europese tijd door de klok een uur vooruit te zetten. Dat betekent dat we in de zomermaanden twee uur voor zijn op de zonnetijd en de zon bijgevolg niet om 12.00 u. culmineert maar omstreeks 13.40 u (fig. 2.11).

3.3.5 DE DATUMGRENS

Op de atlaskaart van de uurgordels kun je zien dat er bij de meridiaan van 180° een tijdsverschil van 24 uur ontstaat. De datumgrens is een internationaal vastgelegde lijn, die min of meer samenvalt met de 180°-meridiaan. Als je vanaf de nulmeridiaan begint en alle tijdzones doorloopt tot 180° E, dan is het daar 12 uur later. Als je vanaf de nulmeridiaan naar het westen gaat en alle uurzones doorloopt tot 180° W, dan is het daar 12 uur vroeger. Wanneer je de datumgrens van oost naar west oversteekt, ga je naar de datum van de vorige dag. In de tegenovergestelde richting ga je naar de datum van de volgende dag. Wanneer iemand om middernacht de datumgrens oversteekt van oost naar west, verandert de datum niet, terwijl er in de tegenovergestelde richting een dag wordt overgeslagen.

3.4 AFBUIGING VAN DE WINDEN EN ZEESTROMINGEN

De snelheid waarmee de aarde om haar eigen as draait, is afhankelijk van de plaats waar men zich op aarde bevindt en neemt af naarmate de breedtegraad toeneemt. Op de evenaar bedraagt de snelheid bijvoorbeeld 1 656 km/u, terwijl ze op onze breedtegraad 1 044 km/u is en op de Noordpool 0 km/u.

In de richting van de polen ondervindt een luchtstroom of waterstroom een soort traagheid die veroorzaakt wordt door de verschillende snelheden van de aardrotatie op verschillende plaatsen op aarde. Dat effect wordt het corioliseffect genoemd. Op het noordelijk halfrond buigt de stroom af naar rechts en op het zuidelijk halfrond naar links.

Op iDiddit vind je een animatie over het corioliseffect.

3.5 DE AFPL ATTING VAN DE AARDE

Door de rotatie van de aarde ontstaat er een afplatting aan de polen, waardoor de aarde geen perfecte bol meer is. Op het draaiende oppervlak treden middelpuntvliedende krachten op, die toenemen naarmate je dichter bij de evenaar komt. Die krachten veroorzaken een uitzetting in het vlak van de evenaar en een afplatting aan de polen. Als gevolg daarvan is de afstand vanaf het middelpunt van de aarde tot de evenaar 21 km langer dan de afstand van het middelpunt tot één van de polen (fig. 2.12).

DE AARDREVOLUTIE

ONDERZOEKSVRAGEN

WELK VERBAND IS ER TUSSEN DE SEIZOENEN, DE KLIMAATGORDELS EN DE SCHUINE STAND VAN DE AARDAS?

EN

Het lijkt alsof de zon rond de aarde beweegt, maar intussen is meer dan voldoende bewezen dat het net andersom is. In het vorige hoofdstuk heb je geleerd dat de dagboog van de zon een gevolg is van de aardrotatie. Afhankelijk van het seizoen is er een verschil in culminatiehoogte. Je zult zelf al gemerkt hebben dat de plaats waar je de zon ziet opkomen of ondergaan tijdens de zomer niet hetzelfde is als tijdens de winter. Wanneer je de culminatiehoogte (CH) en de uren van zonsopgang en zonsondergang vergelijkt voor verschillende tijdstippen en plaatsen, zul je grote verschillen zien tussen plaatsen en momenten in het jaar. De oorzaak daarvan is de aardrevolutie (de omwenteling van de aarde rond de zon) in combinatie met de schuine stand van de aardas.

2 DE ELLIP SVORMIGE BAAN VAN DE AARDE ROND DE ZON

De aarde en de andere planeten draaien in tegenwijzerzin rond de zon. Die jaarlijkse beweging is de aardrevolutie. De aarde maakt een ellipsvormige baan rond de zon in een denkbeeldig vlak: het eclipticavlak. Daardoor is de afstand van de aarde tot de zon niet altijd even groot.

In het begin van januari bevindt de aarde zich het dichtst bij de zon, in het perihelium. Bij ons is het dan winter. Begin juli staat de aarde het verst van de zon, in het aphelium. Bij ons is het dan zomer. Zo begrijp je onmiddellijk dat dit afstandsverschil niet de oorzaak is van het feit dat het kouder of warmer is bij ons. De aarde draait niet altijd even ellipsvormig rond de zon. Meer daarover leer je in het thema over klimaatverandering.

Op iDiddit vind je een animatie over het evenaarsvlak en het eclipticavlak.

21 juni

aphelium aarde op 3 juli

baan van de aarde

kleinste afstand 147 000 000 km zon

perihelium aarde op 4 januari

22 december grootste afstand 152 000 000 km

Op een gemiddelde afstand van 150 miljoen kilometer van de zon, draait de aarde met een gemiddelde snelheid van 30 kilometer per seconde rond de zon. Die reis is 940 miljoen kilometer lang en duurt 365 dagen, 5 uur, 48 minuten en 46 seconden. Aan het einde van de reis bevindt de aarde zich weer op haar beginpunt. Dat markeert het begin en einde van een aards jaar

Om praktische redenen werd het kalenderjaar van 365 dagen ingevoerd. Aangezien de aardrevolutie ongeveer een vierde van een dag langer duurt dan een kalenderjaar, voegen we om de vier jaar een extra dag toe aan het jaar. Dat is een schrikkeljaar en 29 februari is de schrikkeldag. Alle schrikkeljaren zijn deelbaar door 4. De gemiddelde duur van een jaar wordt daardoor iets te lang. Daarom zijn de eeuwjaren geen schrikkeljaren, tenzij ze deelbaar zijn door 400.

4 DE S CHUINE STAND VAN DE AARDAS VEROORZAAKT DE SEIZOENEN

Tijdens de aardrevolutie maakt de aardas een hoek van 23° 26’ met een lijn die loodrecht staat op het eclipticavlak in de ruimte. De aardas beweegt dus evenwijdig met zichzelf in het eclipticavlak rond de zon. Als gevolg daarvan zijn de Noordpool en de Zuidpool gedurende een half jaar naar de zon gericht en gedurende een half jaar van de zon afgekeerd. Door die schuine stand van de aardas ontstaan de seizoenen.

Op iDiddit vind je animaties met een simulatie van de seizoenen en over de duur van de seizoenen.

4.1 LENTE - EN HERFSTEVENING

Op 20 maart en 23 september vallen de zonnestralen loodrecht in op de evenaar. Zo komt elk punt op aarde tijdens de aardrotatie precies 12 uur in het verlichte deel en precies 12 uur in het donkere gedeelte. Overal op aarde duren de dag en de nacht precies 12 uur. Dat is een equinox

Stipt om 6.00 u. (zonnetijd) komt de zon precies in het oosten op.

- Stipt om 18.00 u. (zonnetijd) gaat de zon precies in het westen onder.

De culminatiehoogte is afhankelijk van de breedteligging (90°-breedteligging) en bedraagt 40° in België op 50° N. Tijdens een equinox is de dagboog van de zon exact een halve cirkel die door het oost- en westpunt gaat.

Op het noordelijk halfrond (NH):

- begint de lente op 20 maart: dat is de lente-evening of lente-equinox;

- begint de herfst op 23 september: dat is de herfstevening of herfstequinox

Op het zuidelijk halfrond (ZH):

- begint de lente op 23 september: dat is de lente-evening of lente-equinox;

- begint de herfst op 20 maart: dat is de herfstevening of herfstequinox

Op iDiddit vind je animaties over de belichting van de aarde en de lente-

Op het noordelijk halfrond worden de dagen vanaf 20 maart geleidelijk aan langer dan de nachten. De zon komt op in het noordoosten vóór 06.00 u. zonnetijd en gaat onder in het zuidwesten na 18.00 u. zonnetijd. De dagbogen worden langer dan een halve cirkel.

Op 21 juni vallen de zonnestralen loodrecht in op de Kreeftskeerkring

Op dat moment wordt het hele gebied ten noorden van de noordpoolcirkel gedurende 24 uur belicht en gaat de zon er nooit onder. Tijdens de pooldag is de zon zichtbaar om middernacht, we spreken over de middernachtzon

De zon schuift gedurende de lente 23° 26’ op naar het noorden (vergelijk fig. 2.18 met fig. 2.21 en gebruik de animatie) en de culminatiehoogte neemt toe met 23° 26’, zodat de zon op 50° N een culminatiehoogte van 63° 26’ (90°-breedteligging + 23° 26’) bereikt op 21 juni. De Kreeftskeerkring is de meest noordelijke breedtecirkel waarop de zonnestralen loodrecht kunnen invallen. Vanaf dat moment schuift de zon opnieuw naar het zuiden. Daarom noemen we de breedtecirkel van 23° 26’ N een keerkring, namelijk de Kreeftskeerkring. Op 21 juni begint de zomer in het noordelijke halfrond: dat is de zomerzonnewende. Op het noordelijk halfrond is dit de langste dag van het jaar. Na 21 juni worden de dagen op het noordelijk halfrond geleidelijk aan korter, tot de zon opnieuw loodrecht boven de evenaar staat en de dag gelijk is aan de nacht (vergelijk fig. 2.18 met fig. 2.21 en gebruik de animatie). Dat gebeurt op 23 september, de herfstevening op het noordelijk halfrond.

Op iDiddit vind je animaties over de belichting van de aarde en de duur van dag en nacht.

Op het zuidelijk halfrond gebeurt het omgekeerde. De nacht wordt vanaf 20 maart steeds langer dan de dag, tot op 21 juni. Dan is het winterzonnewende voor het zuidelijk halfrond en beleven ze daar de langste nacht. Op dat moment is het hele gebied ten zuiden van de zuidpoolcirkel gedurende 24 uur donker en komt de zon er nooit op. We spreken over een poolnacht. Vanaf 21 juni worden de dagen op het zuidelijk halfrond geleidelijk aan langer, tot de zon opnieuw loodrecht boven de evenaar staat. Dat is het geval op 23 september, de lente-evening op het zuidelijk halfrond.

©VANIN

4.3 WINTERZONNEWENDE OP HET NOORDELIJK HALFROND

Op het noordelijk halfrond worden de dagen vanaf 23 september geleidelijk aan korter dan de nachten (vergelijk fig. 2.18 met fig. 2.23 en gebruik de animatie).

De zon komt op in het zuidoosten na 06.00 u. zonnetijd en gaat onder in het zuidwesten voor 18.00 u. zonnetijd. De dagbogen worden korter dan een halve cirkel.

Op 22 december vallen de zonnestralen loodrecht in op de Steenbokskeerkring

Op dat moment ligt het hele gebied ten noorden van de noordelijke poolcirkel gedurende 24 uur in het niet belichte deel van de aarde. De zon komt er niet op. We spreken van poolnacht.

De zon schuift gedurende de herfst 23° 26’ op naar het zuiden en de culminatiehoogte neemt met 23° 26’ af, zodat de zon op 50° N een culminatiehoogte van 16° 34’ (90°-breedteligging – 23° 26’) bereikt op 22 december.

De Steenbokskeerkring is de meest zuidelijke breedtecirkel waarop de zonnestralen loodrecht kunnen invallen. Vanaf dat moment schuift de zon opnieuw naar het noorden (vergelijk fig. 2.18 met fig. 2.23 en gebruik de animatie). Daarom noemen we de breedtecirkel van 23° 26’ S een keerkring, namelijk de Steensbokskeerkring.

Op 22 december begint de winter in het noordelijke halfrond: dat is de winterzonnewende. Op het noordelijk halfrond is dit de kortste dag van het jaar. Vanaf 22 december worden de dagen op het noordelijk halfrond geleidelijk aan langer, tot de zon opnieuw loodrecht boven de evenaar staat en de dag gelijk is aan de nacht. Dat gebeurt op 20 maart, de lente-evening op het noordelijk halfrond.

Op iDiddit vind je twee animaties over de dagboog op de winterzonnewende.

Op het zuidelijk halfrond gebeurt het omgekeerde. De dag wordt vanaf 23 september steeds langer dan de nacht, tot op 22 december. Dan is het de zomerzonnewende op het zuidelijk halfrond en beleven ze daar de langste dag. Op dat moment is het hele gebied ten zuiden van de zuidpoolcirkel gedurende 24 uur belicht en gaat de zon er nooit onder. We spreken over een pooldag. Vanaf 22 december worden de dagen op het zuidelijk halfrond geleidelijk aan korter, tot de zon opnieuw loodrecht boven de evenaar staat. Dat is het geval op 20 maart, de herfstevening op het zuidelijk halfrond.

4.4 CULMINATIEHOOGTE IN HET ZUIDEN EN HET NOORDEN

De zon komt in het zuidelijk halfrond op in het oosten en gaat onder in het westen, net zoals bij ons op het noordelijk halfrond. Het fundamentele verschil is dat de zon bij ons haar hoogste punt bereikt in het zuiden en op het zuidelijk halfrond in het noorden.

Op iDiddit vind je een animatie over de positie van de aarde t.o.v. de zon doorheen de seizoenen.

Ten noorden van de Kreeftskeerkring culmineert de zon in het zuiden en beweegt de zon schijnbaar van links naar rechts. Ga je zuidelijker dan 23° 26’ S, dan zal de zon daar in het noorden culmineren en zie je ze schijnbaar van rechts naar links bewegen. In Ushuaia (Argentinië, de zuidelijkste stad ter wereld) kun je dat goed waarnemen. Tussen de Kreeftskeerkring en de Steenbokskeerkring gaat de zon in de loop van het jaar twee keer dwars door het zenit. Daar beweegt de zon schijnbaar afwisselend van links naar rechts en van rechts naar links.

Op het zuidelijk halfrond staan we ‘omgekeerd’ op de wereldbol. We zien de sterrenbeelden daar ondersteboven. De maan hangt ook ondersteboven aan de hemel, waardoor het eerste kwartier er in het zuidelijk halfrond uitziet als het laatste kwartier en vice versa. Daar gaan we in het volgende hoofdstuk uitgebreider op in. Vraag is natuurlijk wat boven en onder precies is. Bij conventie hebben we het noorden altijd bovenaan geplaatst. Maar je kunt de zaken dus net zo goed omdraaien en het zuiden bovenaan zetten. Dat zet de wereld dus echt op zijn kop.

Op iDiddit vind je een link naar The Upsidedown Map Page.

5 CULMINATIEVERSCHILLEN BEPALEN DE KLIMAATGORDELS OP AARDE

Wanneer we van de evenaar naar de polen reizen, wordt de culminatiehoogte van de zon alsmaar kleiner. Ze varieert ook afhankelijk van de seizoenen en het tijdstip van de dag. Die veranderingen in belichting en culminatiehoogte hebben invloed op de temperaturen op verschillende plaatsen op aarde. Op basis van de temperaturen op aarde verdeelt men de aarde in klimaatgordels

De koude of polaire klimaten strekken zich uit van de poolcirkels tot de polen. Deze gordels kenmerken zich door lage temperaturen gedurende een lange periode van het jaar, met perioden van pooldag en poolnacht.

De gematigde of middelbreedteklimaten situeren zich tussen de keerkringen en de poolcirkels. De steeds veranderende culminatiehoogte van de zon levert vier seizoenen op. De zon staat nooit in het zenit en de lengte van de dag en nacht varieert volgens de seizoenen. De temperatuurverschillen tussen winter en zomer kunnen zeer groot zijn.

de polaire gordel de gordel van de middelbreedte de tropische gordel

De warme of tropische klimaten komen voor tussen de beide keerkringen. Deze gordel heeft het hele jaar door hoge temperaturen en de zon staat op alle plaatsen tweemaal per jaar in het zenit.

ONDERZOEKSVRAGEN

WAAROM ZIEN WE DE MAAN IN VERSCHILLENDE GESTALTEN AAN DE HEMEL?

WELKE GEVOLGEN ONDERVINDT DE MENS VAN DE NABIJHEID VAN DE MAAN?

WAT IS HET VERSCHIL TUSSEN EEN ZONECLIPS EN EEN MAANSVERDUISTERING?

1 KENMERKEN VAN DE MAAN

Manen zijn afgekoelde lichamen, kleiner dan de planeet waarrond ze in een bijna cirkelvormige baan draaien. De aarde heeft zo één maan in haar greep, die zich in een ellipsvormige baan op een gemiddelde afstand van 384 400 km beweegt.

Net als planeten geven manen geen licht. De maan is zichtbaar omdat ze het licht van de zon reflecteert. Onze maan is bolvormig en kleiner dan de aarde. Daardoor is de zwaartekracht op de maan ongeveer zes keer kleiner dan op aarde. Dat zorgt ervoor dat de maan geen gasmoleculen kan vasthouden en dat er slechts een verwaarloosbare atmosfeer aanwezig is.

De afwezigheid van een atmosfeer op de maan heeft verschillende gevolgen:

- Er is geen bescherming tegen meteorietinslagen, waardoor het maanoppervlak veel kraterinslagen vertoont.

- Er is geen dampkring om het licht te verspreiden, waardoor het niet-belichte deel van de maan volledig donker is. De hemelkoepel is er zwart, en niet blauw of bewolkt.

DE MAAN EN HAAR BEWEGINGEN ©VANIN

- Er is een maximale uitstraling van warmte, waardoor de temperaturen in het niet-belichte deel zeer laag zijn (-170 °C) en in het belichte deel zeer hoog (+130 °C).

- Er is geen wind op de maan, waardoor de Amerikaanse vlag niet kan wapperen en enkel met behulp van een horizontale stok recht kan blijven staan.

- Je kunt enkel op de maan lopen met een zuurstoffles en een speciaal maanpak, anders verbrand of bevries je. Dat pak beschermt je ook tegen gevaarlijke uv-straling van de zon die het maanoppervlak bereikt.

Doordat de zwaartekracht op de maan lager is dan die op de aarde, kun je er niet normaal lopen, maar eerder ‘huppelen’ of springen.

2 BEWE GINGEN VAN DE MAAN

2.1 DE BEWE GING VAN DE MAAN ROND DE AARDE

De maan draait in 27 dagen, 7 uur en 44 minuten in een ellipsvormige baan in tegenwijzerzin rond de aarde. Dat is de maanrevolutie. Tijdens die beweging maakt het baanvlak van de maan een hoek van ongeveer 5° met het eclipticavlak. Tijdens de omloop van de maan rond de aarde zie je dagelijks het belichte deel van de maan veranderen, dat zijn de schijngestalten van de maan.

2.1.1 S CHIJNGESTALTEN VAN DE MAAN

De maan heeft verschillende schijngestalten die we kunnen waarnemen: nieuwe maan, eerste kwartier, volle maan en laatste kwartier (fig. 2.31).

a Bij nieuwe maan (NM) staat de maan tussen de aarde en de zon, waardoor het voor ons onzichtbare deel van de maan wordt belicht door de zon.

b Bij het eerste kwartier (EK) wordt de helft van het belichte halfrond zichtbaar (letter ‘p’ van ‘premier’).

c Bij volle maan (VM) staat de aarde tussen de maan en de zon, waardoor het volledig belichte deel van de maan naar de aarde is gericht.

d Bij het laatste kwartier (LK) wordt opnieuw de helft van het belichte halfrond zichtbaar (letter ‘d’ van ‘dernier’).

©VANIN

Het baanvlak van de maan maakt een hoek van 5° met het eclipticavlak, wat ervoor zorgt dat de volle maan nog zichtbaar is vanaf de aarde. De maan, de aarde en de zon staan niet precies op een rechte lijn, dat gebeurt enkel bij een volledige maansverduistering en bij een zoneclips. Tussen nieuwe en volle maan neemt de schijngestalte van de maan toe, dat is de wassende maan. De krimpende maan is de maan tussen de volle maan en de nieuwe maan,

De tijd die verstrijkt tussen twee momenten waarop de maan na één volledige omloop om de aarde weer dezelfde positie inneemt ten opzichte van de sterren, wordt de siderische maand (fig. 2.33) genoemd. Die periode komt overeen met de tijd die de maan nodig heeft om een volledige baan rond de aarde te maken en duurt 27 dagen, 7 uur en 44 minuten. Ondertussen beweegt de aarde ook in haar baan rond de zon en schuift de maan mee op. Om vanop de aarde de maan opnieuw in dezelfde stand ten opzichte van de zon te zien, moet de maan nog iets meer dan twee dagen opschuiven in haar baan om de aarde. Dat noemen we de synodische maand (fig. 2.33), die 29 dagen, 12 uur en 44 minuten duurt. Die periode komt overeen met de tijd tussen twee opeenvolgende nieuwe manen.

Op iDiddit vind je animaties over een sterrendag en een zonnedag.

2.2 DE S CHIJNBEWEGING VAN DE MAAN AAN DE HEMELKOEPEL

Door de aardrotatie zien we de maan elke dag van oost over zuid naar west om de aarde bewegen. In werkelijkheid draait de maan in 27 dagen, 7 uur en 44 minuten rond de aarde en legt ze daarbij dagelijks in tegenwijzerzin 13° 10’ 17” af aan de sterrenhemel. De aarde doet er 50 minuten extra over om weer in dezelfde positie ten opzichte van de maan te komen. Daardoor vinden de maansopgang, -culminatie en -ondergang gemiddeld ongeveer 50 minuten later plaats per dag. Een ‘maan-dag’ duurt dus 24 uur en 50 minuten.

2.3 DE BEWE GING VAN DE MAAN ROND HAAR EIGEN AS

De maan draait in 27 dagen, 7 uur en 44 minuten rond haar eigen as, dat is de maanrotatie. Dat komt overeen met de siderische tijd van de maan rond de aarde. De beide bewegingen van de maan heffen elkaar dus op, waardoor we vanop de aarde altijd hetzelfde deel van de maan te zien krijgen.

©VANIN

Tijdens de eerste missie van het ruimteschip Orion in november 2022 werden deze foto’s gemaakt van de achterkant van de maan. Orion kwam op zijn dichtste punt tot op 130 kilometer van het maanoppervlak aan de achterzijde van de maan.

3.1 ZONECLIPS

Wanneer de maan door het eclipticavlak gaat, beweegt ze precies tussen de zon en de aarde en werpt ze een schaduw op de aarde. Voor een gebied op aarde is dan tijdens een deel van de dag de zon niet meer of slechts gedeeltelijk zichtbaar. Dat fenomeen noemen we een zoneclips. Een zoneclips is mogelijk als de zon, maan en aarde in deze volgorde op één lijn liggen. Dat kan alleen bij nieuwe maan. Hoewel vaak wordt gesproken van een zonsverduistering, is dat eigenlijk niet correct aangezien de zon niet wordt verduisterd, maar afgeschermd wordt door de maan. Bij een zoneclips wordt de corona van de zon zichtbaar (zie thema ‘De kosmos’).

Het feit dat de schijnbare grootte van de zon en maan vanop aarde ongeveer gelijk is, is puur toeval. De zon is 400 keer groter dan de maan, maar staat ook 400 keer verder weg. Dat betekent dat een totale eclips slechts zeer zelden op een bepaalde plaats voorkomt.

3.2 M AANSVERDUISTERING

©VANIN

Tijdens haar omwenteling rond de aarde schuift de maan soms geheel of gedeeltelijk in de schaduw van de aarde. Vanop aarde kunnen we die verduistering van de maan waarnemen. De maan kan alleen in de schaduw van de aarde vallen als de zon, de aarde en de maan in die volgorde op één lijn liggen, en dus is een maansverduistering alleen mogelijk bij volle maan.

Niet elke volle maan leidt tot een maansverduistering. Dat komt doordat de baan van de maan om de aarde een hoek van 5° maakt met het eclipticavlak.

In de meeste gevallen zal de volle maan dus enkele graden boven of onder de aardschaduw staan. Een maansverduistering gebeurt alleen bij volle maan en als de maan zich dichtbij of in één van de knopen (= snijpunten maanbaan en eclipticavlak) van de maanbaan bevindt.

In tegenstelling tot een zoneclips blijft de maan zichtbaar bij een maansverduistering. Er treedt wel een verduistering op maar door het licht dat door de atmosfeer van de aarde verspreid wordt, is er een rode schijn aanwezig. Dat wordt ook wel een bloedmaan genoemd.

4.1 HET ONT STAAN VAN GETIJDEN

De hoogte van het zeeniveau aan de kust schommelt dagelijks volgens de getijden

Op iDiddit vind je een animatie over het ontstaan van de getijden.

De getijden worden veroorzaakt door vier krachten:

de aantrekkingskracht van de maan;

de zwaartekracht van de aarde;

de centrifugale kracht die ontstaat doordat de maan en de aarde rond elkaar heen draaien rond een gezamenlijk massamiddelpunt;

de aantrekkingskracht van de zon.

Door de veranderende onderlinge posities en afstanden tussen de aarde, de maan en de zon, verandert de som van alle krachten die op het water worden uitgeoefend. Dat zorgt voor de schommelingen in het zeeniveau, die we kennen als getijden.

De getijden van zeeën en oceanen worden veroorzaakt door de aantrekkingskracht van de maan (fig. 2.41a) en in mindere mate door de zon, op de watermantel van de aarde. Hoewel de maan een veel kleinere massa heeft dan de zon, is haar invloed (volgens de wet van Newton) twee keer zo groot aangezien ze veel dichter bij de aarde staat. Als gevolg van die aantrekkingskracht wordt het water op de meridiaan die recht voor de maan staat, aangetrokken door de maan. Dat veroorzaakt hoogwater of hoogtij.

de

Op het moment dat het op aarde hoogtij is aan de kant van de maan, is het ook hoogtij aan de andere kant van onze aardbol, 180 lengtegraden verder. Dat komt doordat de aarde en de maan rond een gemeenschappelijk massamiddelpunt draaien, dat zich binnen de aardbol bevindt door de veel grotere massa van de aarde. Door die beweging ondervindt de watermantel een vorm van centrifugale kracht (fig. 2.41b). Het resultaat (fig. 2.41c) is de vorming van twee getijdenuitstulpingen of vloedbergen: één aan de zijde van de maan en één aan de tegenovergestelde zijde van de aarde.

4.2 EB EN VLOED

Wanneer de getijdenuitstulping op zijn hoogst is, is het hoogtij. Aangezien de totale hoeveelheid water op aarde gelijk blijft, betekent een toename van water op de ene plek automatisch 90 lengtegraden verder een afname van water. Op die plek is dan de laagste waterstand of laagtij. De overgang van laagtij naar hoogtij is vloed. De overgang van hoogtij naar laagtij is eb

Door de aardrotatie ervaart elke plaats op aarde twee keer per dag eb en vloed. Het duurt 12 uur en 25 minuten vanaf het moment van hoogtij tot het volgende hoogtij. Dat komt doordat tijdens eb en vloed de maan zich langs haar baan verplaatst (fig. 2.34). Het kost de maan 24 uur en 50 minuten om zich op precies dezelfde positie ten opzichte van een bepaald punt op aarde te bevinden. Daardoor treden hoog- en laagtij telkens op verschillende tijdstippen van de dag op.

4.3 SPRINGTIJ EN DOODTIJ

Het getij varieert in hoogte. Wanneer de zon en maan op een lijn liggen (bij nieuwe en bij volle maan) werken ze samen en ontstaat springtij. Dat gebeurt ongeveer om de twee weken. Bij springtij is er een hoge vloed en een lage eb, waardoor het getijdenverschil groter is dan gewoonlijk.

Wanneer de maan in het eerste of in het laatste kwartier staat, werken de aantrekkingskrachten van de maan en de zon elkaar tegen en ontstaat een doodtij Dat leidt tot een hoge laagwaterstand en een lage hoogwaterstand, en dus een klein getijdenverschil.

©VANIN

Om veiligheidsredenen moeten watersporters, strandwandelaars aan de voet van kliffen en wadlopers altijd de getijdentabellen raadplegen.

Aardrevolutie beweging van de aarde rond de zon in 365 dagen, 5 uur 48 min en 46 sec.

GEVOLG VOOR DE JAARTELLING

schrikkeljaar

Seizoenen

schuine stand van de aardas

Effecten op aarde

- verschil in dag- en nachtlengte doorheen het jaar - verschillen in culminatiehoogte

GEVOLGEN VOOR HET LEVEN OP AARDE

©VANIN

Temperatuurverschillen veroorzaken tegengestelde seizoenen op het noordelijk en zuidelijk halfrond.

Indeling in klimaatgordels

- tussen de polen en de poolcirkels: polaire gordel

- tussen de poolcirkels en de keerkringen: gordel van de middelbreedte

- tussen de keerkringen: tropische gordel

Maanrotatie

beweging van de maan rond haar eigen as in 27 dagen, 7 uur en 44 min. tegen de wijzers van de klok in

GEVOLGEN

altijd dezelfde zijde zichtbaar vanop aarde

Maanrevolutie

beweging van de maan rond de aarde in 27 dagen, 7 uur en 44 min. tegen de wijzers van de klok in

GEVOLGEN

- schijngestalten

- maansverduistering

- zoneclips

- getijden

Aardrotatie

beweging van de aarde rond de eigen as in 24 uur van west naar oost

RECHTSTREEKSE GEVOLGEN

WAARNEEMBAAR

TOEPASSINGEN IN HET DAGELIJKS LEVEN

Schijnbare beweging van de zon van oost naar west

Tijdsindeling op aarde

- theoretische tijdzones

- conventionele tijdzones

Plaatsbepaling op aarde

Gradennet:

©VANIN

- breedte- en lengteligging

- plaatsbepaling met gps

- afwisseling van dag en nacht

- afbuiging van winden en zeestromingen

- afplatting van de aarde

©VANIN

Atmosferische processen

1 DE OPBOUW VAN DE ATMOSFEER

2 WARMTE OP AARDE

3 WARMTECIRCULATIE OP AARDE

4 WARMTECIRCULATIE LEIDT TOT NEERSLAG

5 HET WEER IN WEST-EUROPA

6 IMPACT VAN DE KLIMAATVERANDERING OP ONS WEER

©VANIN

1 DE OPBOUW VAN DE ATMOSFEER

ONDERZOEKSVRAGEN

WAT ZIJN DE KENMERKEN VAN DE LAGEN VAN DE ATMOSFEER?

WAAROM IS OZON ZOWEL EEN BESCHERMING ALS EEN BEDREIGING?

1 ONZE ATMOSFEER: LEVENSNOODZAKELIJK

Onze atmosfeer of dampkring bestaat uit een dunne laag gassen die tot ongeveer 1 000 km hoogte reikt. Door de zwaartekracht van de aarde kunnen die gassen niet ontsnappen naar de ruimte. Omdat de invloed van de zwaartekracht afneemt met de hoogte, neemt ook de dichtheid van de gassen af met de hoogte en wordt de atmosfeer ijler. De atmosfeer bestaat hoofdzakelijk uit stikstofgas (78 %), zuurstofgas (21 %) en argon (1 %). Gassen als koolstofdioxide en waterdamp komen in uiterst kleine, wisselende hoeveelheden voor.

Samenstelling van de atmosfeer (droge lucht)

Zuurstofgas, in de atmosfeer gekomen door fotosynthese, is belangrijk voor ons omdat wij het inademen. Hogerop in de atmosfeer reageert zuurstofgas met de uv-straling van de zon, waardoor ozon ontstaat. Zonder de ozonlaag zou het leven op land zo goed als onmogelijk zijn. De atmosfeer beschermt ons ook tegen meteorietinslagen en ze zorgt voor een leefbare temperatuur op aarde.

2 OP VERKENNING IN DE L AGEN VAN DE ATMOSFEER

Onderaan in de atmosfeer bevindt zich de troposfeer (oranje), erboven de stratosfeer (roze tot wit).

Daarboven gaat de mesosfeer (licht blauw) over in de thermosfeer en de exosfeer en wordt het donkerblauw langzaam zwart.

Wetenschappers hebben achterhaald dat onze atmosfeer uit lagen bestaat. De indeling in lagen of sferen is gebaseerd op het verloop van de temperatuur. Een sfeer is een laag in de atmosfeer waar de temperatuur stijgt of daalt, een pauze is een overgangsgebied tussen twee sferen. De luchtdruk neemt af met de hoogte, omdat de aantrekkingskracht van de aarde op de atmosfeer afneemt naarmate je hoger gaat.

De onderste laag is de troposfeer. Het is de dunste laag, maar ze bevat ongeveer 80 % van alle lucht. Hier doen zich de weersverschijnselen voor. In deze laag bevinden zich ook de broeikasgassen. Boven de troposfeer vind je de stratosfeer. Daar komen hoofdzakelijk horizontale luchtbewegingen voor, waardoor vliegtuigen die laag opzoeken. Ze vliegen met horizontale luchtstromingen mee om brandstof te besparen en sneller op hun bestemming te geraken. Tussen 20 en 30 km hoogte ligt een belangrijke laag voor het leven op aarde, de ozonlaag. Ze beschermt ons tegen de schadelijke uv-stralen van de zon, omdat ze het grootste deel van de uv-straling absorbeert. Door die absorptie stijgt de temperatuur met de hoogte.

©VANIN

Boven de stratosfeer ligt de mesosfeer. Dat is de koudste laag van de atmosfeer, omdat er geen zonne-energie wordt geabsorbeerd. Meteoren (ons bekend als ‘vallende sterren’) laten hier een lichtspoor na. De bovenste laag van de atmosfeer is de thermosfeer. In die laag dringt de zonne-energie binnen in de atmosfeer, waardoor de temperatuur hoog oploopt. De mesosfeer en thermosfeer worden samen ook wel de ionosfeer genoemd, omdat er veel luchtdeeltjes voorkomen die een elektrische lading (ionen) hebben. Die geladen deeltjes zorgen ervoor dat bepaalde radiogolven teruggekaatst worden, waardoor we overal op aarde radio kunnen ontvangen (bv. in de auto). In de ionosfeer wordt ook het poollicht gevormd. Dat verschijnsel doet zich voor wanneer geladen deeltjes van de zon via de zonnewind de aarde bereiken en reageren met de ionen in de bovenste atmosfeerlagen. De zonnewind wordt afgeleid naar de polen via het magnetisch veld van de aarde. De exosfeer is een overgangslaag naar de interplanetaire ruimte

Op iDiddit vind je een animatie over werken met een weerballon.

3 OZON: EEN BESCHERMING OF BEDREIGING?

3.1 HOE WORDT OZON GEVORMD IN DE ATMOSFEER?

De atmosfeer laat, naast zichbaar licht, ook een deel van de ultraviolette (uv) straling afkomstig van de zon door. Ozon wordt gevormd onder invloed van de uv-straling. Die uv-straling splitst de zuurstofmoleculen (O2) in twee vrije zuurstofatomen (O). Wanneer een vrij zuurstof-atoom (O) botst met een zuurstofmolecule (O2) ontstaat daaruit een ozonmolecule die bestaat uit drie zuurstof-atomen (O3).

Ozonmoleculen kunnen op hun beurt gesplitst worden door uv-straling, zodat er opnieuw gewone zuurstof (O2) en vrije zuurstofatomen (O) ontstaan. Ozon wordt dus voortdurend gevormd en afgebroken door de uv-straling van de zon.

3.2 OZON IN DE STRATOSFEER

In de stratosfeer ontmoet het licht van de zon de eerste moleculen van de atmosfeer en vormt zich de ozonlaag. Die is van groot belang voor het leven op onze planeet. De uv C-stralen zijn het schadelijkst, maar ze worden volledig geabsorbeerd door ozon. Een heel klein deel van de uv B-stralen bereikt de aarde. Omdat ze huidkanker en oogaandoeningen veroorzaken, bescherm je je ertegen met een goede zonnecrème en een zonnebril. De meeste uv A-stralen bereiken de aarde, maar ze zijn gelukkig het minst schadelijk.

Ozon kan ook snel weer afgebroken worden. Vooral chloorfluorkoolwaterstoffen, kortweg cfk’s, die vroeger in koelkasten en spuitbussen werden gebruikt, hebben de ozonlaag aangetast. Wetenschappers ontdekten in de jaren 80 van de vorige eeuw dat cfk’s verantwoordelijk zijn voor een gigantisch gat in de ozonlaag boven Antarctica. De concentratie ozon neemt er drastisch af tussen september en begin december. In 1987 werden in Montreal (Canada) afspraken gemaakt om het gebruik van cfk’s terug te dringen. Daardoor neemt de dikte van de ozonlaag niet langer af, maar volledig herstel zal wellicht nog decennia op zich laten wachten.

3.3 OZON IN DE TROPOSFEER

Het teveel aan ozon in de lucht op warme zomerse dagen is een probleem. Ozon ontstaat in de onderste luchtlagen door inwerking van zonnestralen op vervuilde lucht en is schadelijk voor de longen en luchtwegen.

Zomersmog treedt op wanneer er op warme en zonnige dagen te veel ozon in de lucht hangt.

©VANIN

Zomersmog bestaat uit een mengsel van gassen. De belangrijkste zijn stikstofoxiden (NOx) en vluchtige organische stoffen (VOS).

De stoffen die de zomersmog veroorzaken, komen vrij bij de verbranding van brandstoffen door industrie en verkeer. Een tweede belangrijke bron is de verdamping van oplosmiddelen in bijvoorbeeld verf, lak, lijm, reinigingsmiddelen en inkt. Als op de uitgestoten stikstofoxiden en de vluchtige organische stoffen overdag fel zonlicht schijnt, wordt uit die

stoffen door een chemische reactie ozon gevormd. Dat proces neemt enkele uren in beslag. Daardoor is de concentratie ozon het hoogst tussen ongeveer 12 en 20 uur.

Een ozonconcentratie van 180 μg/m3 is de Europese waarschuwingsdrempel voor de bevolking. Wanneer men die hoge concentraties verwacht, wordt de bevolking gewaarschuwd. Men geeft dan de raad om geen zware inspanningen buitenshuis te leveren tussen 12 en 20 uur.

Bron: www.vmm.be

2 WARMTE OP AARDE

ONDERZOEKSVRAGEN

HOE KOMEN WE OP AARDE AAN ONZE WARMTE?

WELKE FACTOREN BEPALEN DE TEMPERATUURVERDELING OP AARDE?

1 DE STRALINGSBALANS

De stralingsbalans van de aarde is het evenwicht tussen de inkomende kortgolvige straling van de zon en de uitgaande langgolvige straling naar de ruimte. Een deel van de inkomende straling wordt teruggekaatst naar de ruimte door wolken en stofdeeltjes in de atmosfeer en door het aardoppervlak. De hoeveelheid inkomende straling die door de aarde onmiddellijk als ongebruikte energie wordt teruggekaatst, is het albedo. Een deel van de inkomende kortgolvige stralen wordt door de aarde omgezet in langgolvige stralen (warmte). Broeikasgassen zorgen ervoor dat een groot deel van die langgolvige warmtestraling wordt vastgehouden in de atmosfeer (natuurlijk broeikaseffect).

Door menselijke activiteiten is de hoeveelheid broeikasgassen in onze atmosfeer sterk toegenomen en wordt er dus meer warmtestraling vastgehouden in onze atmosfeer. Dat is het versterkte broeikaseffect, dat leidt tot opwarming van onze aarde en een verstoring van het evenwicht in de stralingsbalans.

De warmte van de luchtlagen waarin we leven, is afkomstig van zonlicht dat werd geabsorbeerd door de aarde (instraling) en werd omgezet in warmtestralen die de aarde verlaten (uitstraling).

Bijgevolg is onze aarde de warmtebron die de onderste luchtlagen van de atmosfeer opwarmt. Dat verklaart ook waarom de temperatuur afneemt naarmate we hoger gaan in de troposfeer (zie fig. 3.4).

We zijn dan immers verder van de warmtebron verwijderd.

Daarnaast wordt ook de lucht steeds ijler, waardoor de warmteoverdracht moeilijker verloopt.

inkomende kortgolvige straling van de zon 100

reflectie door wolken en stofdeeltjes

ALBEDO 30 absorptie door wolken en stofdeeltjes

uitgaande langgolvige warmtestraling 70

reflectie door aardoppervlak

absorptie door aardoppervlak

broeikasgassen

©VANIN

convectie en verdampingswarmte

warmtestraling vrijgegeven door de aarde

gevangen warmtestraling door broeikasgassen

2.1 INVLOED VAN DE BREEDTELIGGING

De instraling en dus ook de temperatuur nemen af van het evenaarsgebied naar de polen. De breedteligging is dus een belangrijke beïnvloedende factor.

- Schuin invallende zonnestralen belichten een groter oppervlak.

- Zonnestralen leggen een grotere afstand af door de atmosfeer.

- Recht invallende zonnestralen belichten een kleiner oppervlak.

- Zonnestralen leggen een kleinere afstand af door de atmosfeer.

©VANIN

Op eenzelfde breedtecirkel is de temperatuur niet overal dezelfde (zie fig. 3.9). Er zijn, naast de breedteligging, nog andere factoren die een rol spelen bij de temperatuurverdeling op aarde.

Bekijk op iDiddit de animatie over de instraling op het noordelijk halfrond.

2.2 INVLOED VAN HET TIJDSTIP VAN DE DAG

Het tijdstip van de dag bepaalt mee de temperatuur. Op figuur 3.11 zie je wanneer het warmste moment van de dag valt. Dat is ongeveer twee uur nadat de zon haar hoogste stand heeft bereikt. De omzetting van licht naar warmte vergt dus wat tijd. Om dezelfde reden is niet juni maar wel juli de warmste maand van het jaar en niet december maar wel januari de koudste maand van het jaar.

2.3 INVLOED VAN DE ORIËNTATIE VAN HELLINGEN

De temperatuur wordt ook beïnvloed door de oriëntatie van hellingen. Zo kunnen schuin invallende zonnestralen op een naar het zuiden gerichte helling vrij loodrecht invallen, waardoor de warmteomzetting veel intenser is. Die zuidelijk gerichte hellingen worden meer voor landbouwdoeleinden gebruikt en soms is er wijnbouw mogelijk.

2.4 INVLOED VAN DE LIGGING TEN OPZICHTE VAN DE ZEE

Uit de gegevens van de tabel (de breedteligging van alle steden is ongeveer 50 °N) blijkt dat naarmate je verder van de zee weggaat, de zomers warmer worden en de winters kouder. De temperatuurschommeling wordt daar groter. De zee heeft dus een verzachtende invloed op de temperaturen. Water warmt immers langzaam op in de zomer en geeft de opgenomen warmte in de winter langzaam af.

2.5 INVLOED VAN ZEESTROMINGEN

Uit de gegevens van onderstaande tabel blijkt dat, hoewel de steden ongeveer dezelfde breedteligging hebben, er grote temperatuurverschillen kunnen optreden. Dat kan te maken hebben met zeestromingen. In Lissabon is het in de winter zachter dan in New York door de invloed van een warme zeestroming (de Golfstroom). Het effect van een warme zeestroming is het best voelbaar in de winter en dat van een koude zeestroming in de zomer. Bekijk daarvoor de kaart van de zeestromingen online en de kaarten met januari- en juli-isothermen in je atlas.

Warme zeestromingen (bv. Zuid-Equatoriale Stroom) verplaatsen zich vanuit de evenaarszone naar de polen en koude zeestromingen (bv. Labradorstroom) maken de omgekeerde beweging. Zo dragen zeestromingen bij tot de warmte-uitwisseling tussen de gebieden aan de evenaar en de polen.

2.6 INVLOED VAN DE HOOGTELIGGING

Ook de steden in de tabel hieronder liggen ongeveer op dezelfde breedteligging. Het grote verschil in jaartemperatuur is hier een gevolg van het verschil in hoogteligging (Bogota ligt op 2 500 meter hoogte in het Andesgebergte en Puerto Carreno ligt in het laagland op 50 meter hoogte). Bekijk hiervoor de reliëfkaart van Zuid-Amerika in je atlas. De hoogteligging zorgt voor een afname van de temperatuur omdat de aarde de warmtebron is (in de troposfeer daalt de temperatuur 1 °C per 180 m stijging).

2.7 INVLOED VAN DE BODEM

Een oppervlak reflecteert een deel van de inkomende stralingsenergie, dat kennen we als het albedo-effect (zie fig. 3.8). Bij reflectie wordt de straling onveranderd teruggestuurd, en dus zorgt dit niet voor opwarming. Als een oppervlak een deel van de straling absorbeert, wordt het wel opgewarmd en stijgt de temperatuur. Gemiddeld wordt 30 % van de inkomende straling gereflecteerd, maar er zijn grote verschillen (fig. 3.15). Een gebied dat met sneeuw bedekt is, reflecteert bijvoorbeeld meer straling dan een gebied dat begroeid is met vegetatie, waardoor de temperatuur ervan lager is. Een oppervlak met meer vegetatie zal dan weer trager opwarmen dan een ander zonder vegetatie omdat er energie gebruikt wordt voor fotosynthese.

sneeuw 80-95 %

maan 6-8 %

watermassa 10-60 % (afhankelijk van de invalshoek van de zon)

baksteen 20-40 %

beton 17-27 %

bossen 10-20 %

©VANIN

landbouwgewassen 10-25 %

zwart asfalt 5-10 %

licht dak 35-50 %

donker dak 8-18 %

grasland 25-30 %

WARMTECIRCULATIE OP AARDE

ONDERZOEKSVRAAG

HOE VERLOOPT DE WARMTECIRCULATIE OP AARDE?

1 HET ONT STAAN VAN DRUKVERSCHILLEN

We weten al dat onze atmosfeer onder invloed staat van de zwaartekracht, waardoor de luchtdeeltjes naar de aarde worden getrokken. Het gewicht van de lucht die op de aarde drukt per oppervlakte-eenheid (m²) noemen we luchtdruk. De luchtdruk wordt gemeten met een barometer en uitgedrukt in hectopascal (hPa). Over de gehele aarde genomen, bedraagt de luchtdruk op zeeniveau gemiddeld 1 013 hPa. Als de waarden hoger liggen, dan hebben we een hogedrukgebied of maximum. Als ze lager liggen, spreken we van een lagedrukgebied of minimum. Temperatuurverschillen kunnen aan de basis liggen van drukverschillen.

Op figuur 3.16 worden de luchtbewegingen tussen een warme luchtkolom en een koude luchtkolom aangeduid met pijlen. Warme lucht is lichter dan koude lucht en zal stijgen (1). Hogerop in de warme luchtkolom ontstaat er een ‘teveel’ aan lucht (2) waardoor de lucht daar zal wegstromen naar de koude luchtkolom (3). Daardoor zal de warme luchtkolom aan de grond minder gaan wegen en ontstaat er bijgevolg een lage luchtdruk (L). In de koude luchtkolom stroomt de lucht in de hoogte toe (4) en gaat ze dalen (5). Door het toestromen van lucht hogerop in de koude luchtkolom gaat de koude luchtkolom aan de grond meer wegen en ontstaat er een hoge luchtdruk (H). Nu is er aan de grond een ‘teveel’ aan lucht in de koude luchtkolom en zal de lucht zich verplaatsen naar de warme luchtkolom met een ‘tekort’ aan lucht (6). Die luchtverplaatsing aan de grond van hoge luchtdruk naar lage luchtdruk noemen we wind

©VANIN

Je kent dit verschijnsel wellicht van een hete zomerse dag aan zee. Aangezien het land sneller opwarmt dan de zee, ontwikkelt zich hier een lage luchtdruk. Boven zee is het koeler en ontwikkelt zich een hoge luchtdruk. Daardoor waait op hete zomerdagen aan zee een zeebries die verkoeling brengt (fig. 3.17).

2 DE LUCHTCIRCULATIE TOEGEPAST OP DE AARDE

2.1 ÉÉN CIRCUL ATIECEL PER HALFROND

Het eenvoudige model van een luchtcirculatiecel (fig. 3.16) kun je toepassen op de volledige aarde. Voorlopig laten we de aardrotatie nog buiten beschouwing.

De hoogste temperaturen op aarde vinden we aan de evenaar. Daar is dus onze ‘warme luchtkolom’. Door de warmte stijgt de lucht en ontstaat er een lage druk. Aan de polen is het koud (daar zijn ‘koude luchtkolommen’), waardoor de lucht daar daalt en er een hoge druk ontstaat.

De circulatiecellen tussen evenaar en polen zijn ingetekend op figuur 3.18. Volgens die figuur zou er op het noordelijk halfrond permanent een noordenwind waaien en op het zuidelijk halfrond permanent een zuidenwind. De werkelijkheid is ingewikkelder en wordt hieronder beschreven.

2.2 DRIE CIRCUL ATIECELLEN PER HALFROND

We beschrijven de situatie voor het noordelijk halfrond, maar in het zuidelijk halfrond gebeurt net hetzelfde.

A De warme lucht aan de evenaar stijgt (equatoriaal minimum) en vloeit in de bovenlucht af naar de polen. Op ongeveer 30 °N is die lucht sterk afgekoeld, waardoor ze daalt. Daardoor ontstaat op 30 °N een hogedrukgebied (subtropisch maximum). De lucht stroomt langs het aardoppervlak gedeeltelijk terug naar de evenaar.

B De overblijvende lucht aan het aardoppervlak op 30 °N beweegt richting Noordpool en ontmoet ter hoogte van 60 °N de koude poollucht. Door de botsing van de warme lucht afkomstig van 30 °N en de koude lucht afkomstig van de Noordpool ontstaat er een stijgende luchtbeweging, waardoor er een lagedrukgebied wordt gevormd (subpolair minimum). De lucht vloeit in de hoogte deels zuidwaarts, waardoor de tweede circulatiecel wordt gesloten.

©VANIN

C De lucht die op 60 °N in de hoogte noordwaarts vloeit, koelt sterk af boven de Noordpool (polair maximum), daalt er en waait richting 60 °N. De derde circulatiecel is gevormd.

Het equatoriaal minimum en het polair maximum zijn thermische drukgordels omdat ze ontstaan door temperatuurverschillen. Het subtropisch maximum en subpolair minimum zijn dynamische drukgordels omdat ze veroorzaakt worden door de luchtbewegingen van respectievelijk dalende en stijgende lucht.

2.3 DE LUCHTCIRCULATIE TOEGEPAST OP EEN DRAAIENDE AARDE

Nu moeten we de aardrotatie nog in rekening brengen om de luchtcirculatie helemaal correct te beschrijven. Als gevolg van de aardrotatie buigen de winden namelijk af. De winden buigen op het noordelijk halfrond af naar rechts als je met de windrichting mee kijkt (zie thema 2 Bewegingen van aarde en maan). Noordenwinden worden daardoor afgebogen tot noordoostenwinden (NO-passaat tussen de Kreeftskeerkring en de evenaar). Zuidenwinden worden afgebogen tot zuidwestenwinden. Dat zijn de winden die in België overheersend waaien.

Dat blijkt ook uit de windroos van Ukkel (fig. 3.20).

Op het zuidelijk halfrond buigen de winden af naar links (als je ook hier met de windrichting mee kijkt).

3 VAN THEORETISCH MODEL NAAR REALITEIT

3.1 DRUKGORDELS BESTAAN UIT DRUKKERNEN

Je merkt op figuur 3.21 dat de drukgordels in werkelijkheid uit drukkernen bestaan. Dat heeft te maken met de ongelijke verdeling land-water en de ongelijke opwarming ervan. Zo ontwikkelt zich door de strenge koude in de winter boven Siberië (uitgestrekte landmassa) een sterk hogedrukgebied. In de zomer maakt dat hogedrukgebied plaats voor een lagedrukgebied. Bekijk in dit verband de kaarten van de luchtdruk en winden in januari en juli in je atlas.

3.2 DRUKGORDELS VERSCHUIVEN MET DE SEIZOENEN

Het gebied aan de evenaar waar het equatoriaal minimum zich bevindt, wordt ook de intertropische convergentiezone (ITCZ) genoemd. Het verwijst naar het gebied waar de noordoost- en de zuidoostpassaat elkaar ontmoeten. De ITCZ is op een satellietbeeld herkenbaar aan een wolkenband die gepaard gaat met hevige tropische regens.

Bekijk de animatie of figuur 3.23. Je merkt dat de ITCZ zich in juli verplaatst in de richting van de Kreeftskeerkring en in januari in de richting van de Steenbokskeerkring. Dat hangt samen met de beweging van de loodrechte zonnestand.

Door de verplaatsing van de ITCZ doorheen het jaar, verschuift de hele luchtdrukverdeling op aarde mee. Wanneer het zomer is op het noordelijk halfrond (en winter op het zuidelijk halfrond) verschuiven de drukgordels ongeveer 10 à 15° in noordelijke richting. In de winter op het noordelijk halfrond (en zomer op het zuidelijk halfrond) verschuiven de drukgordels ongeveer 15° in zuidelijke richting.

3.3 STRAALSTROMEN

©VANIN

Straalstromen zijn gigantische luchtstromen die zich op zo’n 10 km hoogte in de atmosfeer van west naar oost bewegen. Ze halen snelheden tot 500 kilometer per uur, zijn slechts een paar kilometers hoog, maar honderden kilometers breed en duizenden kilometers lang. Straalstromen ontstaan doordat de temperatuurdaling van de evenaar naar de polen niet gelijkmatig maar sprongsgewijs verloopt. Er zijn temperatuursprongen ter hoogte van de 30ste breedtegraad (subtropische straalstroom) en de 60ste breedtegraad (polaire straalstroom). Door het plotse grote temperatuurverschil ontstaat

Naast atmosferische stromingen (winden en straalstromen) zijn er ook zeestromingen die de warmte in het oceaan-atmosfeersysteem herverdelen. Die zeestromingen worden aangevoerd door de winden aan het oppervlak van de oceanen. West-Europa ondervindt een positieve invloed van de Golfstroom, een warme zeestroming afkomstig uit de Golf van Mexico. De Golfstroom zorgt ervoor dat de winters in West-Europa minder koud zijn dan in Noord-Amerika (zie hoofdstuk 2).

Bekijk bij het onlinelesmateriaal de animatie om het verband te leggen tussen de richting van de Golfstroom en de overheersende winden. Je stelt vast dat de richting van de Golfstroom samenvalt met de richting van de winden tussen het subtropisch maximum en het polair minimum (ZW-winden). Ook op het zuidelijk halfrond vind je zeestromingen waarvan de richting samenvalt met overheersende winden (Perustroom en Benguelastroom vallen samen met de ZO-passaat).

Zeestromingen zijn onderdeel van een groter geheel, dat ook wel de thermohaliene circulatie wordt genoemd. Dat geheel van wereldwijde zeestromingen wordt aangedreven door verschillen in temperatuur (vandaar ‘thermo’) en zoutgehalte (vandaar ‘halien’). Die verschillen beïnvloeden de dichtheid van water, waardoor het water van de Golfstroom in de Noord-Atlantische Oceaan (tussen Groenland en Noorwegen) naar de zeebodem zakt. Door afkoeling en bevriezing wordt het water zouter en wordt het afgevoerd naar de tropen in de diepere lagen van de oceaan.

4

WARMTECIRCULATIE LEIDT TOT NEERSLAG

ONDERZOEKSVRAGEN

WAAR KOMT ONZE NEERSLAG VANDAAN?

WAAROM ZIJN ER GROTE VERSCHILLEN INZAKE NEERSLAGVERDELING IN DE WERELD?

1 DE WATERKRINGLOOP

neerslag

wolkenvorming

oceaan

rivier infiltratie

oppervlakteafvloei bron meer

grondwater

©VANIN

80 ATMOSFERISCHE PROCESSEN

De verdamping van water uit zeeën, meren, rivieren en vegetatie zorgt ervoor dat de lucht een zekere vochtigheid bezit. De hoeveelheid waterdamp die in de lucht aanwezig is (g/m3), wordt de absolute vochtigheid genoemd. Lucht kan maar een beperkte hoeveelheid waterdamp bevatten. Bij een temperatuur van 20 °C kan de lucht maar 17,3 g/m3 bevatten (fig. 3.28).

Hoe warmer de lucht, hoe meer waterdamp ze kan bevatten (fig. 3.28). Denk aan een haardroger die warme lucht blaast waardoor er meer verdamping is en je haar sneller droogt. Als de temperatuur van de lucht daalt, kan de lucht minder waterdamp bevatten en treedt er condensatie op (fig. 3.29).

De relatieve vochtigheid (RV) is de verhouding tussen de aanwezige waterdamp bij een bepaalde temperatuur en druk en de maximale hoeveelheid waterdamp bij diezelfde temperatuur en druk (blauwe lijn op fig. 3.28). Als de temperatuur van de lucht stijgt, dan daalt de relatieve vochtigheid en verkleint de kans op condensatie en neerslag. Als de temperatuur van de lucht daalt, dan stijgt de relatieve vochtigheid en kan condensatie optreden met mogelijke neerslag tot gevolg.

Condensatie van waterdamp treedt op als de relatieve vochtigheid 100 % bedraagt. Daarvoor zijn er in de lucht wel condensatiekernen nodig, kleine stofdeeltjes of zoutkristalletjes waarop de waterdruppeltjes (of ijskristalletjes) zich vastzetten. Als dat bij de grond gebeurt, dan krijg je mist. Als dat in opstijgende luchtstromen gebeurt, dan ontstaan er wolken waaruit neerslag kan vallen.

Wolken krijgen verschillende benamingen afhankelijk van hun vorm en hun hoogte aan de hemel. We onderscheiden drie basistypes van wolken:

- cirrus: veeg- of vederwolken (wijst op wolken die bestaan uit ijskristallen);

- stratus: horizontaal uitgestrekte wolken;

- cumulus: stapelwolken.

Daarnaast zijn er een aantal wolkentypes waarbij een combinatie gemaakt wordt met de volgende stamwoorden:

- strato: laag (in de betekenis van horizontaal uitgestrekt);

- cumulo: wijst op verticaal opgebouwd;

alto: middelhoge bewolking;

- cirro: hoge bewolking;

- nimbo/nimbus: wijst op neerslag.

Figuur 3.30 geeft een overzicht van de soorten wolken. Merk op dat een cumulonimbuswolk met zijn verticale opbouw verschillende hoogtes doorkruist.

4 NEER SLAGVERDELING OP AARDE

4.1 INVLOED VAN DE BREEDTELIGGING

Als je de wereldkaart van de neerslagverdeling in je atlas bestudeert, dan valt op dat de regenrijke en droge gebieden niet willekeurig verspreid voorkomen. Er is namelijk in zekere mate een verband met de breedteligging. Regenrijke gebieden situeren zich rond de evenaar en rond de 60ste breedtegraad. Droge gebieden komen voornamelijk voor rond de 30ste breedtegraad (Saharawoestijn en Arabische woestijn) en rond de polen (we spreken hier van witte woestijnen omdat de weinige neerslag onder de vorm van sneeuw valt).

Een vergelijking met de wereldkaarten van de drukgordels in je atlas, leert je dat regenrijke gebieden samenvallen met lagedrukgordels en droge gebieden met hogedrukgordels. In lagedrukgebieden (evenaar en 60ste breedtegraad) treedt er een stijgende luchtbeweging op, waardoor de temperatuur van de lucht daalt en de relatieve vochtigheid van die lucht stijgt. Daardoor gaat de waterdamp in de lucht condenseren en vormen er zich wolken waaruit neerslag kan vallen. In hogedrukgebieden (30ste breedtegraad en polen) treedt er een dalende luchtbeweging op met een stijging van de temperatuur tot gevolg en een daling van de relatieve vochtigheid. Daardoor verdwijnt de kans op condensatie en neerslag.

1 Dalende luchtbeweging, lucht warmt op en droogt uit: geen neerslag

2 Stijgende luchtbeweging, lucht koelt af en condenseert: neerslag

3 Dalende luchtbeweging, lucht warmt op en droogt uit: geen neerslag

4 Stijgende luchtbeweging, lucht koelt af en condenseert: neerslag

©VANIN

Het verband tussen neerslaghoeveelheden en breedteligging is echter niet eenduidig. Er kunnen zich op eenzelfde breedtegraad sterke verschillen voordoen qua neerslagverdeling. De bijkomende beïnvloedende factoren worden hieronder besproken.

4.2 INVLOED VAN WINDEN EN AFSTAND TOT DE ZEE

Als we in de atlas de kaart van Europa met de neerslagverdeling bekijken, valt het meteen op dat West-Europa op jaarbasis meer regen krijgt dan Oost-Europa. Dat heeft te maken met de overheersende (zuid)westenwinden die waterdamp opnemen boven de Atlantische Oceaan en West-Europa van de nodige regen voorzien. Oost-Europa ligt verder landinwaarts, waardoor de luchtvochtigheid ondertussen afgenomen is.

4.3 INVLOED VAN GEBERGTEN

Aan de zeezijde van kustgebergten (loefzijde) wordt de lucht door het reliëf gedwongen om te stijgen. Daardoor daalt de temperatuur van de lucht en stijgt de relatieve vochtigheid ervan. De waterdamp in de lucht zal condenseren en het gaat regenen. We spreken van stijgingsregens. Aan de landzijde of in de regenschaduw van kustgebergten (lijzijde) regent het veel minder doordat de lucht opwarmt bij het dalen en de kans op condensatie en neerslag verdwijnt.

4.4 INVLOED VAN DE ITCZ

Convectieregens zijn regens in het evenaarsgebied (tropen) die ontstaan als gevolg van de opstijgende warme lucht aan de evenaar door de sterke opwarming (loodrechte zonnestand). Daardoor koelt de lucht af, stijgt de relatieve vochtigheid en condenseert de waterdamp. Er vormen zich wolken waaruit in de loop van de dag felle stortregens vallen. Doordat de ITCZ verschuift met de seizoenen, schuiven de regens mee op. Op de evenaar regent het doorheen het hele jaar. Meer noordelijk en zuidelijk in de tropen hebben we twee seizoenen: een droog en een nat seizoen.

HET WEER IN WEST-EUROPA

ONDERZOEKSVRAAG WAT VERTELLEN DE WEERKAARTEN ONS?

Sinds de eerste lancering in 1960 zijn de weersatellieten onmisbaar om het weer te voorspellen. Om het West-Europese weer te voorspellen, worden de beelden van de Meteosat-, de NOAA- en Metop-satellieten gebruikt. De Meteosat- en Metopweersatellieten zijn Europees (ESA) en de NOAA-weersatellieten zijn Amerikaans (NASA).

Om satellietbeelden te maken worden er twee soorten straling van het elektromagnetisch spectrum gebruikt: de infraroodstraling (IR) en het zichtbare licht (VIS)

IR-satellietbeelden

Infraroodbeelden brengen warmtestraling in beeld. Ze meten de uitgezonden warmtestralen door wolken, het land- en het wateroppervlak. Lichte kleuren wijzen op lage temperatuur, donkere kleuren op een hogere temperatuur. Omdat voor de opnames geen licht nodig is, kunnen de beelden ook ‘s nachts worden gemaakt.

IR-SATELLIETBEELD

VIS-satellietbeelden

De beelden in visueel licht registreren de hoeveelheid weerkaatst zonlicht. Je ziet eenzelfde wolkenpatroon als op de IR-satellietfoto. Je kunt echter geen onderscheid maken op basis van temperatuur. Ze worden gebruikt om wolkenpatronen op te sporen. Men kan geen nachtopnames maken omdat er dan geen licht is.

VIS-SATELLIETBEELD

©VANIN

2 HET WEERBERICHT

Waarschijnlijk gebruik je op je smartphone een weerapplicatie om te weten welke kleren je best aantrekt, of je regenkledij moet voorzien op de fiets of welke kleren je best draagt bij het plannen van een buitenactiviteit. Een weerbericht is een weersverwachting op basis van weersvoorspellingen. Het bevat informatie over de verschillende weerelementen: temperatuur, bewolking, neerslag, luchtdruk en wind. Weersvoorspellingen zijn tegenwoordig heel accuraat. Toch kunnen ze afwijken van het werkelijke weerbeeld, zeker wanneer het over een weersvoorspelling voor meerdere dagen gaat.

3 DE WEERK AARTEN

Een weersituatie hangt samen met een algemene luchtgesteldheid. Die kan het best beschreven worden aan de hand van weerkaarten. We gebruiken kaarten van het KNMI, het Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut.

EEN MOGELIJKE WEERSITUATIE IN FEBRUARI

3.1 IS OBAREN, WINDRICHTING EN WINDKRACHT

©VANIN

De luchtdruk en de ligging van de drukgebieden zijn allesbepalend voor het weer. Op een weerkaart worden alle punten met eenzelfde luchtdruk verbonden door een lijn. Lijnen van gelijke druk worden isobaren genoemd. De eenheid van druk is hPa (hectopascal). De gemiddelde luchtdruk is 1 013 hPa. Kernen van hoge druk (luchtdruk hoger dan 1 013 hPa) worden aangeduid met een H, kernen van lage druk (luchtdruk lager dan 1 013 hPa) met een L. De lucht verplaatst zich van een hogere druk met ‘te veel’ lucht naar een lagere druk met ‘te weinig’ lucht. Die luchtverplaatsing noemen we wind. Als de isobaren dichter bij elkaar liggen, is het verschil in druk groter en zal de wind harder waaien dan wanneer de isobaren verder uit elkaar liggen. Merk op dat de isobaren rond lagedrukkernen dichter bij elkaar liggen dan rond hogedrukkernen. Nabij een lagedrukkern is er vaak meer wind dan nabij een hogedrukkern. In de kern van een lagedruk- en hogedrukgebied valt de wind vrijwel volledig weg.

ARDROTATIE DOET DE WINDEN AFBUIGEN

Doordat de aarde rond haar as draait, waaien de winden niet in een rechte lijn van een hoge- naar een lagedrukgebied. Op het noordelijk halfrond buigen de winden door het Corioliseffect af naar rechts. De winden op het noordelijk halfrond draaien dus volgens de wijzers van de klok rond een hogedrukkern (zie fig. 3.39) en tegengesteld aan de wijzers van de klok rond een lagedrukkern. Op het zuidelijk halfrond is het net omgekeerd. De windrichting wordt altijd benoemd naar de richting vanwaar de wind afkomstig is. Een noordenwind waait dus vanuit het noorden naar het zuiden.

Bekijk op iDiddit de animaties over luchtbewegingen rond een lage- en hogedrukgebied.

3.3 VER SCHILLENDE LUCHTSOORTEN BEÏNVLOEDEN ONS WEER

3.3.1 HERKOMST VAN DE AANGEVOERDE LUCHT

Lucht die van over zee (voor West-Europa de Atlantische Oceaan) wordt aangevoerd, heeft veel vocht opgenomen en is nat. Lucht die van over land komt (voor West-Europa vanuit het oosten) is droog. Ook de temperatuur van de aangevoerde lucht wordt bepaald door de temperatuur van het brongebied. Lucht afkomstig van het noorden is bijgevolg kouder dan lucht die vanuit het zuiden wordt aangevoerd.

De herkomst van de aangevoerde lucht is dus belangrijk om het weerbeeld te begrijpen. Figuur 3.40 op de volgende pagina geeft de kenmerken weer van de lucht die boven België vanuit de verschillende windstreken wordt aangevoerd. De aangevoerde lucht heeft wisselende kenmerken, afhankelijk van het seizoen.

3.3.2 KENMERKEN VAN DE AANGEVOERDE LUCHT IN DE WINTER

©VANIN

In de winter is de zee warmer dan het land. Lucht die van over zee komt, is dan zachte lucht. Die lucht heeft een hoge luchtvochtigheid en brengt vaak neerslag mee. Komt hij uit het zuiden (Tc) en zuidwesten (Tm), dan is hij zacht en nat. Komt hij uit het noorden (Am) en noordwesten (Pm), dan is hij koud. Die laatste luchtsoort gaat vaak gepaard met winterse buien. De winter is op het Oost-Europese vasteland heel koud. De aangevoerde lucht vanuit het oosten is in de winter dus altijd heel koud en droog. Arctische en polaire continentale lucht leiden in de winter tot strenge vorst.

3.3.3 KENMERKEN VAN DE AANGEVOERDE LUCHT IN DE ZOMER

In de zomer is de zee koeler dan het land. De aangevoerde maritieme lucht is dan eerder fris en voert natte lucht aan. De kans op bewolking en neerslag is groot. De lucht die uit het noordwesten en zuidwesten komt brengt regenbuien mee. Tm is warme lucht, Pm is koude lucht voor de tijd van het jaar. De zomer is op het Oost-Europese vasteland heel warm. Zomerse, oostelijke lucht (Pc en Tc) is warm of heet en droog.

De lucht wordt benoemd naar zijn gebied van herkomst:

- uit de omgeving van de Noordpool: arctisch (A);

- uit de noordelijke gematigde breedten: polair (P);

- uit het zuiden: tropisch (T);

- van over zee: maritiem (m);

- van over het vasteland: continentaal (c).

De thermometers geven de gemiddelde januaritemperatuur (links) en de gemiddelde julitemperatuur (rechts) aan; de vierkantjes geven de neerslagkans weer in januari en juli.

3.4 FRONTEN

Als luchtsoorten met een verschillende temperatuur elkaar ontmoeten, kunnen ze zich niet met elkaar vermengen omdat ze een verschillende dichtheid hebben. Waar zware, koude lucht en lichte, warmere lucht met elkaar in botsing komen, ontstaat er een front. De warme lucht wordt gedwongen te stijgen en er ontstaat condensatie en neerslag. In weerberichten is er meestal sprake van ‘regenzones’ of ‘storingen’ die overtrekken.

©VANIN

Als je naar de symbolen en kleuren op de weerkaart kijkt, dan merk je dat er drie soorten fronten zijn: warmtefronten (rode lijn met halve cirkels), koufronten (blauwe lijn met driehoeken) en occlusiefronten (paarse lijn met driehoeken en halve cirkels). De warme lucht tussen het warmte- en koufront in, noemen we de warme sector. De fronten vormen zich rond een lagedrukgebied, het geheel wordt ook wel een frontale depressie genoemd. De fronten bewegen in de richting van de symbolen (halve cirkels en driehoeken).

Wanneer er een warmtefront overtrekt, neemt warmere lucht de plaats in van koudere lucht. Als er nadien een koufront overtrekt, wordt het weer gevoelig frisser. Een occlusiefront is het samenkomen van een warmte- en een koufront. Het koufront dat sneller beweegt, heeft dan het warmtefront ingehaald. Daardoor zal de opgetilde warme lucht na verloop van tijd niet meer terug te vinden zijn aan het aardoppervlak.

3.5 ONT STAAN VAN FRONTEN

Wanneer koude polaire lucht uit het noorden en warme tropische lucht uit het zuiden elkaar ontmoeten, worden ze gescheiden door een frontvlak (a). Omdat de luchtsoorten aan weerszijden van het frontvlak verschillende snelheden hebben, ontstaan er golvingen in het frontvlak. De warme lucht die de koude lucht wegduwt, vormt een warmtefront. De koude lucht die de plaats inneemt van de warme lucht, veroorzaakt een koufront (b). Doordat het koufront sneller beweegt dan het warmtefront, haalt het koufront het warmtefront in en verdwijnt de warme sector. Er vormt zich een occlusiefront (c).

a b c

4 DE DOOR TOCHT VAN EEN FRONTALE DEPRESSIE

4.1 DE DOORTOCHT VAN HET WARMTEFRONT

Warme lucht is lichter dan koude lucht en schuift over de koude lucht heen. De warme opstijgende lucht koelt af. Door die stijgende luchtbeweging daalt de luchtdruk. De waterdamp die in die lucht aanwezig is, koelt mee af. Daardoor treedt er condensatie op en vormen zich wolken.

Bij de doortocht van een warmtefront zie je eerst hoge bewolking, daarna middelhoge en ten slotte volgt lage bewolking waaruit neerslag valt.

Bekijk op iDiddit de animatie over het warmtefront.

4.2 DE WARME SECTOR

Na de doortocht van het warmtefront komen we in de warme sector terecht. In die zone, tussen het voorbijgetrokken warmtefront en het naderende koufront, is de lucht warmer, maar het blijft zwaarbewolkt en nat. Als de afstand tussen het warmtefront en het koufront voldoende groot is, verdwijnt de neerslag geleidelijk en zijn er opklaringen.

Bekijk op iDiddit de animatie over de warme sector.

4.3 DE DOORTOCHT VAN HET KOUFRONT

De koude lucht nadert in de vorm van een koufront. Hier schuift de zware, koude lucht onder de warme, lichte lucht door en jaagt de warme lucht snel de hoogte in. De weersverandering is dan ook vrij plots. De bewolking komt snel opzetten en wordt hoog de lucht in gejaagd. Die koelt plots en snel af. Hevige regen, hevige wind, plotse afkoeling: dat is het weerbeeld bij de doortocht van een koufront.

van het koufront

Bekijk op iDiddit de animatie over de doortocht van een koufront.

©VANIN

middelhoge wolken

lage wolken met neerslag

89 HET WEER IN WEST-EUROPA

5 HET WEERBEELD BIJ EEN L AGE- EN HOGEDRUKGEBIED

Op de satellietfoto van figuur 3.46 komen geen wolken voor boven België, terwijl we op de foto van figuur 3.47 heel duidelijk de bewolking in de vorm van een draaikolk zien. Dat heeft alles te maken met de luchtdruk. Door de weerkaarten (fig. 3.48 en fig. 3.49) te analyseren, kunnen we de typische weerskenmerken bij hoge en lage luchtdruk boven België vaststellen.

Hogedrukgebied (fig. 3.46 en 3.48)

Weersituatie: Op de satellietfoto van fig. 3.46 is er geen bewolking boven België. Er is dus geen kans op neerslag. Op de weerkaart staan de isobaren vrij ver uit elkaar en de windkracht is dan zwak. Er waait een zwakke noordoostenwind (de wind waait in wijzerzin rond de kern van hoge druk).

Verklaring: In een hogedrukgebied daalt de lucht. Daardoor stijgt de temperatuur van de lucht en wordt de lucht droger. Er worden geen wolken gevormd en het blijft dus droog. Bij hoge luchtdruk liggen de isobaren op de weerkaart vrij ver uit elkaar, waardoor er vaak weinig wind is. In de volksmond spreekt men van ‘mooi’ weer. Het hogedrukgebied blijft op eenzelfde plaats vaak dagenlang aanwezig.

Lagedrukgebied (fig. 3.47 en 3.49)

Weersituatie: Op de satellietfoto van fig. 3.47 is er veel bewolking boven België. Op de weerkaart staan de isobaren vrij dicht bij elkaar en er is dus een sterke wind. Die dag trok er een stormdepressie over ons land met veel neerslag en een sterke zuid- tot zuidwestenwind (de wind waait in tegenwijzerzin rond de kern van lage druk).

©VANIN

Verklaring: In een lagedrukgebied stijgt de lucht, waardoor de temperatuur van de lucht daalt. De waterdamp gaat condenseren en er vormen zich wolken. Daaruit kan neerslag ontstaan. Bij lage luchtdruk liggen de isobaren op de weerkaart vrij dicht bij elkaar, waardoor de wind krachtig waait. Het lagedrukgebied heeft een beperkte levensduur en verplaatst zich snel. Door de bewolking en de grote kans op neerslag spreekt men van ‘slecht’ weer.

IMPACT VAN DE KLIMAATVERANDERING OP ONS WEER

ONDERZOEKSVRAAG

HOE VERANDERT ONS WEER ALS GEVOLG VAN DE KLIMAATVERANDERING?

1 VER SCHUIVING VAN DE KLIMAAT- EN VEGETATIEZONES

Het weer kan bij ons snel veranderen en sterk variëren van plaats tot plaats. Klimaat daarentegen gaat over de gemiddelde toestand van het weer over een langere periode (meestal 30 jaar) en in een groter gebied. De onderstaande figuur brengt de klimaatzones op het noordelijk halfrond in beeld. We gebruiken de klimaatindeling van Köppen, die vertrekt van de verschillen in vegetatie in de wereld (tropisch regenwoud, woestijn, zomergroen loofwoud …). Köppen vroeg zich af waarom verschillende planten op bepaalde plaatsen wel of juist niet groeien. Hij kwam erachter dat dat te maken heeft met drie waarden: de gemiddelde temperatuur (per jaar, van de warmste maand, van de koudste maand), de gemiddelde neerslag (per jaar) en het seizoen waarin de neerslag valt. Op basis daarvan werkte hij een klimaatsysteem uit.

TW = 10 °C

noordpoolcirkel

TK = 18 °C

Kreeftskeerkring evenaar

KOUD GEMATIGD WARM

ijswoestijn toendra

taiga gemengd woud zomergroen loofwoud woestijn

hardbladige vegetatie/steppe

savanne tropisch regenwoud

©VANIN

droge klimaten: Nj < 400 mm TK: temperatuur koudste maand TW: temperatuur warmste maand

Door de opwarming van de aarde schuiven de klimaatzones op in de richting van de polen. De taiga zal in sommige gebieden de toendra gaan vervangen en mediterrane planten rukken op naar de gematigde zone.

2 MEER EXTREME WEERFENOMENEN

We leven in een wereld die ruim één graad is opgewarmd ten opzichte van de periode 18501900. Daardoor is de kans op extreme weersomstandigheden toegenomen. Hittegolven, droogteperiodes en extreme regenval kwamen vroeger gemiddeld één keer per tien jaar voor. Tegen 2030 zal de wereld naar verwachting 1,5 graad zijn opgewarmd. Hittegolven zullen dan vier keer zo frequent voorkomen, droogteperiodes twee keer zo frequent en extreme regenval anderhalve keer zo frequent (fig. 3.51).

Frequentie van extreme weerfenomenen die vroeger gemiddeld 1 keer/10 jaar voorkwamen

In augustus 2022 maakte China wellicht de zwaarste hittegolf ooit ter wereld mee.

In de zomer van 2022 leed Zuid-Europa onder aanhoudende droogte en bosbranden.

temperatuur 1850-1900 1 °C opwarming

In Europa neemt het aantal hittegolven sneller toe dan elders in het noordelijk halfrond. De onderstaande figuur toont de evolutie van het aantal hittegolven in België.

©VANIN

Die evolutie wordt in verband gebracht met veranderingen in de polaire straalstroom als gevolg van de opwarming van de aarde. Het noordpoolgebied warmt sneller op dan de rest van de aarde. Daardoor worden de temperatuurverschillen tussen evenaar en Noordpool kleiner en verliest de straalstroom aan kracht. Hij begint meer te kronkelen of meanderen.

Door het meanderen ontstaan er opgaande kronkels (ruggen) en neerwaartse kronkels (troggen) in het verloop van de straalstroom: de ruggen steken uit in noordelijke richting en worden gevuld met warme lucht uit het zuiden, wat aanleiding geeft tot hoge luchtdruk. Omgekeerd zijn er de troggen in zuidelijke richting waarin koudere lucht uit het noorden stroomt. Een lage luchtdruk beïnvloedt dan ons weer.

De kronkels van de straalstroom worden beïnvloed door de polaire vortex. Dat is een grootschalig lagedrukgebied in de hogere luchtlagen (bovenkant troposfeer – onderkant stratosfeer) gelegen nabij de polen van de aarde. De polaire vortex is er altijd, maar tijdens de winter kan de lucht in de stratosfeer boven de Noordpool sterk opwarmen, waardoor de polaire vortex verzwakt en de straalstroom sterker gaat kronkelen.

Door het sterke kronkelen van de straalstroom kunnen hoge- en lagedrukgebieden vast komen te zitten, ze worden als het ware geblokkeerd. Daardoor blijft het weerbeeld voor langere tijd hetzelfde.

Wanneer een lagedrukgebied geblokkeerd geraakt boven onze regio, is het gedurende een lange periode fris en valt er veel neerslag. Regenbuien kunnen ook langer aanhouden en intenser zijn dan vroeger. Door de opwarming verdampt er immers meer water en kan de lucht meer water bevatten. Het gaat daardoor minder gemakkelijk regenen. Maar wanneer de lucht verzadigd geraakt en het begint te regenen, kunnen er ineens grote hoeveelheden naar beneden vallen. Een geblokkeerd hogedruk-gebied maakt dan weer dat het lange tijd warm en droog is, met hittegolven tot gevolg.

In normale omstandigheden wordt de energie van de zon deels gebruikt om vocht te verdampen. Wanneer de bodem echter uitgedroogd is, drijft de energie van de zon de temperatuur op. Het weinige vocht verdampt bovendien, met nog sterkere droogte tot gevolg (fig. 3.56).

In de steden komen daar nog eens verharding en hoge bebouwing bij die warmte vasthouden. Dat maakt dat stedelijke gebieden warmer zijn dan de omgeving eromheen. Dat verschijnsel wordt ook wel het hitte-eilandeffect genoemd.

verdamping

verdamping

voelbare warmte

Verdamping tempert de temperatuur en water zorgt voor verkoeling.

verdamping

verdamping voelbare warmte

©VANIN

Zonder begroeiing en vocht in de bodem valt er weinig te verdampen en wordt het snel te heet.

INVLOEDEN

- breedteligging

- tijdstip van de dag

- oriëntatie hellingen

- ligging t.o.v. zee - zeestromingen

WIND thermosfeer mesosfeer stratosfeer troposfeer

AARDE Afbeelding geeft geen ware verhoudingen weer.

- frontale regens

©VANIN

2 km warme lucht lage bewolking met neerslag middelhoge wolken hoge wolken altostratus nimbostratus cirrus koude lucht bewegingsrichting van het warmtefront 0° 5 - 7 km warme lucht koude lucht 0° bewegingsrichting van het koufront cumulonimbus 2 km 5 - 7 km 2 km 5 - 7 km warme lucht nimbostratus cumulonimbus altostratus cirrostratus koude lucht koude lucht bewegingsrichting van het occlusiefront lage wolken met neerslag middelhoge wolken hoge wolken BEWOLKING

NEERSLAG

HET WEST-EUROPESE WEER

fronten

drukgebieden

Analysis for Tue 11 Oct 2022 12 UTC

Issued at 11-10 / 12:10 UTC @copyright KNMI

- HOGEDRUKGEBIEDEN droog, mooi weer en weinig wind

- LAGEDRUKGEBIEDEN frontale depressies: neerslag en wind

- LUCHTSOORTEN

luchtvochtigheid (maritieme en continentale lucht)

temperatuur (tropische, polaire en arctische lucht)

WEER ≠ KLIMAAT (= gemiddelde weer over 30 jaar)

IMPACT VAN DE KLIMAATVERANDERING

- verschuiving van klimaatzones

- meer extreme weerfenomenen

- langere periodes met hetzelfde weer

©VANIN

Endogene krachten

1 SCHILVORMIGE OPBOUW VAN DE geosfeer

2 PLATENTEKTONIEK

3 GEVOLGEN VAN DE PLATENTEKTONIEK

4 GESTEENTEN

5 DE GEOLOGISCHE TIJDSCHAAL

©VANIN

1 DE SCHILVORMIGE OPBOUW VAN DE GEOSFEER

1 INFORM ATIE UIT SEISMISCHE GOLVEN

1.1 EEN ‘E CHOGRAFIE’ VAN DE GEOSFEER

Om de structuur en samenstelling van het inwendige van de geosfeer te onderzoeken, werkt de wetenschap met rechtstreekse en onrechtstreekse waarnemingen.

Om rechtstreekse of directe informatie te verkrijgen over het inwendige van de aarde, gebruiken wetenschappers mijnbouw en boringen. De diepste mijnen zijn 5 km diep. De diepste boring vond in 1994 plaats op het schiereiland Kola, in het noorden van Rusland, en bereikte een diepte van 12 km. Die boring heeft meer dan 20 jaar geduurd. In Qatar geraakte men in 2008 op een vergelijkbare diepte. De diepte van deze boringen is echter relatief klein als je ze vergelijkt met gemiddelde straal van de aarde, die 6 370 km bedraagt.

De wetenschap gebruikt seismische golven om onrechtstreekse of indirecte informatie te verzamelen over de bouw van het inwendige van de aarde. Die methode lijkt op een echografie, waarbij geluidsgolven worden gebruikt om beelden te maken van inwendige organen of van een baby in de buik van de moeder. Als er een trilling plaatsvindt in de aarde, verspreiden de trillingen zich vanaf hun startpunt door de aarde. Een seismograaf (fig. 4.2) ontvangt en registreert die trillingen en produceert een seismogram (fig. 4.3) met informatie over het gebied waar ze doorheen zijn gegaan. Seismische golven kunnen afkomstig zijn van aardbevingen, maar ze kunnen ook door menselijke activiteiten worden opgewekt, zoals door boringen, explosies of kernproeven.

©VANIN

1.2 S OORTEN SEISMISCHE GOLVEN

P-golven of primaire golven zijn snelle seismische golven die het materiaal waar ze doorheen gaan afwisselend samendrukken en uitrekken. De trilrichting valt samen met de voortplantingsrichting. Voorbeelden zijn geluidsgolven en de golven in een veer.

Bij S-golven of secundaire golven verplaatsen de deeltjes zich loodrecht op de bewegingsrichting. Een voorbeeld daarvan is een golf op een touw. S-golven verplaatsen zich trager dan P-golven en kunnen niet door vloeistoffen bewegen. Als er alleen P-golven en geen S-golven worden geregistreerd op een seismogram, betekent dit dat de seismische golven door een vloeistof zijn gegaan.

Op iDiddit vind je een animatie over P-golven en S-golven.

1.3 INFORM ATIE UIT SEISMISCHE GOLVEN

Seismische golven verplaatsen zich niet allemaal even gemakkelijk door verschillende materialen. Dat kun je vergelijken met het wandelen op verschillende ondergronden. Je vertrekt bijvoorbeeld op een verharde weg, steekt de duinen over naar het strand en loopt verder de zee in, die steeds dieper wordt. Je ondervindt daarbij dezelfde hindernissen als de seismische golven die zich door de verschillende lagen van de aarde voortbewegen. Seismische golven buigen continu af terwijl ze door de aarde bewegen en volgen daardoor geen rechte lijn. Dat komt doordat de dichtheid van de materie toeneemt naarmate de diepte toeneemt.

Aardbeving: P- en S-golven vertrekken in alle richtingen

S-golven worden geabsorbeerd

P-golven worden gebroken in B en B’

Schaduwzone: tussen 103° en 143° worden geen golven geregistreerd

©VANIN

Naast de continue veranderingen doen er zich ook sprongsgewijze veranderingen voor bij de overgang tussen types materie. Door die veranderingen te bestuderen, kunnen wetenschappers informatie verkrijgen over de diepte en de dichtheid van de verschillende soorten materie in de aarde.

Plotse veranderingen in het gedrag van de golven zijn discontinuïteiten. Dat zijn zones waar de snelheid en de richting van de seismische golven plots veranderen (fig. 4.6). Door alle informatie samen te brengen die seismische golven opleveren, kunnen wetenschappers de verschillende schillen van de aarde in kaart brengen.

Op iDiddit vind je een animatie over de voortplanting van seismische golven door de aarde.

1.4 DE KENMERKEN VAN DE SCHILLEN

Bij een duik in een zwembad neemt de druk op je lichaam toe naarmate je dieper onder water gaat. Als je een ballon meeneemt tijdens je duik, wordt die onder water samengedrukt en verkleint het volume. In het inwendige van de aarde geldt dezelfde fysische wet. Een kleiner volume betekent ook een grotere dichtheid van de materie.

Seismische golven bewegen door de aarde met verschillende snelheden die bepaald worden door de chemische samenstelling en fysische eigenschappen van de materialen, zoals de aggregatietoestand, de druk en de temperatuur van de materialen die ze tegenkomen. Uit onderzoek naar het verloop van de seismische golven en hun sprongsgewijze veranderingen, trekken wetenschappers de conclusie dat de aarde schilvormig opgebouwd is. Tussen de korst en de mantel ligt de Mohorovicic-discontinuiteit of de Moho. Tussen de mantel en de kern, op ongeveer 2 900 km diepte, bevindt zich de Gütenberg-discontinuïteit. De schillen variëren qua chemische samenstelling en fysische eigenschappen (vast, vloeibaar, plastisch of stroperig).

De interne warmte van de aarde is voor een deel te herleiden tot de oorsprong van de aarde. Door het samenklonteren en botsen van planetesimalen werd de massa van de planeet voortdurend groter, waardoor de druk, de dichtheid en de temperatuur stegen. Bovendien is ook het radioactieve verval van elementen in de aardkern een blijvende bron van warmte. De elementen thorium, kalium en uranium vervallen tot andere elementen, waarbij warmte vrijkomt. De samengeklonterde massa werd hierdoor vloeibaar. De zwaarste elementen zakten naar beneden en vormden de kern. De lichtere materialen bewogen naar de buitenkant. Langzaam koelde die af en vormde zo de harde en uiterst dunne korst. Tussen de kern en de korst bevindt zich de mantel. Door geleiding en stroming wordt warmte geleidelijk afgegeven aan de mantel en aan de korst. Daarnaast is er nog de langzame warmteafgifte van het vast worden van de vloeibare buitenkern.

De warmte in de kern, die naar schatting tot ongeveer 6 000 °C kan bedragen, werd gecreëerd bij het ontstaan van de aarde. 30 % is afkomstig van de samensmelting ('accretie') van materiaal uit de oernevel en van de inslag van meteorieten die warmte opwekte, en 70 % is afkomstig van radioactief verval. Op de temperatuurcurve (fig. 4.7c) merkt men een geleidelijk verloop van de temperatuur vanaf de kern naar het aardoppervlak. De opgewekte warmte in de kern wordt geleidelijk afgegeven aan de mantel en de lithosfeer. De temperatuur in de bovenmantel bedraagt ongeveer 3 500 °C op de grens met de kern en ongeveer 1 000 °C op de grens tussen mantel en korst.

2.1 INDELING VOLGENS FYSISCHE EIGENSCHAPPEN

De druk en temperatuur van de aarde variëren afhankelijk van de diepte. Ze bepalen of de schil vast, vloeibaar of plastisch is. De korst en het bovenste deel van de mantel zijn allebei vast. Samen vormen ze de lithosfeer (letterlijk: gesteentelaag). Net onder de lithosfeer ligt een laag waar de snelheid van de seismische golven plots afneemt. Dat wijst op een verandering van de eigenschappen: op een diepte van 125 km onder de continenten en 70 km onder de oceanen is de onderliggende laag plastisch. Die laag is de asthenosfeer ('asthenos' betekent in het Grieks 'zonder kracht').

De grens tussen de lithosfeer en de asthenosfeer wordt gevormd op de plaats waar de temperatuur tot 1 280 °C stijgt. Bij die temperatuur ondergaan sommige mineralen een verandering van vast naar plastisch.

Onder de asthenosfeer ligt de vaste mesosfeer. Onder de hoge druk kan het materiaal niet smelten, en dus is die laag vast.

Op een diepte van 2 900 km vallen de S-golven weg, wat erop wijst dat de buitenkern vloeibaar is. In deze buitenkern wekken convectiestromingen, aangedreven door de afgegeven hitte van de binnenkern, het aardmagnetisch veld op. Op 5 100 km diepte zien we dat de seismische golven versnellen, wat betekent dat ze daar gemakkelijker door de materie bewegen. Seismologen besluiten daaruit dat de binnenkern vast is, vanwege de enorme druk die daar heerst.

Natuurkundigen hebben de maximale dichtheid van de kern berekend op 13 g/cm³, wat overeenkomt met de dichtheid van de belangrijkste elementen van ijzermeteorieten, namelijk nikkel en ijzer. Inslaande meteorieten speelden dus een rol bij de vorming van het zonnestelsel en de aarde. Wetenschappelijk onderzoek bracht aan het licht dat de binnenkern nog eens uit twee delen bestaat. De Ni-Fe-verbindingen hebben daarin een verschillende kristalstructuur. De overgang daartussen verloopt geleidelijk. Wellicht is er in de kern ook silicium aanwezig. Stukken korst worden platen genoemd. Oceanische platen bestaan uit oceanische korst, terwijl continentale platen uit continentale korst bestaan. Soms draagt één plaat twee soorten korst.

©VANIN

2.2 INDELING VOLGENS CHEMISCHE SAMENSTELLING

De belangrijkste samenstellende elementen van de continentale korst zijn silicium en aluminium. Die elementen geven de korst haar naam: SiAl. De SiAl is 25 tot 70 km dik.

De oceanische korst is met een gemiddelde dikte van 7 km veel dunner. Ze bestaat uit gestold mantelmateriaal en behoort in chemisch opzicht tot de mantel. Daarin zijn de elementen silicium en magnesium dominant; vandaar de naam SiMa. Zowel in de korst als in de mantel is heel wat zuurstof aanwezig.

De kern bestaat vooral uit nikkel en ijzer (NiFe)

3

Andes,

stad

Oceanische korst

gesteente basalt = stollingsgesteente van magma uit de mantel

diktedun tot zeer dun (enkele km)

ouderdomjong - maximum 200 miljoen jaar

Continentale korst

graniet = stollingsgesteente van gesmolten korstmateriaal

dik (25 tot 70 km)

©VANIN

de kernen worden gevormd door oude schilden of cratons van minstens 600 miljoen jaar oud

sterktesterk bros - er breken gemakkelijk stukken af dichtheidzwaar - dichtheid = 3 g/cm³ licht - dichtheid = 2,7 g/cm³

temperatuurwarmer kouder

3.2 DE KORST: ISOSTATISCHE BEWEGING

De lithosfeer, die lichter is dan de asthenosfeer, drijft erop zoals een schip op het water en kan op en neer bewegen afhankelijk van de aanwezige massa. Dat fenomeen staat bekend als isostasie. Wanneer er meer massa aanwezig is, wordt de lithosfeer naar beneden gedrukt, terwijl minder massa ervoor zorgt dat de lithosfeer oprijst. Dat zijn isostatische aanpassingen.

Tijdens de ijstijden werd Scandinavië bijvoorbeeld dieper in de asthenosfeer gedrukt door het gewicht van de ijskap die zich boven dit gebied bevond. Na het afsmelten van de ijskap begon Scandinavië weer op te rijzen. Die stijging is nog altijd aan de gang (fig. 4.11).

plastische asthenosfeer

Op iDiddit vind je een animatie over isostatische aanpassingen met en zonder ijskap.

4 DE KORST: VARIATIE AAN RELIËFVORMEN

Aleoeten

Antillen Koerilen

oceanische ruggen

as van de rug = slenk

dwarsbreuk eilandbogen

Fig. 4.13 Belangrijkste reliëfvormen op het land en in de oceanen

diepzeetroggen

recent gevormde gebergten

continentale slenken

103 DE SCHILVORMIGE OPBOUW VAN DE GEOSFEER

De korst heeft een onregelmatig oppervlak dat wordt gevormd door reliëfvormen op het land en de zeebodem, zoals te zien is in figuren 4.13 en 4.14. Diepzeetroggen en oceanische ruggen tekenen het reliëf van de oceaanbodems. De ruggen zijn langgerekte bergketens die duizenden meters boven de omringende zeebodem uitsteken. In het midden van die ruggen is er vaak een smalle en diepe kloof of slenk. Je kunt de ligging van de ruggen in je atlas bestuderen. In de diepzeetroggen treffen we de diepste punten van de oceanen aan.

De ondiepe zeeën bevinden zich aan de randen van de continenten en vormen het continentaal plat, dat niet dieper is dan 200 meter. Dat continentaal plat gaat via de continentale helling abrupt over in de diepzee. Die heeft een vrij effen oppervlak en wordt de abyssale vlakte genoemd. Verspreid over de oceaan vinden we veel onderzeese bergen, waarvan sommige toppen boven het wateroppervlak uitsteken: ze vormen eilanden. Die eilanden liggen vaak in groepen of eilandbogen en komen vooral voor in de buurt van diepzeetroggen.

In de eerste en tweede graad leerde je dat de reliëfvormen van de continenten vooral uit vlakten en plateaus bestaan. Hooggebergten zijn spectaculaire reliëfvormen, maar ze nemen slechts een klein gedeelte van het aardse oppervlak in. Continentale slenken zijn zeldzaam. De Oost-Afrikaanse slenk of rift is de grootste en bekendste. Dichter bij ons ligt de Rijnslenk tussen de Vogezen en het Zwarte Woud (fig. 4.15).

©VANIN

PLATENTEKTONIEK

ONDERZOEKSVRAAG

DE KUSTLIJNEN VAN ZUID-AMERIKA EN AFRIKA LIJKEN IN ELKAAR TE PASSEN. HOE VALT DAT TE VERKLAREN?

1 VAN CONTINENTENDRIFT TOT PLATENTEKTONIEK

Wetenschappelijk onderzoek gaat uit van hypothesen en probeert bewijzen te verzamelen om die hypothesen te staven. Door voortdurende bijsturing van de hypothese ontstaat een theorie, die op haar beurt weer getoetst wordt aan nieuwe wetenschappelijk verzamelde argumenten. De evolutie van de theorie van de continentendrift naar de huidige theorie van de platentektoniek is daarvan een typisch voorbeeld.

1.1 DE CONTINENTENDRIFT

De continentendrift is een theorie uit de eerste helft van de twintigste eeuw, ontwikkeld door de Duitse wetenschapper Alfred Wegener.

1.1.1

Op basis van de pasvorm van de zuidelijke continenten veronderstelde hij dat Afrika, Zuid-Amerika, Australië, Antarctica en India ooit één geheel vormden: dat continent kreeg de naam Gondwana. Wegener stelde dat die continenten later uit elkaar zijn gedreven.

1.1.2

©VANIN

Verder onderzoek van Wegener leverde extra bewijs: de structuren van de oude gebergten langs weerskanten van de Atlantische Oceaan sluiten mooi bij elkaar aan.

1.1.3 PALEOKLIMATOLOGISCHE ARGUMENTEN

Waarom zijn sporen van ijskappen te vinden op de plaats waar nu een warm klimaat heerst, terwijl in Groenland in de steenkoollagen uit dezelfde geologische periode resten van een tropische plantengroei worden gevonden? Dat wordt onderzocht door een paleoklimatoloog

De sporen van de ijskap van 300 miljoen jaar geleden zijn nu nog duidelijk aanwezig in Zuid-Amerika, Afrika, India en Australië. Ze zijn duidelijk even oud. De gletsjerkrassen verklappen ook de bewegingsrichting van het ijs. Het was een raadsel hoe dit mogelijk was. Door de continenten samen te leggen ziet men de logica: met zuidelijk Afrika op de Zuidpool ziet men de bewegingsrichting van de ijskap naar de aansluitende continenten.

De steenkoolgebieden van Noord-Amerika, Europa, Rusland en China zijn opgebouwd uit resten van tropische planten. Ze dateren uit dezelfde geologische periode als de ijskap die op dat moment de zuidelijke continenten bedekte. Dit is enkel te verklaren als men aanneemt dat deze gebieden bij de vorming van de steenkool in de omgeving van de evenaar lagen en nadien van plaats verschoven zijn.

1.1.4 PALEONTOLOGISCHE ARGUMENTEN

De paleontologie leert ons onder meer dat fossielen van de Cynognatus, een reptiel, gevonden zijn in Zuid-Amerika en Afrika. Overblijfselen van de Lystrosaurus, een reptielachtig landdier, zijn te vinden in India, Antarctica en Afrika. Van het reptiel Mesosaurus zijn resten terug te vinden in Afrika en Zuid-Amerika. Fossielen van de Glossopteris, een varen, zijn zowel in Zuid-Amerika, Afrika en Antarctica als in Australië gevonden. Als de continenten tegen elkaar gelegd worden, sluiten de lagen met de fossielen mooi bij elkaar aan.

Niet enkel Zuid-Amerika en Afrika passen in elkaar, ook alle andere continenten kunnen mits wat puzzelwerk aan elkaar gepast worden. Zo kwam men tot het model van Pangea. Wegener veronderstelde dat Pangea in stukken brak en dat de stukken nadien uit elkaar dreven.

©VANIN

De paradox van de theorie van Wegener was dat zijn argumenten volledig correct waren, maar dat zijn theorie niet werd aanvaard door de aardwetenschappers, omdat het mechanisme dat volgens hem deze continenten deed bewegen wetenschappelijk onaanvaardbaar was. Volgens Wegener konden de landmassa’s over de oceaanbodems schuiven door krachten die ontstaan door de aardrotatie en de aantrekkingskracht van de zon en de maan. De geologen konden dat niet aanvaarden.

Ze hadden het ook moeilijk met het feit dat Wegener, die een sterren- en weerkundige was, geologische problemen probeerde op te lossen. Wegener spendeerde veel tijd en energie aan het verdedigen van zijn theorie, maar tevergeefs. De continentendrift geraakte in de vergetelheid. Pas in de tweede helft van de twintigste eeuw bevestigden nieuwe wetenschappelijke inzichten zijn hypothese.

1.2 RE CENT ONDERZOEK BRENGT NIEUWE ARGU MENTEN AAN

1.2.1 DE PUZZEL KLOPT

Toen de computer werd ingeschakeld in het onderzoek, merkte men dat de continenten, uitgebreid tot het continentaal plat, perfect in elkaar passen. Er zijn weinig overlappingen of ontbrekende stukken (hiaten).

1.2.2 ONDERZOEK NAAR DE OCEAANBODEM

Met de sonar (‘sound navigation and ranging’) stuurt men vanop schepen signalen uit die weerkaatst worden door de oceaanbodem. Zo kan het reliëf van het aardoppervlak onder de oceaan precies in kaart worden gebracht. Dat leidde tot de ontdekking van oceaanruggen (onderzeese bergketens) en diepzeetroggen

Een speciaal uitgerust schip neemt monsters van de oceaanbodem, kilometers diep onder de zeespiegel. De boormonsters tonen hoe sedimenten, die in volle oceaan vooral uit skeletjes van zeeorganismen bestaan, slechts een heel dunne laag vormen bij de oceanische ruggen. De laag wordt in de richting van het continent dikker en de onderste skeletjes worden ook steeds ouder. Nergens zijn ze echter ouder dan 250 miljoen jaar.

De ouderdom van de sedimenten verloopt symmetrisch, van jong naar oud, vertrekkend vanaf de oceanische rug. Onder deze laag sedimenten ligt een laag die uitsluitend uit het stollingsgesteente basalt bestaat. De continenten zijn, in tegenstelling tot de ondergrond van de oceaan, vooral opgebouwd uit lichte granietachtige gesteenten, die soms tot 3,8 miljard jaar oud kunnen zijn (fig. 4.23).

©VANIN

1.2.3 PALEOMAGNETISCH ONDERZOEK BRENGT DE BEWEGINGEN AAN HET LICHT

De wetenschap onthulde in de twintigste eeuw nog meer geheimen van de oceaanbodem. Als magma stolt, worden bij een temperatuur van minder dan 580 °C mineralen gevormd zoals magnetiet (Fe3O4). Die mineralen gedragen zich als kompasnaalden en richten zich bij het stollen volgens het heersende aardmagnetisch veld. De declinatie (fig. 4.24 en 4.25a) geeft de richting van het magnetisch noorden aan op het moment van de stolling. De inclinatie of helling van de kompasnaald (fig. 4.25b) verklapt de breedteligging van de stollende lavastroom. Met deze twee gegevens kan men de ligging van het continent ten opzichte van de magnetische pool op het moment van de stolling reconstrueren.

geografisch noorden (N)

huidig magnetisch noorden (MN)

14°

magnetische veldlijn

lijn met 0° declinatie

magnetische

11°

magnetische veldlijnen

helling kompasnaald geografische evenaar

magnetische evenaar

magnetisch noorden geografisch noorden

horizontale

magnetische inclinatie

Op iDiddit vind je een animatie over het bepalen van de paleobreedte.

1.2.4 BEWE GEN DE POLEN OF BEWEGEN DE CONTINENTEN?

©VANIN

Lavastromen van een bepaalde ouderdom wijzen naar een pool op dat bepaalde moment. Lavastromen van verschillende ouderdom wijzen naar een pool op een andere plaats. Wanneer men de plaats van die polen met elkaar verbindt, ziet men dat de pool van plaats verschuift in de tijd. Dat noemt men een ‘poolbaan’. Wanneer men dat verschijnsel onderzoekt voor de verschillende continenten, blijkt dat er op eenzelfde moment voor elk continent een andere pool zou bestaan hebben, en dat elk continent een andere poolbaan zou hebben (fig. 4.26).

Omdat dat natuurkundig onmogelijk is, moeten we uitgaan van een andere hypothese: als we veronderstellen dat er slechts één noordpool en één zuidpool was, kunnen we de continenten zodanig positioneren dat ze op een bepaald moment naar de huidige polen wijzen (fig. 4.27). Dat kan men doen voor de opeenvolgende geologische periodes. Op die manier kan de verplaatsing van de continenten in

richting van de pool volgens het paleomagnetische veld

Poolbanen voor lavastromen in Noord-Amerika (rood), Afrika (paars), Europa (blauw) en Azië (geel). Merk op dat vanaf een bepaald moment Europa en Azië eenzelfde poolbaan (groen) hebben.

Veronderstelt men slechts één pool op elk moment, dan volstaat het de continenten te verschuiven tot de pool voor elk continent op dat moment samenvalt.

1.2.5 HET PALEOMAGNETISME VAN DE OCEAANBODEM

Op die manier kan men de positie van elk continent doorheen de tijd reconstrueren (hier Australië).

De studie van het aardmagnetisch veld bracht nog meer aan het licht. Men weet dat de polariteit van het aardmagnetisch veld soms omkeert: de magnetische zuidpool wordt dan noordpool en omgekeerd (fig. 4.29). Die omkerende polariteit is terug te vinden in de ijzerhoudende mineralen van de stollingsgesteenten.

richting van het aardmagnetisme

Omdat lavastromen op het land een bekende ouderdom hebben kan die polariteitswisseling dus gedateerd worden. Aan weerszijden van de spreidingsruggen in de oceanen is hetzelfde symmetrisch patroon terug te vinden in die polariteitswisselingen (fig. 4.30).

Zo kon de ouderdom van de oceaanbodem nauwkeurig in kaart worden gebracht. De jongste zones liggen bij de oceanische spreidingsruggen, de oudste zones bij de kusten van de continenten. Nergens is de oceaanbodem ouder dan midden-jura (fig. 4.32).

Op iDiddit vind je een animatie over de magnetisatie van de zeebodem.

lavastromen met omgekeerde polarisatierichting

ouderdom in miljoenen jaren oceanische spreidingsrug 1234 1234

1cm/jaar 10 km

1cm/jaar normaal gemagnetiseerde stroken

omgekeerd gemagnetiseerde stroken

©VANIN

1.2.6 S ATELLIETMETINGEN

Satellietmetingen met GPS brengen de verplaatsingen zeer nauwkeurig in kaart. De snelheid van de verschuivingen varieert van plaats tot plaats op aarde. Je kunt dit aflezen op de onderstaande kaart waar de snelheden genoteerd staan bij de pijlen in cm met jaar.

©VANIN

1.2.7 BEWE GINGEN DOORHEEN DE GEOLOGISCHE TIJD

Al deze kennis maakt het mogelijk om de posities van de continenten te reconstrueren in de tijd (fig. 4.32). Dat brengt ons terug tot het model van de puzzel. Hiermee is de theorie dat de continenten ooit één geheel hebben gevormd, en waarvoor Wegener de grondslag legde, bewezen.

Op iDiddit vind je een animatie over de ligging van de continenten doorheen de geologische tijd.

1.3 SE A FLOOR SPREADING EN PLATENTEKTONIEK

1.3.1 IN DE OCE ANISCHE RUGGEN WORDT NIEUWE AARDKORST GECREËERD

Uit de onderzoeken naar de ouderdom van de zeebodem en naar het aardmagnetisme staat onomstotelijk vast dat er nieuwe aardkorst ontstaat vanuit de centrale slenk in de oceanische spreidingsruggen. De oceaanbodem groeit vanuit deze slenk zoals een (dubbele) transportband. Dat model wordt ‘sea floor spreading’ of zeebodemspreiding genoemd. Oceanische korst drijft steeds verder weg van de centrale rug.

Op iDiddit vind je twee animaties over het proces van divergerende plaatranden en ‘sea floor spreading’ en over ‘sea floor spreading’ en de vorming van nieuwe oceanische korst.

1.3.2 DE TROGGEN ZIJN HET SLUITSTUK VAN HET MYSTERIE

diepzeetrog en wegduikende oude oceanische korst

rugduwkracht

opwellend en stollend mantelmateriaal vormt nieuwe oceanische korst in de spreidingsrug

Op iDiddit vind je een animatie over de verdwijnende oude oceaanbodem.

subductietrekkracht

Er komt nieuwe korst bij, en omdat de aarde niet uitzet, moet er dus logischerwijze elders aardkorst verdwijnen. Nauwkeurige zwaartekrachtmetingen bewijzen dat er elders ook aardkorst wordt vernietigd. Men kon zwaartekrachtafwijkingen meten tussen de diepzeetroggen en het ernaast liggende continent. Boven de troggen is er een lagere zwaartekracht (= minder massa omdat er hier meer water en minder korst aanwezig is). Vlak daarnaast, onder het continent, is er een hogere zwaartekracht (daar is meer massa vanwege de zwaardere korst en meer korst). Deze bevinding heeft geleid tot het model van wegduikende zware oceanische korst in de diepzeetroggen. Die wegduikende korst gaat door de stijgende druk en temperatuur in de diepte (fig. 4.33) smelten, omdat de temperatuur daar stijgt tot 1280 °C.

continentale korst oceanische korst

vaste mantel asthenosfeer

Fig. 4.33 Vorming van nieuwe, zware oceanische korst vanuit de spreidingsrug. De oude zware oceanische korst verdwijnt door de subductiekracht.

1.3.3 DE ZWAARTEKRACHT ALS MOTOR ACHTER DE BEWEGINGEN

Lange tijd werd gedacht dat convectiestromingen in de asthenosfeer de oorzaak waren van de bewegingen van de aardplaten. Recent onderzoek heeft echter aangetoond dat de asthenosfeer geen bewegingen doorgeeft. De asthenosfeer is vooral een glijlaag die bewegingen van de lithosfeer erboven mogelijk maakt. De zoektocht naar de kracht achter de bewegingen heeft geleid tot de hypothese dat verschillen in dichtheid tussen de soorten korst de oorzaak kunnen zijn.

©VANIN

Het warme materiaal in de buurt van de centrale rift glijdt zijdelings weg, stolt en vormt aan beide zijden van deze slenk een rug. Die beweging duwt de rift steeds opnieuw open, zodat er voortdurend nieuw magma aan het oppervlak komt dat afkoelt en stolt. Die kracht wordt de rugduwkracht (‘ridge push’) genoemd. Zo worden steeds nieuwe evenwijdige spreidingsruggen gevormd, die symmetrisch ten opzichte van de rift liggen. Naarmate we verder van de spreidingsrug weggaan, wordt de oceaankorst ouder, kouder en zwaarder. De oceanische korst is zwaar, want gestold mantelmateriaal heeft een hogere dichtheid dan de continentale korst en de asthenosfeer. Op een bepaald moment is die korst zo zwaar dat ze onder het eigen gewicht in de mantel wegzakt: dat is een slab. Op die plaats ontstaat er een diepte of trog. De kracht van de wegzinkende plaat of slab is de subductietrekkracht (‘slab pull’). Deze kracht trekt de lithosfeerplaten aan de ruggen uit elkaar (fig. 4.33).

De zwaartekracht is dus verantwoordelijk voor de bewegingen van de platen.

2 DE LITHO SFEER BESTAAT UIT PLATEN

2.1 DE PL ATEN ZIJN IN BEWEGING

De lithosfeerplaten en hun randen, verplaatsingsrichting en -snelheid, vulkanisme en aardbevingen

Fig. 4.35 3D-doorsnede door de aarde, vertrekkend in het westen op 30° S en 10° N in het oosten

Zuid-Amerika

continentale korst (SiAl) oceanische korst (SiMa) bovenmantel

sedimenten (SiAl)

continentale korst (SiAl)

oceanische korst of SiMa laag sedimenten op de oceanische korst asthenosfeer

oceanische korst (SiMa)

bovenmantel (SiMa)

asthenosfeer

van de lithosfeer van Zuid-Amerika en de Atlantische Oceaan

©VANIN

De lithosfeer bestaat uit platen die horizontaal bewegen en die continentale en/of oceanische korst dragen. Het zijn dus niet de continenten die bewegen (continentendrift), maar wel de platen waartoe de continenten behoren (platentektoniek). De meeste grote platen bestaan zowel uit oceanische als continentale korst (bv. Euraziatische plaat, Afrikaanse plaat ...). Op het detail van het stukje Zuid-Amerika is dat goed te zien (fig. 4.35 en 4.36). Slechts een paar platen (bv. Pacifische plaat) bestaan enkel uit oceanische korst (fig. 4.34).

2.2 ONT STAAN VAN VERSCHILLENDE LITHOSFEERPLATEN

Aan de ondergrens van de mantel, nabij de buitenkern, waar de temperatuur om en bij de 3 000 °C bedraagt (fig. 4.7 en 4.37), ontstaan stromen heet, opstijgend mantelmateriaal. Die stromen worden mantelpluimen genoemd en wanneer ze dichter bij het aardoppervlak komen, kunnen ze hotspots of gloeipunten veroorzaken.

Op iDiddit vind je een animatie over stromingen in de mantel.

Wanneer het hete, opstijgende mantelmateriaal het aardoppervlak bereikt, is de druk lager en zetten de opstijgende magmabellen uit (fig. 4.39a). Die uitzetting duwt de aardkorst omhoog en veroorzaakt breuken in de harde lithosfeer. Er ontstaat een breuksysteem, vaak met drie takken: drie slenken of riftvalleien die samen een riftster vormen. De Afar-driehoek, die deel uitmaakt van de Oost-Afrikaanse slenk (fig. 4.38) is daarvan een voorbeeld. De takken van verschillende riftvalleien kunnen in verbinding komen met elkaar (fig. 4.38 en 4.39b).

Als de slenk diep genoeg zakt en in verbinding komt met de zee, kan die uitgroeien tot een oceaan. Meestal zullen echter slechts twee takken van de riftvallei een oceaan vormen (fig. 4.39c).

slenk

continentale korst koudere mantel

warme mantel

Wanneer mantelmateriaal opstijgt, vormt het nieuwe oceanische korst en duwt het de stukken lithosfeerplaat uit elkaar. De nieuwe oceanische korst bestaat uit gestold mantelmateriaal: basalt (fig. 4.39c).

3 DE ACCRETIETEKTONIEK VOOR DE CONTINENTEN

©VANIN

De studie van de ouderdom van de bodems van de oceanen bracht de platentektoniek aan het licht. Maar de gesteenten van de continenten zijn veel ouder dan die in de oceanen en hebben dan ook een andere, meer complexe geschiedenis. De kernen van de continenten bestaan uit de oudste gesteenten op aarde, de zogenaamde oude schilden of cratons. De randen van de schilden bestaan uit een collage van puzzelstukken van continentale fragmenten en voormalige vulkanische eilanden. De continentale korst is bros, er breken gemakkelijk stukken af. Ze is ook lichter dan de oceanische korst, waardoor afgebroken stukken kunnen wegdrijven. Deze microcontinenten kunnen door de oceanen zwerven en aanmeren bij een groter continent, het ‘adoptiecontinent’. Doordat die stukken continent van elders afkomstig zijn, noemt men ze ook wel ‘exotic terranes’ Continentale gebergten ontstaan doordat afgeschraapte sedimenten van de oceaanbodem geklemd worden tussen het ‘exotic terrane’ en het continent. In subductiezones duiken deze continentale sedimenten niet mee de diepte in met de zwaardere oceaanbodem omdat ze te licht zijn. Het plooien van deze sedimenten en het omhoogduwen van de gesteenten zorgen voor gebergtevorming. Dat proces noemt men accretietektoniek. De term 'accretie' verwijst naar het samenvoegen van kleine stukken tot een groter geheel.

Op iDiddit vind je een animatie over de accretietektoniek en de vorming van de Himalaya.

4 BEWE GINGEN VAN DE PLATEN EN SOORTEN PLAATRANDEN

4.1 DIVERGERENDE OF OPBOUWENDE PL AATRANDEN

Bij divergerende of opbouwende plaatranden komt er nieuwe aardkorst bij en ontstaat er een jonge, steeds groter wordende oceaan.

Beweging en gebeurtenis Uitzicht Voorbeelden

Een opwellende mantelpluim duwt het continent omhoog. riftvalleien of slenken op de continenten met vulkanisme

Oost-Afrikaanse slenk (met bv. Kilimanjaro)

- zeebodemspreiding: de continenten wijken uit elkaar

- geboorte van een oceaan

- verdere zeebodemspreiding

- groeiende oceaan

- de oceanische rug vertoont dwarsbreuken

De oceaan heeft zijn maximale grootte bereikt. De randen zijn dik, zwaar en koud en zakken dieper in de mantel weg.

breuk vulkaan mantelpluim en gloeipunt

rift of slenk

een smalle, langgerekte zee met aan elkaar passende kusten

oceanische korst continentale helling

oceanen met spreidingsruggen en sedimenten met fossielen van zeeorganismen op de bodem

continentale korst

lithosfeer bovenste vaste mantel

asthenosfeer

Het Arabisch schiereiland beweegt weg van Afrika. De Rode Zee is de jonge oceaan ertussen.

oceanen met spreidingsruggen en dikke pakketten sedimenten aan de randen

Atlantische, Indische en Arctische Oceaan

Atlantische Oceaan in de toekomst en Stille oceaan in vroegere fase

©VANIN

4.2 CONVERGERENDE OF AFBREKENDE PLAATRANDEN

Bij convergerende of afbrekende plaatranden verdwijnt er aardkorst. We onderscheiden verschillende soorten, afhankelijk van de soorten platen die onderling tegen elkaar botsen.

4.2.1 BOTSING VAN EEN CONTINENTALE EN EEN OCEANISCHE PLAAT

Voorbeelden:

- Diepzeetrog aan de westelijke kust van het Amerikaanse

continent: Perutrog, Atacamatrog

- Gebergtes aan de westelijke rand van het Amerikaanse

continent: Andes, Cascadegebergte

De oude, koude rand van de oceanische plaat bestaat uit gestold mantelmateriaal dat een grotere dichtheid heeft dan de asthenosfeer. Daardoor zakt ze weg in de mantel. De plaats waar dat gebeurt, noemen we de subductiezone. De lichte sedimenten, afkomstig van continentaal materiaal, afgezet op de oceaanbodem, kunnen niet mee dalen en worden afgeschraapt en geplooid. Soms worden continentale fragmenten, die van elders komen, toegevoegd aan de rand van het continent. De continentale rand wordt dikker en zoekt een nieuw isostatisch evenwicht. Aan de rand van het continent ontstaat zo een opstijgend plooiingsgebergte. In de wrijvingszone van de wegduikende plaat kunnen er aardbevingen optreden en door de smeltende plaat ontstaan vulkanen. De oceanische korst verdwijnt in de subductiezone, waar een diepzeetrog gevormd wordt.

4.2.2 BOTSING VAN TWEE OCEANISCHE PLATEN

Voorbeelden:

- Marianentrog en eilanden

- Japantrog en eilanden

De oudste en koudste van de twee botsende oceanische platen is zwaarder en gaat dus in subductie onder de andere plaat. Naast de diepzeetrog die daarbij ontstaat, vormt zich door het smelten van de wegduikende plaat een keten van vulkanische eilanden. Bij het smelten van de wegduikende oceanische korst smelten de lichtste mineralen eerst. Die komen aan het aardoppervlak en stollen. Deze lichte korst is nieuw continentaal materiaal.

Op iDiddit vind je een animatie van twee botsende oceanische platen.

4.2.3 BOTSING VAN TWEE (FRAGMENTEN VAN) CONTINENTALE PLATEN

Voorbeelden:

Recent gevormde

bergketens op het

continent:

- Himalaya

- Alpen - Apennijnen

- Pyreneeën

- Atlas - Balkan

Continentale blokken zoals Afrika, India en Eurazië drijven mee op hun tektonische platen en bewegen naar elkaar toe. De contactzone tussen twee continentale platen is ook aardbevingsgevoelig gebied (fig. 4.46a). Als gevolg van die beweging worden de opgestapelde sedimenten van de oceaanbodem, met daarin mariene fossielen, afgeschraapt en samengedrukt. Dat leidt uiteindelijk tot de vorming van een plooiingsgebergte (fig. 4.46b). De ontdekking van fossielen van zeeorganismen, in gesteenten van de Himalaya, (in dit geval ammonieten) bewijst de mariene oorsprong van die gesteenten. Dat betekent dat de gesteenten van de Himalaya ooit deel uitmaakten van de zeebodem.

Op iDiddit vind je een animatie over de vorming van de Himalaya.

4.3 TRANSFORME PL AATRANDEN

centrale riftvallei

Voorbeelden:

- breuken loodrecht op de spreidingsruggen in de Atlantische en Stille Oceaan

transforme breuk

zone met zware aardbevingen

- San Andreasbreuk aan de Westkust van Noord-Amerika

- Haïti

©VANIN

Platen kunnen ook in een zijwaartse beweging langs elkaar schuiven. Dit krijgt de naam transforme beweging. Dat is onder meer het geval bij dwars-breuken langs de spreidingsruggen in oceanen (fig. 4.42). De bolvormige plaat ondergaat trekkrachten die variëren in grootte. Die ongelijke krachten doen de oceanische plaat breken. De wrijving door de verschillende bewegingsrichting en soms ook verschillende bewegingssnelheid veroorzaakt zware aardbevingen.

Op iDiddit vind je een animatie over bewegingen langs transforme plaatranden.

5 BEWE GENDE PLATEN IN KAART GEBRACHT

Op figuur 4.31 zie je de belangrijkste lithosfeerplaten, inclusief hun grenzen en bewegingsrichting en -snelheid. Die bewegingen kunnen tegenwoordig zeer nauwkeurig gemeten worden met behulp van GPS-satellieten.

GEVOLGEN VAN DE PLATENTEKTONIEK

ONDERZOEKSVRAAG

WAT HEBBEN GEBERGTEN, AARDBEVINGEN EN VULKANEN MET PLATENTEKTONIEK TE MAKEN?

1 VORMING VAN PLOOIINGSGEBERGTEN

Wanneer twee platen botsen, worden de tussenliggende sedimenten geplooid. Door de hoge druk en temperatuur worden de sedimenten vervormbaar en plastisch. De oorspronkelijk (bijna) horizontale lagen worden sterk vervormd en er ontstaan plooibundels met synclines (plooidalen) en anticlines (plooiruggen). Soms is de druk zo hoog dat de lagen over elkaar heen schuiven. Die kunnen vervolgens doorbreken en doorschuiven over de andere gesteenten, waardoor de plooien evolueren tot dekbladen. In de Alpen zijn dit soort dekbladen bestudeerd en gekend (fig. 4.49).

geplooide gesteenten met anticline en syncline overhellende plooidekblad

Breccie-dekbladNiessen-dekblad

©VANIN

Dekbladstructuur van de Alpen, ontstaan door de botsing van de laars van Italië (Adriatische plaat) met de Euraziatische plaat; doorsnede van West-Zwitserland (NNW-SSE)

Gebergten ontstaan op botsende, afbrekende plaatranden. Wanneer een continentale plaat botst met een oceanische plaat, ontstaat een kustgebergte. Wanneer twee continentale platen botsen, wordt een continentaal gebergte gevormd. Je maakte hier in het vorige hoofdstuk al kennis mee (fig. 4.44 en 4.46).

2 AARDBEVINGEN

2.1 WAT IS EEN AARDBEVING?

Een aardbeving is een trilling die optreedt wanneer gesteentemassa's breken of verschuiven onder de uitgeoefende druk. De verschuivingen tussen de platen verlopen niet continu; ze treden op wanneer de opgestapelde spanning te groot is. Die spanning kan zich gedurende vele jaren opstapelen en dan plots tot ontlading komen. Je kunt het vergelijken met de spanning die zich opbouwt wanneer je een lat buigt. De lat buigt eerst, maar zal dan plotseling breken of terugveren.

De diepte van de aardbevingshaard –het hypocentrum – is afhankelijk van hoe en waar de platen ten opzichte van elkaar verschuiven. De aardbeving begint in het hypocentrum en wordt het eerst en sterkst gevoeld in het epicentrum: dat is de plaats aan het aardoppervlak loodrecht boven het hypocentrum. De diepte van de hypocentra leert ons veel over de diepte van de plaatgrenzen.

2.2 RE GISTRATIE VAN AARDBEVINGEN

Aardbevingen worden geregistreerd met een seismograaf (fig. 4.2). Dat instrument bestaat uit een zware massa die aan een veer hangt en door zijn traagheid niet meebeweegt met de trillende aarde. Het registratietoestel beweegt wel mee. Het verschil tussen de bewegingen van deze twee objecten wordt opgetekend in het seismogram (fig. 4.3). Je leerde eerder al hoe we het inwendige van de aarde kunnen verkennen door middel van seismische golven. Aardbevingsgolven zijn ook voorbeelden van seismische golven.

Op iDiddit vind je een animatie over een seismograaf en seismogram.

2.3 DE STERKTE VAN EEN AARDBEVING OF DE MAGNITUDE

Charles Richter, een seismoloog uit de Verenigde Staten, heeft een schaal ontwikkeld om de kracht van aardbevingen uit te drukken. De eenheid waarmee de kracht wordt aangegeven is de 'magnitude'. De schaal is logaritmisch, wat betekent dat een toename van 1 magnitude-eenheid overeenkomt met een beving die tien keer zo sterk is. Voor aardbevingen boven magnitude 7 blijkt de schaal van Richter niet meer correct.

De schaal die nu gebruikt wordt, is de seismische momentmagnitudeschaal (Mw) en drukt de vrijgekomen energie uit. Bij gemiddelde aardbevingen geeft de schaal dezelfde waarden aan als de schaal van Richter. Richter wordt niet meer gebruikt (tenzij foutief in de media).

De seismische momentmagnitudeschaal

1 zeer lichte aardbeving: geen schade

2 zeer lichte aardbeving: trillingen voelbaar, geen schade

3 lichte aardbeving: ramen en deuren rammelen, losstaande voorwerpen vallen om

4 lichte aardbeving: schrikreacties, veel voorwerpen vallen om, scheuren in minder sterke huizen

5 lichte aardbeving: schoorstenen breken, leidingen lekken

6 zware aardbeving: paniek bij mens en dier, spoorrails buigen, minder sterke huizen storten in

7 zware aardbeving: zware schade aan veel gebouwen en vernieling van ondergrondse leidingen

8 zeer zware aardbeving: algemene verwoesting van gebouwen

9 zeer zware aardbeving: niets blijft overeind, rotsen breken in stukken, veel aardverschuivingen

Op iDiddit vind je een animatie over recente aardbevingen.

2.4 SPREIDING VAN AARDBEVINGEN OVER DE WERELD

Er is een duidelijke relatie tussen de spreiding van de aardbevingen en de grenzen van de tektonische platen (fig. 4.56). Convergerende platen veroorzaken zwaardere aardbevingen dan divergerende platen. Dwarsbreuken veroorzaken vaak ook zware aardbevingen, aangezien de platen daar in tegengestelde richting of met een verschillende snelheid naast elkaar schuiven (zie kaart platentektoniek in je atlas).

Op iDiddit vind je animaties over de aardbevingen in de Andes en Himalaya.

2.5 A ARDBEVINGEN EN TSUNAMI’S

Bij een sterke aardbeving onder water (een zogenaamde 'zeebeving') wordt er plotseling een grote hoeveelheid water verplaatst. Dat kan leiden tot het ontstaan van reusachtige golven die zich met hoge snelheden voortbewegen door de zee. Wanneer die golven de ondiepe zones voor de kust bereiken, worden ze afgeremd en verkort hun golflengte, waardoor hun hoogte toeneemt. Bij de kust, waar zich de meest ondiepe zones bevinden, slaan deze golven over en vormen ze een steile, hoge watermuur. Zo’n vloedgolf of tsunami overspoelt het land en sleurt met zijn vernietigende kracht alles met zich mee.

Op iDiddit vind je een animatie over het ontstaan en het effect van een tsunami.

In maart 2011 veroorzaakte de tsunami bij Fukushima in Japan enorme verwoestingen en kostte ze vele mensenlevens. Naast de materiële schade die de tsunami aanrichtte, leidde het ook tot een nucleaire ramp doordat de kerncentrale beschadigd raakte. Om het aantal slachtoffers bij tsunami's zoveel mogelijk te beperken, werd er na de grote en catastrofale aardbeving in Indonesië en Thailand van 2004, een tsunami-detectiesysteem en een waarschuwingssysteem ontwikkeld, met onder andere borden die de vluchtroutes aangeven (fig. 4.53).

2.6 S CHADE DOOR AARDBEVINGEN

Aardbevingen en tsunami's kunnen enorm veel materiële schade en menselijk leed veroorzaken. Megasteden zoals San Francisco, Teheran, Istanbul, Tokyo, Mexico City, Karachi en andere steden die zich in aardbevingsgevoelige gebieden bevinden, zijn extra vatbaar voor grote schade.

Daarom is het belangrijk om bij het bouwen van woningen en gebouwen in die gebieden voldoende aandacht te besteden aan aardbevingsbestendige bouwtechnieken (fig. 4.54 en 4.55). Aardbevingsbestendige bouwtechnieken zijn echter vaak duur en in kwetsbare delen van de wereld, zoals Haïti, Turkije of Syrië, beschikt men over onvoldoende middelen om ze toe te passen. In Turkije, Syrië en Marokko zijn er in 2023 duizenden slachtoffers gevallen doordat de betonconstructies vaak veel minder goed zijn uitgevoerd dan was voorgeschreven.

©VANIN

Op iDiddit vind je een animatie over de aardbevingen in Turkije.

3 VULKANEN

3.1 DE REL ATIE TUSSEN DE PLATENTEKTONIEK EN VULKANEN

Net als bij aardbevingen, hangt de spreiding van de vulkanen ook samen met de ligging van de plaatranden. Op de plek waar de onderduikende plaat smelt, ontstaan vulkanen. Er zijn ook vulkanen boven hotspots.

3.2 DE OPBOUW VAN EEN VULKAAN

Vloeibaar gesteente krijgt de naam magma wanneer het zich onder het aardoppervlak bevindt. Zodra het de oppervlakte bereikt, noemen we het lava. De samenstelling van de lava en de manier waarop een vulkaan uitbarst, zijn afhankelijk van de oorsprong van het magma. Vaste brokstukken die bij een vulkaanuitbarsting vrijkomen, variëren in grootte. Kleine brokstukken ter grootte van een erwt worden lapilli genoemd, terwijl de grootste brokstukken vulkanische bommen genoemd worden. Die kunnen meerdere kubieke meters groot zijn. De fijnste vaste materie die vrijkomt, is vulkanische as

Op iDiddit vind je een animatie over de opbouw van een vulkaan.

3.3 VULKAANTYPES

3.3.1 S CHILDVULKANEN

Schildvulkanen zijn vulkanen die zich boven hotspots, of boven oceanische spreidingsruggen bevinden. Deze vulkanen staan bekend om hun rustige karakter. Het magma dat uit de asthenosfeer wordt aangevoerd, is dunvloeibaar en basaltisch van samenstelling. De lava die hiervan afkomstig is, stroomt gemakkelijk en vrij snel en vormt schildvulkanen met vulkaankegels die een kleine helling hebben. Doordat gassen gemakkelijk uit de lava kunnen ontsnappen, zijn de erupties van schildvulkanen niet explosief.

©VANIN

Op iDiddit vind je een animatie over de opbouw van een schildvulkaan.

Een mantelpluim is een kolom heet mantelmateriaal die opstijgt vanaf de grens tussen de kern en de mantel van de aarde. Waar dat mantelmateriaal aan het aardopppervlak komt, spreken we van een hotspot of gloeipunt. Op die plek ontstaan er schildvulkanen. Op de kaart (fig. 4.60 en in je atlas) zie je meerdere vulkanen die gelinkt zijn aan hotspots. De Canarische eilanden en de eilandengroep waar Hawaï deel van uitmaakt, zijn daarvan een voorbeeld.

Wanneer een lithosfeerplaat zich boven een hotspot beweegt, laat die hotspot een litteken achter op de verschuivende plaat in de vorm van een rij vulkanen. De Mauna Loa op Hawaï is de meest actieve vulkaan ter wereld. De oudere, uitgedoofde vulkanen van deze archipel liggen verder naar het noordwesten op een lijn. Dit lijnvormige litteken geeft de beweging van de verschuivende lithosfeerplaat boven de hotspot aan. Loihi, de nieuwst gevormde vulkaan, bevindt zich momenteel nog onder water ten zuiden van Hawaï.

Op iDiddit vind je animaties over een bewegende plaat boven een hotspot.

3.3.2 STRATOVULKANEN

Stratovulkanen zijn explosieve vulkanen die zich boven subductiezones bevinden. Wanneer een oceanische plaat onder een andere plaat schuift (subductie), smelten eerst de kwartshoudende mineralen. Dat resulteert in magma dat omgezet wordt in taaivloeibare of viskeuze lava. Doordat stoom en gassen moeilijk kunnen ontsnappen, zijn de uitbarstingen van deze vulkanen onregelmatig en krachtig. Elke nieuwe uitbarsting voegt een nieuwe laag van lava of as toe aan de steile kegel. Dit type vulkaan komt onder andere voor in het kustgebied van de Stille Oceaan, de 'Ring of Fire', en boven hotspots onder de continenten.

©VANIN

Op iDiddit vind je een animatie over de opbouw van een stratovulkaan.

Een caldera is een restant van een ontplofte vulkaankegel. De hoge gasdruk blaast een deel van de kegel weg. Daarbij wordt een vernietigende wolk van gloeiende as en gassen over de omgeving uitgestort, zoals bijvoorbeeld bij de uitbarsting van de Mount Saint Helens in 1980 of van de Vesuvius in 79 na Christus, waarbij Pompeï werd verwoest. Een caldera kan vele kilometers breed zijn. Als de druk onder de vulkaankegel na de uitbarsting sterk vermindert, kan een deel van de vulkaankegel instorten. Die instorting doet ook een caldera ontstaan.

3.4 ‘RING OF FIRE’

De Grote of Stille Oceaan wordt omzoomd door een 40 000 kilometer lange gordel van vulkanen, troggen en aardbevingsgevoelige zones. Dit hoefijzervormige gebied is goed voor negentig procent van alle geologische activiteit op aarde.

©VANIN

4 GESTEENTEN

ONDERZOEKSVRAGEN

HOE STAAN DE VERSCHILLENDE SOORTEN GESTEENTEN MET ELKAAR IN VERBAND?

HOE ZIJN ZE GEVORMD?

HOE PAST DE GESTEENTECYCLUS IN DE INTERACTIE TUSSEN DE VIER SFEREN?

1 GESTEENTEN ZIJN WAARDEVOLLE GRONDSTOFFEN

1.1 ERTSEN EN ENERGIE ALS BASIS VOOR ECONOMIE

Een erts is een gesteente dat een economisch waardevolle delfstof bevat, meestal een metaal dat in een bepaalde verbinding in het moedergesteente aanwezig is. Sinds de oudheid hebben mensen uit gesteenten metalen zoals ijzer, koper, goud, lood, tin en zink gewonnen. Eerder (steentijd) werd vuursteen of silex gebruikt om werktuigen te vervaardigen. Vanaf de Industriële Revolutie wordt steenkool gebruikt als energiebron om stoomkracht te ontwikkelen en machines aan te drijven. Na de Tweede Wereldoorlog hebben fossiele brandstoffen, zoals aardolie en aardgas, grootschalige energieproductie en massatransport mogelijk gemaakt, terwijl uranium wordt gebruikt voor de productie van kernenergie. De ontginning van ertsen en energiebronnen gebeurt in mijnen. Omwille van de klimaatproblematiek probeert men nu de vraag naar fossiele brandstoffen te verminderen en ze te vervangen door hernieuwbare energiebronnen. We zijn nu koortsachtig op zoek naar zeldzame aardmetalen die nodig zijn voor de energietransitie.

1.2 GESTEENTEN VOOR BOUWWERKEN EN KUNST

Gesteenten zijn aanwezig in bouwmaterialen: grind en zand zijn de basisstoffen voor beton, zand is de grondstof voor glas, baksteen en dakpannen worden gebakken uit klei en cement wordt uit krijt en kalksteen gemaakt. Harde kalksteen (arduin) en marmer dienen als sier- en bouwstenen. Daken van historische gebouwen zijn bedekt met natuurleien. Op oude landwegen liggen ‘kinderkopjes’ of kasseien, die ontgonnen werden in groeven in Quenast of Lessines. Oude en nieuwe grafstenen zijn gemaakt uit een variatie aan gesteenten. Beeldhouwwerken voor de eeuwigheid zoals de Egyptische obelisken, werden gemaakt uit moeilijk verweerbaar graniet Michelangelo beeldhouwde met wit carraramarmer, dat nog steeds ontgonnen wordt in het Italiaanse Carrara.

©VANIN

2 GESTEENTEN BESTAAN UIT MINERALEN

2.1 MINERALEN ZIJN CHE MISCHE VERBINDINGEN

Een mineraal is een natuurlijke vaste stof met een specifieke chemische samenstelling en een geordend atoomrooster. Twee mineralen kunnen dezelfde chemische formule hebben maar toch verschillend zijn, zoals grafiet (potloodpunt) en diamant. Die mineralen zijn allebei opgebouwd uit koolstofatomen, maar die zijn op een andere manier gerangschikt. Het gevolg daarvan is dat diamant het hardste mineraal is en grafiet juist één van de zachtste.

2.2 KENMERKEN EN EIGENS CHAPPEN VAN MINERALEN

Elk mineraal heeft eigen kenmerken, waaronder kristalvorm, dichtheid, hardheid, splijting, breukvlak, glans, kleur, streepkleur, doorzichtigheid en brekingsindex. Sommige mineralen kunnen worden geïdentificeerd door speciale eigenschappen zoals fluorescentie, fosforescentie en magnetisme. Mineralen vormen de kleinste homogene delen van een gesteente.

2.3 GESTEENTEN: EEN MENGSEL VAN MINERALEN

Graniet is het meest voorkomende gesteente in de continentale korst. Het is samengesteld uit drie mineralen: kwarts, biotiet en veldspaat. Gneis is opgebouwd uit dezelfde drie mineralen, maar ziet er anders uit doordat het op een andere manier gevormd is (zie 3.3.3).

©VANIN

3 DE GESTEENTECYCLUS: EEN EEUWIGDURENDE KRINGLOOP

3.1 DE GESTEENTECYCLUS EN GESTEENTEVORMENDE PROCESSEN

De gesteentecyclus toont de samenhang tussen de verschillende soorten gesteenten en de gesteentevormende processen.

afbraakgesteenten (fijne korrels) afbraakgesteenten (dikke korrels)

stollingsgesteenten

uitvloeiingsgesteenten

dieptegesteenten

chemische gesteenten

organogene gesteenten

smelten stollen

verwering - erosie - afzetting

3.3 S OORTEN GESTEENTEN EN DE ONTSTAANSPROCESSEN

Lithologie is de wetenschap die zich bezighoudt met het bestuderen van verschillende soorten gesteenten.

Figuren 4.70 en 4.71 laten zien hoe de soorten gesteenten samenhangen en welke geologische en geomorfologische processen verantwoordelijk zijn voor hun ontstaan. Uit deze figuren kun je afleiden hoe de gesteenten zich tot elkaar verhouden en hoe ze gevormd zijn.

3.3.1 M AGMATISCHE GESTEENTEN OF STOLLINGSGESTEENTEN

Wanneer heet, gesmolten gesteente of magma afkoelt, worden mineralen en gesteenten gevormd: dat zijn magmatische gesteenten of stollingsgesteenten

De snelheid waarmee het magma afkoelt, is afhankelijk van de plaats waar het stolt:

- Dieptegesteenten stollen diep in de aardkorst. Ze stollen langzaam, waardoor de verschillende mineralen die op verschillende temperaturen stollen, zich ontwikkelen tot mooi gevormde en herkenbare afzonderlijke kristallen, zoals in graniet (fig. 4.71, situatie H).

- Uitvloeiingsgesteenten stollen aan het oppervlak, bijvoorbeeld tijdens een vulkaanuitbarsting, en koelen zeer snel af. In die gesteenten kunnen kristallen zich moeilijk vormen, waardoor ze een glasachtige of cellulaire structuur hebben (fig. 4.71, situaties A, C, E, F en G). Voorbeelden van uitvloeiingsgesteenten zijn basalt, obsidiaan en puimsteen

Op iDiddit vind je een animatie over het ontstaan van stollingsgesteenten.

3.3.2 SEDIMENTAIRE GESTEENTEN OF AFZETTINGSGESTEENTEN

Sedimentaire gesteenten, ook wel afzettingsgesteenten genoemd, ontstaan door verwering en afzetting. Wanneer gesteenten worden blootgesteld aan de atmosfeer en/of de kracht van stromend water of wind en ijs, ondergaan ze drastische veranderingen als gevolg van verwering en erosie. Fysische verwering breekt de gesteenten af tot kleinere fragmenten, zoals zandkorrels. Chemische verwering zorgt ervoor dat stoffen zoals kalk en ijzer oplossen in water. Uit het oorspronkelijk gesteente vormen zich dan nieuwe mineralen, zoals kleimineralen. De verweerde gesteentefragmenten worden vervolgens weggevoerd (getransporteerd) en elders weer afgezet door wind, water of ijs. Die afzettingen zijn vaak gelaagd.

©VANIN

Afbraak- of gruisgesteenten zijn gesteenten die gevormd zijn uit de afbraak van bestaande gesteenten. Je kunt deze losse afzettingsgesteenten met eenvoudige technieken van elkaar onderscheiden. Zo hebben grind, zand, silt (of leem) en klei een verschillende korrelgrootte. Ze worden vaak afgezet op de zeebodem of op het land langs rivierbeddingen, in meren en woestijnen (fig. 4.71, situatie L: afzettingen op de zeebodem en op het land, situaties I, J en K). Dat proces gebeurt selectief: de zwaarste korrels (grind) worden eerst afgezet op plaatsen waar de stroomsnelheid het grootst is, terwijl fijnere sedimenten verder in zee terechtkomen bij lagere stroomsnelheden. Alleen in afzettingsgesteenten kunnen fossielen (resten of sporen van levende wezens) gevonden worden tussen de gesteenten. Die fossielen bieden veel informatie over de omstandigheden van de afzetting en soms ook over de periode waarin ze gevormd werden.

Op iDiddit vind je een animatie over transport van sedimenten en selectieve afzetting.

Losse afzettingsgesteenten worden na een tijd vaste afzettingsgesteenten. Het gewicht van de bovenliggende pakketten drukt de lagen dieper in de aardkorst en de korrels kleven steviger aan elkaar; door insijpelende chemische stoffen, zoals opgelost ijzer of kalk, kitten of cementeren de korrels aan elkaar. Het proces van vast worden heet diagenese. Zo ontstaat uit grind conglomeraat, uit zand zandsteen en uit klei zachte kleisteen en harde schalie.

Opgeloste stoffen worden opnieuw afgezet als de oplosbaarheid wordt overschreden. Dat resulteert in de vorming van chemische gesteenten, zoals zout, de kalkhoudende travertijn en druipsteen. Organogene gesteenten zijn afzettingen van resten van organismen, zowel planten als dieren. Kalksteen en krijt bestaan bijvoorbeeld uit kalkskeletjes van organismen. Turf (veen), bruinkool en steenkool zijn gevormd uit plantenresten: planten nemen bij fotosynthese CO2 op uit de lucht en bouwen er hun koolstofweefsel mee op (fig. 4.77). Aardolie is ontstaan uit resten van microscopisch kleine organismen. Bij verbranding van die fossiele brandstoffen komen de opgenomen energie en CO2 weer vrij.

Schaliegesteenten kunnen ook aanzienlijke hoeveelheden olie en gas bevatten: schaliegas en schalieolie Ontginning van deze energiebronnen heeft een zeer schadelijke impact op het milieu.

©VANIN

Naast oude steenkoolmijnen liggen vaak hoge terrils. Dat zijn heuvels van gesteenten die samen met de steenkool ontgonnen zijn, maar niet brandbaar zijn. Vaak is het schalie dat tussen de steenkoollagen voorkomt. Die terrils markeren de ligging van de oude steenkoolmijnen. Op figuur 4.78 zie je in de buurt van Genk de terrils uitsteken. Ze zijn ook te vinden in de omgeving van Luik, Charleroi en Mons.

Steenkoollagen zijn brandbaar omdat ze ontstaan uit samengeperste plantenresten die in tropische moerassen groeiden en waarin sedimenten, zoals klei, bezonken. Tijdens hun groei legden de planten via fotosynthese CO₂ vast in hun weefsel. Door het proces van diagenese werden de plantenresten vast en bij nog sterkere samendrukking blijft er vooral koolstof over in de vorm van steenkool. Wanneer steenkool verbrand wordt, bindt koolstof zich met zuurstof en wordt de energie die de planten tijdens de fotosynthese opnamen weer afgegeven. De schalie die tussen de steenkoollagen zit, is niet brandbaar.

3.3.3 METAMORFE GESTEENTEN

Onder invloed van een sterk verhoogde druk en/of temperatuur kunnen gesteenten onomkeerbaar veranderen. Dat gebeurt bijvoorbeeld bij een botsing van tektonische platen.

Afhankelijk van de zone (de diepte bijvoorbeeld) waarin de gesteenten bij de metamorfose terechtkomen, zullen de druk en de temperatuur meer of minder hoog zijn. Lagere temperatuur en druk zorgen voor een lichte metamorfose. Hoe hoger de druk en temperatuur, hoe hoger de graad van metamorfose. Metamorfe gesteenten bevatten geen fossielen meer. Er verschijnen soms wel zichtbare mineralen. Door metamorfose worden de gesteenten onomkeerbaar veranderd: kalksteen wordt marmer, zandsteen wordt kwartsiet, schalie (kleisteen) wordt leisteen en schist, graniet wordt gneis (fig. 4.71 B en D).

Druk en temperatuur kunnen zo hoog worden dat het gesteente volledig smelt en magma wordt. Daaruit ontstaan bij afkoeling weer stollingsgesteenten. Zo is de gesteentecyclus rond.

3.4 IS OSTASIE LAAT GESTEENTEN DAGZOMEN

Gesteenten van diep onder het aardoppervlak kunnen door opheffing en erosie aan de oppervlakte komen. Dat kan gebeuren doordat de aardkorst verticaal beweegt, waarbij materiaal door erosie verdwijnt en de aardkorst het evenwicht herstelt door op te stijgen via isostatische aanpassingen (4.79a). Zo kan nieuw gesteente aan de oppervlakte komen, dat vervolgens gevoeliger is voor erosie. Met de afgezette pakketten in de zee gebeurt juist het tegenovergestelde: ze zakken dieper weg door het gewicht van de bovenliggende lagen (fig. 4.79b). De Alpen en de Golf van Venetië zijn hiervan een voorbeeld.

opheffing

afzettingsgesteenten dikker worden, komen de oorspronkelijke lagen steeds dieper te liggen en verharden (b).

©VANIN

3.5 GESTEENTEN EN BODEMS: BELANG VOOR DE LANDBOUW

Planten, inclusief landbouwgewassen, halen voedingsstoffen uit de bodem. De kwaliteit van de bodem wordt grotendeels bepaald door de aard van het gesteente waarin de bodem is gevormd. De aanwezigheid van lucht, water, organische stoffen en mineralen bepalen de vruchtbaarheid van de bodem, en dus of die geschikt is als landbouwgrond. Sommige gesteenten zijn van nature rijk aan voedingsstoffen, zoals vulkanische as.

Fijne as levert extra voedingsstoffen aan de bodem. Vaste, gestolde lava kan eeuwen nodig hebben om te verweren tot los materiaal. In eerste instantie groeien er alleen pioniersplanten op met een klein wortelgestel, zoals vetplanten of cactussen, die aan een beetje los materiaal genoeg hebben.

De eerste planten, geholpen door water, zonlicht en vorst, zetten een biochemische cyclus in gang waarbij organisch materiaal wordt gevormd en voedingsstoffen vrijkomen uit het harde gesteente. Dat proces leidt tot de geleidelijke vorming van een vruchtbare, voedingsrijke bodem die geschikt is voor de groei van andere planten. Het kan tientallen tot honderden jaren duren voordat dit proces is voltooid.

De samenstelling van vulkanisch materiaal varieert echter van plaats tot plaats, waardoor de vruchtbaarheid van de bodem niet overal gelijk is. Vulkanen op locaties zoals de Canarische Eilanden (fig. 4.33) en Hawaï hebben basaltische lava, wat zorgt voor een vruchtbare bodem. Ondanks het gevaar dat vulkanen met zich meebrengen, willen mensen toch vaak in de buurt van vulkanen wonen vanwege de vruchtbare grond die daar te vinden is.

3.6 GESTEENTEN ALS RESULTAAT VAN DE INTERACTIE TUSSEN SFEREN

3.6.1 GE OSFEER

Stollingsgesteenten ontstaan door afkoeling in de geosfeer (dieptegesteenten) of in de atmosfeer (uitvloeiingsgesteenten). Zowel dieptegesteenten als uitvloeiingsgesteenten vinden hun oorsprong in de diepere lagen van de lithosfeer en soms ook in de mantel. Metamorfe gesteenten ontstaan door verhoogde druk en temperatuur in de geosfeer.

3.6.2 HYDROSFEER

Afzettingsgesteenten ontstaan onder invloed van de hydrosfeer. Zeewater, rivieren, neerslag en ook ijs veroorzaken erosie van gesteenten, waarna deze gesteenten worden getransporteerd en afgezet.

©VANIN

3.6.3 BIOSFEER

In de biosfeer ontstaan de organogene of biogene gesteenten. Resten van planten en dieren, die leefden in de zee (hydrosfeer) of op het land (geosfeer) kunnen bewaard blijven en opgenomen worden in de geosfeer.

Energiehoudende afzettingen zoals steenkool, aardolie, aardgas en ook niet-brandbare gesteenten zoals kalksteen, vinden hun oorsprong in de biosfeer. Organismen kunnen de gesteenten niet alleen opbouwen, ze kunnen ze ook helpen afbreken. Fossielen komen enkel voor in sedimentgesteenten en zijn een hulpmiddel om ze te dateren. Zand en leem (löss) kunnen ook via de lucht (atmosfeer) getransporteerd en afgezet worden.

3.6.4 ATMOSFEER

Wind, temperatuur en neerslag (atmosfeer en hydrosfeer) leveren een belangrijke bijdrage aan verwering en erosie van gesteenten. Door verwerings- en erosieprocessen ontstaan nieuwe gesteenten. Eerst worden ze afgezet als losse sedimenten. Door verhoogde druk in de lagen van de geosfeer veranderen de losse gesteenten in vaste sedimenten.

3.7 GESTEENTEN HERKENNEN EN BENOEMEN OP BASIS VAN HUN UITZICHT

Is het gesteente gemakkelijk vervormbaar?

Bruist het gesteente na bevochtiging met een zuur?

Zijn er duidelijke keien of brokstukken aanwezig?

Voelt het gesteente ruw aan als schuurpapier?

Zijn de korrels met het blote oog zichtbaar?

Zijn de korrels groter dan 2 mm?

Zijn de korrels afzonderlijk voelbaar?

Breekt het gesteente in effen evenwijdige plaatjes?

Is het geelwit en zacht, krasbaar met een vingernagel?

Zijn de brokstukken afgerond?

zandsteen

NEE NEE JA JA JA JA Lijnvormige structuren? Kristallijne structuur? los gesteente vast gesteente grind zand klei silt START

NEE JA JA JA krijt kalksteen marmer

conglomeraat

Roestbruine kleur?

Krasbaar met een muntstuk en klinkt dof bij een hamerslag?

glimmerzandsteen of psammiet

kleisteen of schalie

Mineralen kwarts, mica en biotiet goed gevormd en duidelijk herkenbaar?

Grijswit, zeer lage dichtheid, luchtbellen?

NEE NEE NEE NEE NEE NEE NEE NEE NEE NEE NEE NEE JA JA JA JA JA

NEE NEE JA JA JA gneis graniet (kwarts)dioriet

basalt Zeer donker gesteente met zeer hoge dichtheid JA

Glasachtig, blinkend, schelpvormige breuk? JA

Vraag uitleg aan de leraar!

131 GESTEENTEN

DE GEOLOGISCHE TIJDSCHAAL

1 EEN ‘ GEODETECTIVE’ OP ZOEK NAAR

De geschiedenis van de aarde begint bij haar ontstaan, zo’n 4,6 miljard jaar geleden. Om deze lange geschiedenis te kunnen reconstrueren, maken geowetenschappers gebruik van gesteenten als bron van informatie. Door onderzoek van gesteenten en lagen kunnen zij bijvoorbeeld bepalen wanneer gebergten zijn gevormd, hoe oud gesteenten zijn en wat fossielen ons vertellen over de omstandigheden tijdens hun leven. Als geodetectives gaan zij op zoek naar wetenschappelijke bewijzen om een vollediger beeld te krijgen van de geschiedenis van onze aarde. De opeenvolgende periodes van deze geschiedenis zijn weergegeven op de geologische tijdschaal

1.1 DE GE OLOGISCHE TIJDSCHAAL: 4,6 MILJARD JAAR GESCHIEDENIS

1.1.1 DE JONGE A ARDE: VAN GASSCHIJF NAAR VLOEIBARE MASSA

In de gasschijf die rond de zon draaide, vormden zich bij afkoeling vaste deeltjes. Die gingen steeds meer samenklitten tot grote brokstukken die bestonden uit steen en ijs. Stilaan groeiden die brokstukken uit tot planetesimalen. De planetoïdengordel zijn dergelijke planetesimalen. In de eerste honderd miljoen jaar botsten die planetesimalen met elkaar en versmolten ze tot protoplaneten. De dwergplaneet Ceres is een protoplaneet. De druk en temperatuur verhoogden daardoor zo sterk dat de samengeklonterde massa volledig vloeibaar werd.

1.1.2 DE GE OSFEER WORDT GEVORMD

Het aardoppervlak koelde stilaan af doordat er nog weinig inslagen waren. 500 miljoen jaar na haar ontstaan, kreeg de aarde stilaan haar huidige structuur van kern, mantel en korst. De zwaarste elementen, nikkel en ijzer, concentreerden zich in de kern. Tussen kern en korst ligt de mantel, met silicium en magnesium als belangrijkste elementen. De lichtste elementen, waaronder silicium en aluminium stegen naar het oppervlak. Bij afkoeling stolde dat materiaal en zo werd de korst gevormd.

1.1.3 DE HYDROSFEER TEKENT DE ‘BLAUWE PLANEET’

Al heel vroeg in het bestaan van de aarde was er water aanwezig. Volgens sommige wetenschappers is het water afkomstig van de inslag van tienduizenden kometen (‘vuile sneeuwballen’), al zeggen andere wetenschappers dat het de inslaande planetoïden waren die het water op aarde brachten. Waterdamp ontsnapte uit het vloeibare magma. Bij afkoeling vormde zich het water dat de eerste oceanen vulde. 4 miljard jaar geleden waren de eerste oceanen al grotendeels gevormd.

1.1.4 DE ATMOSFEER: VAN GIFTIG NAAR LEEFBAAR

De ontsnappende gassen uit de afkoelende massa vormden de eerste atmosfeer. Ze waren licht en werden vastgehouden door de zwaartekracht. 300 miljoen jaar na de vorming van de aarde was de atmosfeer al gevormd. Maar die was giftig en onleefbaar, want ze bestond uit stikstofgas en methaan. Ze was vergelijkbaar met de huidige atmosfeer van Mars en Venus. Pas toen er 3,5 miljard jaar geleden zuurstofgas werd gevormd, veranderde alles en ontstond het eerste leven. Microscopische zeeorganismen konden door middel van fotosynthese CO2 omzetten in zuurstofgas. Die zuurstof bond zich met het opgeloste ijzer in de oceanen, en vormde fijngelaagde, sterk ijzerhoudende sedimenten die vooral aanwezig zijn in de oude schilden of cratons. Pas 2,2 miljard jaar geleden kwam de zuurstof terecht in de atmosfeer. Toen die concentratie voldoende hoog was, konden aerobe organismen ontstaan en evolueren.

1.1.5 DE BIOSFEER LEVERT STOF OM DE GEOLOGISCHE GESCHIEDENIS TE SCHRIJVEN

©VANIN

De grote indeling van de geschiedenis van de aarde is gebaseerd op de evolutie van het leven. Hoewel het eerste leven al zo’n 3,5 miljard jaar geleden ontstond, zijn er nauwelijks sporen van terug te vinden in gesteenten. Pas toen organismen harde delen ontwikkelden, zoals een pantser, schelp of skelet, konden resten of sporen van levende wezens bewaard blijven als fossielen. Met behulp van die fossielen kunnen we vrij gedetailleerd de geschiedenis van de aarde beschrijven. Duidelijke fossielen zijn pas te vinden vanaf ongeveer 541 miljoen jaar geleden, wat het begin markeert van het phanerozoïcum, de periode van het zichtbare leven. De periode daarvoor is het precambrium

Het feit dat we voor de gedetailleerde geologische geschiedenis afhankelijk zijn van duidelijk zichtbare fossielen, betekent ook dat we over een grote periode van het bestaan van de aarde weinig details kennen. Als we de geschiedenis van de aarde vergelijken met een etmaal van 24 uur, begint het phanerozoïcum om 21u en verschijnt de mens pas enkele seconden voor middernacht. Die vergelijking maakt duidelijk hoe kort deze periode is in vergelijking met de gehele geschiedenis van onze planeet.

Het phanerozoïcum is opgedeeld op basis van de evolutie van het leven op aarde. Wanneer er plots grote veranderingen optreden in het aantal soorten, zoals bij massale sterfte of de verschijning van nieuwe soorten, breekt een nieuw tijdperk aan:

- Tijdens het paleozoïcum (oude levensvormen) ontwikkelde het leven zich buiten het water en nam het aantal soorten sterk toe: we noemen dit de 'cambrische explosie'. De amfibieën waren de meest geëvolueerde wezens aan het einde van deze periode.

- Het mesozoïcum (middelste levensvormen) werd gedomineerd door reptielen, waarvan de dinosauriërs het bekendst zijn. Het uitsterven van de dinosauriërs markeerde het einde van deze periode.

Het cenozoïcum (nieuwe levensvormen) is de tijd van de zoogdieren en vogels. Het quartair is het laatste tijdvak van het cenozoïcum: tijdens deze periode verscheen de mens op het toneel.

1.2 L ABO-ONDERZOEK EN TERREINONDERZOEK

Laboratoriumtechnieken, zoals radioactief verval van elementen, kunnen helpen om de precieze ouderdom van gesteenten te bepalen. In sommige gesteenten zijn instabiele radioactieve elementen (isotopen) aanwezig, die na verloop van tijd aan een constante snelheid vervallen tot een stabiel dochterelement. Door de verhouding tussen het radioactieve moederelement en het stabiele dochterelement te meten, kan de absolute ouderdom van het gesteente bepaald worden.

1.2.1 ABS OLUTE DATERING: HOE OUD?

Het is moeilijk om precieze jaartallen te bepalen voor de vorming van gesteenten of bepaalde gebeurtenissen. Gelukkig bestaan er laboratoriumtechnieken zoals radioactief verval die daarbij kunnen helpen. In sommige gesteenten zijn isotopen, dat zijn radioactieve elementen, aanwezig. Die zijn instabiel en vervallen na verloop van tijd tot een stabiel dochterelement. Door de verhouding tussen het radioactieve moederelement en het stabiele dochterelement te meten, kan de ouderdom van het gesteente bepaald worden.

Concrete jaartallen plaatsen bij de vorming van materiaal of bij gebeurtenissen kan op basis van radioactief verval. In sommige gesteenten zijn radioactieve isotopen aanwezig en hun verval werkt als een soort scheurkalender. Isotopen zijn vormen van een chemisch element met een ander aantal neutronen. De isotopen van de meeste atomen zijn stabiel, maar radioactieve isotopen vervallen spontaan. Ze zenden daarbij straling uit en vormen andere atomen. De snelheid waarmee dat radioactief verval plaatsvindt, wordt uitgedrukt als de halfwaardetijd of halveringstijd, de tijd waarin de helft van de aanwezige moederelementen omgezet wordt in dochterelementen. Die halfwaardetijd blijft constant, ongeacht het aantal nog aanwezige moederatomen.

Door de verhouding tussen het aantal resterende moederelementen en het aantal dochterelementen te meten, kan men het begintijdstip bepalen van het verval en dus van de vorming van het gesteente. Deze techniek is omslachtig en duur, en kan niet op alle materialen toegepast worden. In combinatie met relatieve datering kunnen gebeurtenissen, fossielen of andere lagen echter wel gedateerd worden.

De koolstofdateringsmethode gebruikt het bekende moederelement 14C om organisch materiaal te dateren. Zolang planten groeien en dieren eten, leggen ze in hun weefsel of skelet koolstof vast. Van deze koolstofatomen is 1 op 106 het radioactieve 14C-isotoop dat vervalt in 14N. Zodra het organisme sterft, stopt de aanvoer en vermindert het aantal moederatomen. De halveringstijd bedraagt echter slechts 5 730 jaar, zodat al na 50 000 jaar nog weinig moederelement overblijft en de fout bij de meting ervan resulteert in een onnauwkeurige datering.

De halveringstijd van 40K (kalium) naar dochterelement 40Ar (argon) bedraagt 1,3 miljard jaar. Omdat dit een veel voorkomend isotoop is in gesteenten, is het een vaak gebruikt isotoop voor de datering ervan.

Op iDiddit vind je een animatie over radioactief verval en halfwaardetijd.

1.3 REL ATIEVE DATERING: OUDER OF JONGER DAN …

Relatieve datering is een methode om de leeftijd van gesteentelagen en geologische gebeurtenissen te bepalen op basis van hun onderlinge positie en schikking. Dat gebeurt door de natuurlijke opeenvolging van gesteenten te onderzoeken.

1.3.1 OP BASIS VAN AFZETTINGEN

Het principe van superpositie is een belangrijk concept binnen de relatieve datering. Dat principe stelt dat in een opeenvolging van gesteentelagen de onderste lagen ouder zijn dan de lagen die erboven liggen. De afzetting van gesteentelagen gebeurt steeds horizontaal, maar gesteentelagen kunnen later worden vervormd door bijvoorbeeld opheffing, plooiing, breuken of vulkanische activiteit. Bovendien kunnen delen van lagen verdwijnen door erosie en later weer bedekt worden door nieuwe lagen, die dan een andere hellingsgraad kunnen vertonen. Het scheidingsvlak tussen jongere gesteentelagen die een andere structuur hebben ten opzichte van oudere lagen, noemt men een discordantievlak

Die vlakken komen over de hele wereld voor tussen geplooide en niet-geplooide gesteentelagen. Elk discordantievlak geeft aan dat er een belangrijke verandering in de omstandigheden heeft plaatsgevonden, wat geologisch gezien wijst op een belangrijke gebeurtenis. Discordantievlakken zijn daarom belangrijke aanwijzingen voor geologen om de geologische geschiedenis van een gebied te reconstrueren en te begrijpen.

©VANIN

In de gesteenten van de Grand Canyon zijn enkele belangrijke geologische principes duidelijk herkenbaar:

- de horizontale verspreiding van dezelfde lagen;

- de discordantie tussen de geplooide, metamorfe gesteenten onderaan en de horizontale ongeplooide lagen die erboven liggen (zie rode stippellijn op fig. 4.87 en witte stippellijn op fig. 4.88).

Op iDiddit vind je een animatie over relatieve datering.

1.3.2 INFORM ATIE OP BASIS VAN FOSSIELEN

In zee kunnen resten van levende wezens goed bewaard blijven. Als een organisme sterft, zinken de resten naar de bodem en worden ze bedekt met sediment. Daardoor worden ze afgesloten van de lucht en ontbinden ze niet volledig. Bovenop het dode organisme bezinkt er voortdurend los gesteente. De bewaarde resten van het dode organisme worden opgenomen in die afgezette gesteenten en veranderen in fossielen. Die fossielen zijn als het ware getuigen van het leven op die plek in die periode. Door ze te bestuderen, kunnen geologen bepalen in welk milieu ze zijn ontstaan, zoals op het land, in de zee, in een moeras, in diep of ondiep water, in een warm of koud klimaat, enzovoort. Die studie is de paleontologie

1.3.3 HOE ONT STAAN FOSSIELEN?

Op figuur 4.89 zie je hoe een ammoniet er levend uit zou hebben gezien, terwijl figuur 4.90 een gefossiliseerde ammoniet toont. Het ontstaan van een fossiel bestaat uit vier stadia (fig. 4.92):

a Nadat dode organismen, zoals deze ammoniet, op de zeebodem terechtkomen, beginnen hun weke delen te ontbinden en blijven enkel de harde delen bewaard.

b De resten worden vervolgens bedekt met steeds meer sedimenten. Doordat ze afgesloten zijn van de lucht, zijn ze beschermd tegen afbraak. Chemische elementen uit de omringende gesteenten komen in de ammoniet terecht en holtes in de schelp kunnen opgevuld worden met materiaal uit die gesteenten. Soms blijft er enkel een afdruk over, soms een volledig fossiel. De chemische samenstelling van de ammoniet kan daarbij volledig veranderen onder invloed van de samenstelling van de omringende sedimenten. Dat kan bijvoorbeeld CaCO3 (kalksteen, calciet), SiO2 (kwarts, silex of vuursteen), FeS2 (pyriet), Fe2O3, enz.. zijn.

c De lagen waarin de overblijfselen zich bevinden, zijn doorheen de tijd onderhevig aan inwendige krachten, zoals opheffing.

©VANIN

d Bij opheffing van de vroegere zeesedimenten kunnen de lagen met fossielen aan de oppervlakte komen en blootgesteld worden aan verschillende processen van afbraak. Daardoor kunnen fossielen verloren gaan of beschadigd raken, maar ze komen ook binnen het bereik van de paleontoloog

1.4 GIDSFOSSIELEN

Leven evolueerde geleidelijk in de tijd. De volgorde van deze evolutie is niet willekeurig. Deze specifieke (verticale) opeenvolging van plantaardige en dierlijke fossielen in de gesteentelagen wordt bestudeerd in de biostratigrafie en is een manier om gesteenten te dateren.

©VANIN

Door het vrij plots verschijnen en verdwijnen van soorten, zijn sommige fossielen belangrijk om de ouderdom van gesteentelagen te bepalen. Wanneer een bepaalde plant of dier in grote aantallen en over een groot gebied voorkwam tijdens een korte periode, leidt of gidst de vondst ervan ons terug naar die periode. Zo’n fossiel noemen we een gidsfossiel. Via dit type fossielen kan van gesteentelagen uit verschillende gebieden vastgesteld worden dat ze in dezelfde periode werden gevormd. Trilobieten (fig. 4.94) worden bijvoorbeeld geassocieerd met het paleozoïcum, terwijl ammonieten (fig. 4.95) alleen in het mesozoïcum leefden.

De vondsten van fossielen schetsen een beeld van de biotoop waarin ze gevormd zijn. De vondst van koralen in gesteenten van het devoon en carboon (paleozoïcum), wijst bijvoorbeeld op een afzetting in een warme zee (fig. 4.96). In gesteenten van het boven-carboon (paleozoïcum) treffen we dan weer veel fossielen van tropische varens aan. Aangezien varens landplanten zijn, wijst het vinden van die afdrukken op een warm en vochtig klimaat op het land (fig. 4.97). Door de vondsten van fossielen kunnen we dus zowel het afzettingsmilieu als het klimaat in die periode reconstrueren.

Uit onderzoek van fossielen blijkt dat er op verschillende momenten in de geologische geschiedenis sprake is geweest van een massa-extinctie, waarbij een groot aantal soorten plotseling uitstierf. Dat uitsterven wordt in verband gebracht met abrupte en negatieve veranderingen in de leefomstandigheden, zoals klimaatverandering, vulkanische activiteit of inslagen van meteorieten.

Veranderde omstandigheden kunnen de voedselproductie negatief beïnvloeden, waardoor sommige soorten niet kunnen overleven en de rest van de voedselketen wordt aangetast. Dat kan leiden tot zo’n massa-extinctie, waarbij veel soorten uitsterven en de overlevende soorten het rijk voor zich alleen hebben. Nieuwe soorten ontstaan door mutaties, via wijzigingen in het erfelijk materiaal.

Een van de bekendste massa-extincties vond plaats aan het einde van het krijt, toen dinosauriërs en talrijke andere soorten van de aardbodem verdwenen. De vermoedelijke oorzaak is een enorme meteorietinslag, die de levensomstandigheden op aarde plotseling verslechterde. De inslag veroorzaakte veel ‘stof’ in de lucht, waardoor het zonlicht jarenlang werd tegengehouden en planten niet genoeg licht kregen om te overleven. Door drastische temperatuurdalingen stierven veel soorten uit. In Mexico, op het schiereiland Yucatán, is de inslagkrater van deze meteoriet gevonden in de diepe ondergrond. De meteoriet had vermoedelijk een diameter van 170 à 300 km.

©VANIN

Volgens sommige wetenschappers is de invloed van de mens sinds het begin van de industriële revolutie zeer groot. De aardse systemen zijn door activiteiten van de mens verstoord. Talrijke soorten zijn al verdwenen. Dat grote biodiversiteitsverlies is volgens sommige wetenschappers het belangrijkste kenmerk van de laatste 200 jaar. Deze periode wordt daarom het antropoceen genoemd (van het Grieks 'andros' = mens), maar is als benaming nog steeds niet officieel erkend als geologische periode. We spreken ook van de zesde massa-extinctie.

1.6 KLIM AATWIJZIGINGEN DOORHEEN DE GEOLOGISCHE TIJD

Gedurende de hele geschiedenis van de aarde heeft het klimaat regelmatig veranderingen ondergaan (fig. 4.99 c).

De oorzaken van die veranderingen kunnen zowel wereldwijd als lokaal zijn en zijn erg uiteenlopend.

De samenstelling van de atmosfeer wordt wereldwijd beïnvloed door verschillende factoren:

- Het CO2-gehalte wordt mee bepaald door de plantengroei en de vorming van kalkskeletjes in zee. Die verbruiken veel CO2. Bij een dalende hoeveelheid CO2 koelt de atmosfeer af. De temperatuur heeft ook invloed op het niveau van de zeespiegel (fig. 4.99 a, b en c).

- Vulkanen stoten veel CO2 of veel assen in de atmosfeer uit. De uitstoot van CO2 doet de temperatuur stijgen, de assen verhinderen het zonlicht en verlagen de temperatuur.

- Bij de vorming van gebergten gaan gesteenten verweren: dat proces verbruikt veel CO2

©VANIN

- Massale bosbranden als gevolg van droogte doen het CO2-gehalte stijgen.

- De ligging van de continenten is in de loop van de geologische geschiedenis drastisch veranderd (fig. 4.99 d). Die verschuivingen hebben de zeestromingen en het transport van warm en koud zeewater beïnvloed.

Door de vorming van Pangea 250 miljoen jaar geleden (meer landklimaat) was er minder chemische verwering en werd dus minder CO2 opgenomen. De temperatuur steeg. Dat onderzoeken we in detail in het thema over klimaatverandering.

2 DE BEL ANGRIJKSTE GEOLOGISCHE GEBEURTENISSEN VOOR EUROPA EN BELGIË

2.1 GEBERGTEVORMING DOORHEEN DE GE OLOGISCHE GESCHIEDENIS

Doorheen de geologische geschiedenis hebben zich verschillende fasen van gebergtevormingen of plooiingen voorgedaan. Die gebergtevormende processen kunnen worden gedateerd, maar de ouderdom wordt niet uitgedrukt in jaren, omdat deze fasen zich over lange perioden uitstrekken. In plaats daarvan krijgen de plooiingsfasen een plaats in de geologische tijd (zie hiervoor ook fig. 4.100).

GEBERGTEVORMINGEN OP DE KAART VAN EUROPA

Hercynische of Variscische plooiingsgebieden

Caledonische plooiingsgebieden dominante plooiingsrichting

oude schilden

Tijdens de Caledonische plooiing werden Schotland en het Scandinavisch Hoogland gevormd, terwijl de Hercynische plooiing onder andere de Ardennen, de Vogezen en het Zwarte Woud gevormd heeft. De laatste grote fase van gebergtevorming was de Alpiene plooiing, waarbij de meeste gebergten van Zuid-Europa (zoals de Alpen, de Apennijnen en de Pyreneeën) en Noord-Afrika werden gevormd. Geologen kunnen ook de richtingen van de plooiingen achterhalen. Op de kaart (fig. 4.102) staan de belangrijkste gebergten en plooirichtingen aangegeven. Zo zijn de plooiingsassen van de paleozoïsche gesteenten in de Ardennen west-oost georiënteerd, wat erop wijst dat de druk uit het zuiden kwam.

De geologische tijdschaal is opgebouwd uit hoofdtijdperken (eonen) die verdeeld zijn in era's, periodes en tijdvakken.

Er zijn drie hoofdtijdperken of eonen: het archeïcum (het 'antieke leven', waarin het eerste leven ontstond), het proterozoïcum (het 'primitieve leven') en het phanerozoïcum (het 'zichtbare leven').

©VANIN

Vanaf het phanerozoïcum ontstonden levensvormen met harde delen die duidelijke fossielen nalieten. Die kun je vergelijken met geschreven bronnen uit de geschiedenis van de mens. Het phanerozozoïcum wordt verder opgedeeld in drie era’s: het paleozoïcum, het mesozoïcum en het cenozoïcum.

Elke era wordt op basis van fossielen en kenmerkende gebeurtenissen verder onderverdeeld in periodes, die op hun beurt weer verdeeld zijn in tijdvakken.

SYNTHESE

1 SCHILVORMIGE OPBOUW VAN DE AARDE

DE INWENDIGE BOUW VAN DE AARDE: INFORMATIE UIT SEISMISCHE GOLVEN

Indeling volgens chemische samenstelling Fysische indeling: vast – vloeibaar – plastisch?

2 PLATENTEKTONIEK

- continentendrift: voorloper van de theorie van de platentektoniek

- platentektoniek: oceanische en continentale platen

accretietektoniek: stukken continentale korst verplaatsen zich en botsen

- drie soorten plaatranden:

Opbouwende rand Afbrekende rand HotspotAfbrekende rand

Platen bewegen uit elkaar. Platen bewegen naar elkaar.

Platen bewegen naar elkaar.

Afbrekende randTransforme rand

Platen bewegen naar elkaar.

3 GEVOLGEN VAN DE PLATENTEKTONIEK EN ACCRETIETEKTONIEK

PLOOIINGSGEBERGTE IN DE

anticlines – synclines – dekbladen

Anticline in Durbuy

Platen bewegen naast elkaar.

5 DE GEOLOGISCHE GESCHIEDENIS

©VANIN

EXOGENE KRACHTEN

1 VERWERING EN HELLINGSPROCESSEN

2 DE WERKING VAN STROMEND WATER

3 DE WERKING VAN IJS

4 DE WERKING VAN WIND

©VANIN

1 VERWERING EN HELLINGSPROCESSEN

ONDERZOEKSVRAGEN

OP WELKE MANIER WORDT GESTEENTE AANGETAST?

HOE ZAL HET LOSKOMEN EN ZICH VERPLAATSEN?

Landschappen zijn het resultaat van endogene en exogene processen die gedurende een lange tijd op elkaar inwerken. Exogene processen doen zich voor aan het aardoppervlak en zijn het gevolg van de werking van temperatuur, water, wind, ijs en/of de zwaartekracht. De geomorfologie (geos = aarde, morfos = vorm) bestudeert de vormen in het landschap en de processen die bij het ontstaan een rol spelen. Reliëfvormen zijn daarvan het duidelijkste resultaat en zijn sterk afhankelijk van de gesteentelagen in de ondergrond. De aard en ouderdom van de gesteenten bestudeert men in de geologie Je kunt ze respectievelijk aflezen op de lithologische (lithos = steen) en stratigrafische (stratos = laag) kaart.

1 VERWERING

Gesteenten van oude gebouwen, muren, grafzerken … worden aangetast door de weerselementen of door organismen. Ook gesteenten in het gebergte en in ontsluitingen slijten af.

Hoewel verwering en erosie vergelijkbare processen zijn, zijn ze geen synoniemen. Verwering is het afbreken of oplossen van gesteenten en mineralen ter plaatse aan het aardoppervlak. Zodra de harde rotsen verweerd zijn, kan het losse materiaal verplaatst worden. Dat proces heet erosie

1.1 ME CHANISCHE VERWERING

Mechanische verwering is het verbrokkelen of vergruizen van gesteenten waarbij de chemische samenstelling ongewijzigd blijft.

Uit figuur 5.1 blijkt dat mechanische verwering vooral optreedt in koude klimaten. Wanneer water in barsten van gesteenten bevriest, neemt het 9 % meer volume in, waardoor het werkt als een wig die het gesteente doet barsten. We noemen dat vorstverwering

gemiddelde jaartemperatuur (°C)

Er is geen landoppervlakte op aarde met deze klimaatomstandigheden.

©VANIN

gemiddelde jaarlijkse neerslag (mm)

Gemakkelijk splijtbare gesteenten, zoals kleisteen in de Famenne en leisteen in de Ardennen (fig. 5.2), zijn daar erg gevoelig voor. In ons land valt er voldoende neerslag (900 mm per jaar), maar met een jaartemperatuur van 10 °C is het niet koud genoeg voor intensieve vorstverwering. In het hooggebergte, zoals in de Alpen of de Pyreneeën, waar water in rotsspleten afwisselend bevriest en weer dooit, zal het gesteente kapot barsten (fig. 5.3, 5.4 en 5.5).

1.2 CHE MISCHE VERWERING

Bij chemische verwering verandert de scheikundige samenstelling van het gesteente. Water tast samen met de erin opgeloste stoffen het vaste gesteente aan zodat er scheikundige reacties optreden. Chemische verwering verandert veel mineralen in klei en ijzeroxiden. Dat zijn dan ook belangrijke elementen van nieuw gevormde bodems. Uit figuur 5.6 kun je afleiden dat chemische verwering het sterkst optreedt bij warme en vochtige klimaten. De jaarneerslag in ons land (900 mm) is te laag voor intense chemische verwering.

1.2.1 OXIDATIE VAN IJZER

Oxidatie treedt vooral op bij ijzerhoudende mineralen. Die roesten doordat het ijzer reageert met zuurstof en een nieuw mineraal vormt. Zo ontstaat ijzerzandsteen. De heuvels in het Hageland, het Pajottenland, de Vlaamse Ardennen en het West-Vlaamse Heuvelland zijn grotendeels opgebouwd uit die ijzerzandsteen. In heel wat kerken in de provincies Antwerpen, Vlaams-Brabant en het westen van Limburg is ijzerzandsteen gebruikt.

©VANIN

1.2.2 OPLOSSING VAN KALKSTEEN IN WATER

In zuivere toestand is kalksteen (CaCO3) een vaste stof die slecht oplosbaar is in water. Maar als het water zuur is door de aanwezigheid van kleine hoeveelheden CO2-gas of plantenzuren, zal het gesteente wel oplossen.

Kalksteen vertoont vaak barsten of diaklazen, waarlangs het gesteente wordt aangetast door koolzuurhoudend water. Wanneer kalksteen verweert, ontstaan er typische verweringsvormen. We noemen dat karstverschijnselen Wanneer water over een hellend oppervlak afloopt, doet het door oplossing aan het oppervlak groeven en kammen ontstaan. Dat zijn karren

In Wallonië bestaat bijna een derde van de ondergrond uit oplosbare carbonaathoudende gesteenten (kalksteen en krijt). Het insijpelend zure water zorgt ervoor dat de rotsen oplossen, wat aanleiding geeft tot bijzondere verschijnselen.

Een verdwijngat of chantoir is een plek waar een beek in de grond verdwijnt en ondergronds verder stroomt. Wanneer het zure water via diaklazen binnen sijpelt, verbreden ze door oplossing van de kalksteen. Zo kan steeds meer water naar beneden stromen. Wanneer de bovenliggende lagen geen steun meer hebben, storten ze in. Op die manier ontstaan grotten. Druipstenen (stalagmieten en stalactieten) ontstaan als koolzuurhoudend water door een kalksteenlaag in een grot druppelt. In de grot verliest het water koolzuur (CO2) aan de lucht en zal kalksteen (CaCO3) neerslaan.

Wanneer er plaatselijk veel kalksteen oplost en een put vormt of wanneer een grot gedeeltelijk instort, wordt aan het oppervlak een doline gevormd. Waar de rivier weer aan de oppervlakte verschijnt, spreken we van een karstbron of resurgentie

©VANIN

Ten zuiden van Samber en Maas behoren de dagzomende kalksteenlagen tot twee verschillende formaties

De Kalksteenzoom of Calestienne is een smalle, SW-NE-verlopende strook tussen de Condroz en de Ardennen. Hier komt kalksteen aan de oppervlakte uit de periode van het midden-devoon, toen er kalkhoudende organismen werden afgezet op de zeebodem. De rivieren die vanuit de Ardennen stromen, moeten door die kalkzoom passeren. Hun water is eerder zuur en dat zorgt voor talrijke karstverschijnselen. Op de kruising van de rivieren met de Kalksteenzoom, hebben de toeristische grotcomplexen van onder andere Han-sur-Lesse, Rochefort en Remouchamps zich gevormd (fig. 5.15).

onder-carboonkalksteen in Condroz midden-devoonkalksteen in Kalksteenzoom belangrijkste grotcomplexen in Kalksteenzoom gemeente

De kalksteen uit de Condroz is jonger en dateert uit het onder-carboon. Ook hier vinden heel wat toeristen en speleologen hun gading in de talrijke grotten.

1.3 ORG ANISCHE OF BIOLOGISCHE VERWERING

Deze vorm van verwering treedt op door de inwerking van planten(wortels) of organismen. Door hun groei wrikken wortels spleten in het gesteente verder open, waardoor dat gesteente uiteindelijk breekt. Ook plantenzuren, van bijvoorbeeld korstmossen, kunnen gesteenten aantasten. Daarnaast kunnen uitwerpselen van vogels het proces van verwering versnellen.

2 HELLINGSPROCESSEN

Wanneer het verweerde gesteente door de zwaartekracht naar beneden valt, glijdt, vloeit of kruipt, spreken we van hellingsprocessen. Aangezien het materiaal verplaatst wordt, is dit een vorm van erosie.

Het type beweging is afhankelijk van de aard van het materiaal (los of vast), hoe steil de helling is en de hoeveelheid water in het gesteente.

2.1 MASSABEWEGING

Massabeweging is het verplaatsen van verweerd gesteente enkel en alleen door de zwaartekracht en dus niet door een ander transportmiddel zoals water, ijs of wind.

2.1.1 AF STORTING: VALLEN

Harde rotsen kunnen als gevolg van verwering breken en naar beneden vallen. We noemen dat afstorting. In gebergten zoals de Alpen en de Pyreneeën spant men stalen netten om de vallende rotsen tegen te houden.

afstorting

De sterke golfslag aan de kust kan de onderste laag van een klif uitslijten. Ook afgebroken puin schuurt en botst tegen de onderkant van de helling. Dat verschijnsel heet abrasie, waarbij een brandingsnis ontstaat die de klif steeds verder ondergraaft. Het bovenliggend materiaal verliest zijn steun en stort vervolgens in. Het afbraakmateriaal aan de voet van de klif wordt verpulverd en tegelijkertijd opgeruimd door de golfslag. De nieuwe klif ondergaat hetzelfde lot en schuift steeds meer landinwaarts.

2.1.2 A ARDVERSCHUIVING: GLIJDEN

Bij deze vorm van massabeweging glijdt een samenhangende massa los materiaal een eind van een helling. De aardverschuiving gebeurt meestal op een glijvlak dat bestaat uit met water verzadigde klei of leem. Dat vlak heeft vaak een holle vorm.

Op iDiddit vind je een animatie over een aardverschuiving (slump).

©VANIN

2.1.3 BODE MKRUIP

Het losse bodemmateriaal kruipt heel traag naar beneden. De beweging zelf zie je niet, maar wel het resultaat ervan: de kromming onderaan bij bomen of scheuren in huizen wijzen op bodemkruip

2.2 AF SPOELINGSEROSIE: VLOEIEN

Afspoelingserosie is een proces waarbij bodemdeeltjes loskomen en zich verplaatsen door water. Door de druppelinslag op de onbegroeide bodem springen deeltjes omhoog die iets verder neervallen. De kracht van het water zorgt ervoor dat de poriën dichtslibben, waardoor een verslempte bodem ontstaat.

Het water dringt nu niet meer in de bodem maar stroomt via het oppervlak af. Dat proces is erg nadelig voor de landbouw omdat de vruchtbare bovenlaag wegspoelt. Dat gebeurt zowel via een breed oppervlak (diffuus) als in geultjes. Als het water heel snel van de helling afspoelt en op zijn weg veel los materiaal meeneemt, ontstaat een modderstroom

©VANIN

2.3 MENSELIJKE ACTIVITEITEN KUNNEN HELLINGSPROCESSEN VEROORZAKEN

Heel wat menselijke activiteiten verhogen het risico op het afstorten, afschuiven of wegvloeien van de bodem. Jaarlijks wordt wereldwijd gemiddeld 36 miljard ton grond weggespoeld, voornamelijk door afstromend regenwater. De oorzaken daarvan zijn hevige regenval, aardbevingen of menselijke activiteiten zoals ontbossing, bebouwing of mijnbouw. Het wereldwijde dodental per jaar als gevolg van hellingsprocessen loopt in de duizenden.

2.3.1 ONTBOSSING

Ontbossing veroorzaakt een aanzienlijk verlies aan vruchtbare bodem. De grootste toename van verlies aan bodem als gevolg van ontbossing vindt plaats in Sub-Sahara-Afrika, Zuid-Amerika en Zuidoost-Azië. Dat regio's die economisch zwak ontwikkeld zijn, te maken krijgen met veel bodemerosie vormt een ernstig probleem. In tegenstelling tot wat een weelderig tropisch regenwoud doet uitschijnen, is de vruchtbare humuslaag daar erg dun en dus heel vatbaar voor erosie (fig. 5.31).

2.3.2 L ANDBOUW

Landbouwactiviteiten zijn de belangrijkste oorzaak van het verlies aan vruchtbare bodem. Het verwijderen van de natuurlijke vegetatie en het gebruik van zware landbouwmachines zorgen ervoor dat de bovenste laag gemakkelijker afspoelt of afschuift (fig. 5.32).

2.3.3 BOUWEN

Gebouwen bovenop een helling zorgen voor extra gewicht. Door de bijkomende druk kan de bovenste laag afschuiven. Zeker wanneer door zware regenval de grond verzadigd raakt, wordt ze steeds onstabieler en zal ze uiteindelijk instorten (fig. 5.33).

2.3.4 MIJNBOUW EN WE GENAANLEG

Steile hellingen in open mijnen in combinatie met explosies of hevige trillingen van zware machines, geven ook aanleiding tot het instorten of afglijden van de hellingen (fig. 5.34).

©VANIN

DE WERKING VAN STROMEND WATER

Water dat zich verzamelt in geultjes komt in een beek terecht, die vervolgens in een grotere rivier uitmondt. Een rivier- of stroombekken is het landoppervlak dat door een rivier en haar bijrivieren gedraineerd wordt. Waterscheidingskammen scheiden rivierbekkens van elkaar. Stromend water slijt gesteente af, vervoert het afbraakmateriaal en zet sedimenten af.

De steilte van de helling bepaalt de snelheid van een rivier. Het verval is het hoogteverschil over een bepaalde afstand. Het verhang is het gemiddelde hoogteverschil van een waterloop uitgedrukt in m/km. Hoe groter het verval, hoe sneller het water stroomt en hoe groter de kracht om het reliëf in te snijden.

©VANIN

Het debiet is de hoeveelheid water die per tijdseenheid doorheen een dwarse doorsnede van de rivier stroomt. Het debiet is afhankelijk van het klimaat, de aard van de bodem, de vegetatie, de plaats in het stroombekken en de grootte van dat bekken. Hoe groter het debiet, hoe meer kracht het stromend water heeft om gesteentepuin in de bedding op te ruimen.

Het debiet (massa water) en het verhang (steilte van de helling) bepalen samen de kracht van de rivier. Een rivier heeft de grootste stroomsnelheid in haar bovenloop, de snelheid neemt vervolgens af in de middenloop en het water stroomt erg traag in de benedenloop (fig. 5.36).

2 RIVIERENPROCESSEN: ERO SIE, TRANSPORT EN SEDIMENTATIE

In het Hjulströmdiagram lees je af of een rivier losse deeltjes oppikt (erosie), meevoert (transport) of weer afzet (sedimentatie). De werking van het water is afhankelijk van de stroomsnelheid en van de korrelgrootte van de bodemdeeltjes.

Bij een stroomsnelheid van bijvoorbeeld

1 m/s blijven kleideeltjes (< 0,002 mm) in het water zweven (transport), worden silten zanddeeltjes van de bedding opgepikt (erosie) en wordt grind in de rivier afgezet (sedimentatie).

Grof silt en fijn zand worden bij een lagere stroomsnelheid meegenomen, maar kleideeltjes kleven goed aan elkaar. De rivier pikt ze dus pas op bij een grotere stroomsnelheid.

2.1 EROSIE

2.1.1 VERTICALE EROSIE SCHUURT DE VALLEI UIT

Door het grote verval en de sterke stroomsnelheid in de bovenloop van een rivier, vindt er vooral erosie in de diepte plaats: de rivier snijdt zich in het reliëf in. Dat is verticale erosie. Als het water snel stroomt, pikt het losse silt- en zanddeeltjes op en neemt ze mee (fig. 5.38). Heeft de rivier een harde bedding, dan schuren het meegevoerde grind en zand het vaste gesteente los en voeren het mee. Wanneer de rivier zich verticaal insnijdt, worden de hellingen onstabiel en zal het verweerde losse materiaal naar beneden glijden of spoelen. Daardoor ontstaat een V-dal (fig. 5.39).

Kloofdalen ontstaan doordat kalksteen gemakkelijk oplost in het zure water (chemische verwering). Doordat het erg hard is, treedt er weinig mechanische verwering op en zullen er dus ook weinig hellingsprocessen optreden. De dalwanden zijn bijgevolg bijna loodrecht.

2.1.2 L ATERALE EROSIE EN HELLINGSPROCESSEN VERBREDEN DE VALLEI

©VANIN

Rivieren kunnen ook horizontaal eroderen. Ze slaan dan delen van de oevers weg. Dat is laterale erosie (fig. 5.40). Als laterale erosie de hellingen ondergraaft, zal het hellingpuin naar beneden rollen, glijden of spoelen. Daar ruimt de rivier het op. Stilaan verbreedt het V-dal tot een vlakbodemdal (fig. 5.41).

Water dat in een geul stroomt, wordt langs de bedding en de oevers afgeremd door de wrijving. In een rechtlijnige rivier stroomt het water aan het oppervlak het snelst in het midden (fig. 5.42a).

De bochten die een rivier maakt, zijn meanders

Op figuren 5.40 en 5.42b zie je hoe een rivier in holle bochten of buitenbochten snel stroomt en zowel de bedding als de oever uitschuurt (erosie). Aan de bolle oevers of binnenbochten waar de snelheid veel lager is, wordt sediment afgezet (fig. 5.42b en 5.43)

2.2 TRANSPORT

Een rivier heeft minder kracht nodig om een bewegend deeltje te vervoeren dan om het op te pikken. In de middenloop is er een evenwicht tussen erosie en sedimentatie. Er is weinig insnijding of afzetting. Het puin dat de rivier vervoert, is voor een klein deel van de rivier zelf afkomstig. Het overgrote deel komt via hellingprocessen (afstorten, afglijden, kruipen en vloeien) in de rivier terecht.

Afhankelijk van de grootte van de korrels en de chemische samenstelling, verplaatsen de deeltjes zich op verschillende manieren (fig. 5.44). Grind rolt of glijdt over de bodem, zand- en siltdeeltjes verplaatsen zich met sprongetjes: saltatie. Heel fijne deeltjes zoals klei zweven in het water: ze worden in suspensie vervoerd (fig. 5.45). Kalk en zouten lossen op in water en worden zo meegevoerd.

©VANIN

2.3 SEDIMENTATIE

Afzetting of sedimentatie gebeurt bij een trage stroming. Uit het Hjulströmdiagram (fig. 5.37) leer je dat grove deeltjes al bij een vrij hoge stroomsnelheid op de bedding blijven liggen. Naarmate de snelheid van de rivier stroomafwaarts afneemt, blijven er steeds fijnere korrels achter. Het vervoerde puin raakt zo gescheiden. Dat heet selectieve sedimentatie

In de benedenloop van de rivier treffen we dus veel rivierslib aan. Sedimenten die door water zijn afgezet, noemen we alluviale afzettingen. De smalle strook waar de rivier vruchtbaar slib heeft afgezet, is de

Wanneer verschillende gesteentesoorten naast elkaar voorkomen, treedt er differentiële erosie op. Zachtere rotsen slijten snel, terwijl hardere, meer resistente rotsen achterblijven. Zo ontstaan talrijke vormen die uitsteken in het landschap zoals richels, heuvels, enz.

De overhangende rots stort in.

Afgestort puin slijpt de rivierbedding en vormt een kolkgat.

Uitstekende

hard gesteente kolkgat of

Watervallen en stroomversnellingen kunnen ook door differentiële erosie gevormd worden. Waar de bedding van een rivier uit hard gesteente bestaat met daaronder een zachtere laag, zal het water dat over de rand stort de zachte laag wegslijten. Daar ontstaat een kolkgat. Als de harde overhangende bovenlaag geen steun meer heeft, stort ze in. Daardoor verplaatst de waterval zich langzaam stroomopwaarts. Dat noemen we terugschrijdende erosie

©VANIN

stroomversnellingen met aan de voet kolkgaten. Op verschillende plaatsen in de Ninglinspo komen zo’n kolkgaten of bains voor.

2.5 FLUVIATIELE OF RIVIERPROCESSEN VERANDEREN HET LANDSCHAP

Rivieren hebben een grote invloed op het landschap waar ze doorheen stromen. Ze breken gesteenten af, transporteren het geërodeerde materiaal en zetten het ergens anders weer af. Het landschap en vooral het dal waarin de rivier stroomt, verandert van de bron tot aan de monding (fig. 5.52).

Benedenloop

• nagenoeg geen hellingen

• lage stroomsnelheid

• afzetting/sedimentatie van slib

• vlakdalen

• aan de monding: vorming van een estuarium of delta

Middenloop

• zachte hellingen

• lagere stroomsnelheid

• aanvoer van water via zijrivieren

• rivier begint te meanderen

• vlakbodemdalen

Bovenloop

• steile hellingen

• hoge stroomsnelheid

• stroomversnellingen en watervallen

• vooral verticale erosie –veel hellingserosie

• V-dalen

proces: vooral sedimentatie proces: vooral transportproces: vooral erosie

2.6 HET LENGTEPROFIEL VAN EEN RIVIER

Het lengteprofiel van een rivier toont de hoogte van elk punt van haar loop ten opzichte van de monding. De curve vertoont een concaaf verloop: bij de bron in de bergen is de helling steil, het water stroomt daar snel en kan dus groter en zwaarder materiaal meenemen. Stroomafwaarts wordt de helling minder steil en in de benedenloop hebben rivieren nog weinig kracht om zich in de ondergrond in te graven. Om toch hun water kwijt te raken, gaan ze in een bredere bedding stromen.

Waar plotselinge veranderingen optreden in het verval, bijvoorbeeld bij een waterval, zijn processen actief om die onvolmaaktheden weg te werken tot de balans van de rivierwerking voor elk punt van de rivier in evenwicht is.

Het profiel dat dan bereikt wordt, is het evenwichtsprofiel (zwarte curve). Het bereiken van het evenwichtsprofiel vraagt veel tijd. Bovendien veranderen de dynamiek van de aardkorst en de zeespiegelschommelingen steeds weer de lengte van de rivier en het hoogteverschil tussen de bron en de monding. Figuur 5.53 toont enkele opeenvolgende stadia in een lengteprofiel dat onregelmatig is, bijvoorbeeld door de aanwezigheid van een gesteentelaag die meer weerstand biedt.

3 DE WERKING VAN IJS

1 GEBERGTEGLETSJER: VORMING VAN FIRN EN GLETSJERIJS

Wanneer in het hooggebergte meer sneeuw valt dan er wegsmelt, ontstaat een ijsmassa die door haar eigen gewicht langzaam naar beneden glijdt. Verse sneeuw aan het oppervlak zal afwisselend ontdooien en bevriezen en wordt onder het eigen gewicht samengedrukt. Zo ontstaat korrelsneeuw. De druk van nog meer verse sneeuw perst de resterende lucht eruit. Op warmere momenten sijpelt er smeltwater tussen de korrelsneeuw dat wat dieper weer bevriest. Daardoor ontstaan grotere ijskorrels of firn. Dat proces gaat door tot bijna alle lucht verdreven is en het compacte gletsjerijs een blauwe kleur krijgt.

2 FIRNBEKKEN: DE BRON VAN EEN GLETSJER

©VANIN

Op fig. 5.56 zie je hoe sneeuw, firm en gletsjerijs opstapelen in amfitheatervormige kommen in het hooggebergte: het firnbekken (1). Het gebied is omgeven door steile bergwanden en scherpe rotspieken: de hornen (2). De druk maakt het ijs onderaan stroperig, zodat het door de zwaartekracht langzaam bergafwaarts stroomt. De gletsjertong (3) is de ijsstroom zelf die eindigt aan het gletsjerfront (4). Hoe lager in het gebergte, hoe hoger de temperatuur. Als de temperatuur boven het vriespunt ligt, smelt het gletsjerijs.

Waar het ijs het firnbekken verlaat, is de helling steil en neemt de snelheid van het glijdende ijs toe. Daardoor ontstaan er spleten (5) en soms zelfs een ijsval (6). Omdat die spleten dikwijls verborgen zitten onder vers gevallen sneeuw, vormen ze een gevaar voor wandelaars of skiërs op de gletsjer.

3 ERO SIE DOOR GLETSJERS

Terwijl de gletsjer in de vallei naar beneden glijdt, schuurt het puin dat aan de zijkant en onderaan het ijs ingevroren zit tegen de bergflank en dalbodem. In de harde rotsbodem ontstaan krassen die een idee geven van de richting waarin de gletsjer beweegt. Nadat een gletsjer is weggesmolten, blijven de gletsjerkrassen zichtbaar in de rotsbodem. Sinds de laatste ijstijd is het grootste deel van de gletsjers weggesmolten. De gletsjererosie uit de ijstijd is duidelijk te zien aan de krassen op de valleibodem en de enorme U-dalen die uitgeschuurd zijn.

4.1 DE GLET SJER GLIJDT NAAR BENEDEN

Gletsjers kunnen erg groot en breed zijn en zich toch verplaatsen. Ze verschuiven enerzijds onder de druk van hun eigen gewicht en anderzijds doordat smeltwater via watervallen en scheuren in het ijs onder de gletsjer terechtkomt. Daardoor zal de ijsmassa op die waterlaag naar beneden glijden. Bij kleine gletsjers gaat het om enkele meters tot tientallen meters per jaar. Grote gletsjers op Groenland en Antarctica kunnen kilometers per jaar verschuiven en aan de kust afbreken.

4.2 GLET SJERPUIN OF MORENE

©VANIN

Gletsjers vervoeren massa’s puin. Het zijn brokstukken die door vorstverwering van de bergwanden loskomen en op het gletsjeroppervlak vallen. De ijsmassa rukt ook puin van de zijwanden en de bodem los en voert het mee. Al dat puin heet morene. Grof en fijn materiaal zitten ongesorteerd door elkaar. Afhankelijk van de plaats onderscheiden we oppervlakte- en grondmorene

Bij het samenvloeien van twee gletsjers vormen de twee zijmorenen één middenmorene (fig. 5.60). Ze vormen de zwarte strepen op het gletsjerijs. Aan het eind van de gletsjer, het gletsjerfront, stapelt eindmorene zich op. Omdat de Alpengletsjers door de opwarming van de aarde korter worden, hoopt eindmorene zich niet op aan het front, maar ligt het puin verspreid over de dalbodem.

4.3 HET GLET SJERFRONT

Het smeltwater sijpelt via spleten in de gletsjer en zorgt daar voor verdere dooi. Onder het ijs verzamelt dat water zich in een beek, die via een gletsjerpoort uit het gletsjerfront stroomt (fig. 5.61). Het eeuwenlange vooruitschuiven, maalt het puin gedeeltelijk fijn. Dat fijne stof kleurt het heel koude smeltwater van de gletsjer wit. Daarom noemen we het gletsjermelk

5 IJSKAPPEN

Een ijskap is een dikke laag ijs en sneeuw die grote stukken land bedekt. Meestal vind je ijskappen op hoge breedten, zoals op Groenland en Antarctica. IJskappen bevatten ongeveer 99 % van het zoete water op aarde. Ze vormen zich net als gebergtegletsjers: sneeuw stapelt zich jaar na jaar op. De harde sneeuw eronder wordt dichter en wordt firn. Wanneer het ijs dik genoeg wordt, tot ongeveer 50 meter, smelten de firnkorrels samen tot een enorme massa vast ijs. Doordat het ijs gevormd wordt door de geleidelijke opbouw van jaarlijkse sneeuwlagen, zijn de onderste lagen ouder dan de bovenste.

Wetenschappers voeren boringen uit in het ijs van Groenland, Antarctica en van gletsjers. Die ijskernen zijn een waardevolle bron van informatie. De langste ijskern die is bovengehaald (3 200 m lang), gaat tot 800 000 jaar terug in de tijd en werd op Antarctica geboord. IJskernen kunnen o.a. gedateerd worden door de jaarlijkse lagen te tellen. Ze bevatten belangrijke informatie over onder meer veranderingen in het klimaat.

IJskappen zijn koepelvormig en spreiden zich vertrekkende vanuit het midden uit. Ze gedragen zich plastisch: een ijskap glijdt onder druk van zijn eigen gewicht over oneffen oppervlakken tot hij alles op zijn pad bedekt.

6 EUROPESE L ANDSCHAPPEN ALS GEVOLG VAN IJSTIJDEN

6.1 IN GEBERGTEN

De laatste ijstijd eindigde zo’n 12 000 jaar geleden. Toen waren de gletsjers in de Alpen zo dik dat enkel de bergpieken boven het ijs uitstaken. Enorme morenes die aan de voet van de gletsjers afgezet waren, blokkeerden het smeltwater. Zo ontstonden grote bergmeren aan de rand van de Alpen, onder andere het Meer van Genève, het Lago Maggiore, de Bodensee en het Gardameer.

Sinds de ijstijden is de temperatuur steeds hoger geworden en het zeepeil gestegen. Wanneer een U-dal aan de kust ligt, zal de inham onder water lopen. Een fjord is zo een smalle zeearm die diep het land insnijdt met aan weerszijden meestal steile rotswanden (fig. 5.65). In Europa vinden we ze in Schotland en IJsland, maar vooral in Noorwegen zijn ze indrukwekkend.

6.2 IN NEDERL AND

Tijdens de voorlaatste ijstijd, het saalien, heeft de ijskap zich sterk uitgebreid. De ijskap kwam zelfs tot in het midden van Nederland. Brokstukken die van het gebergte in Noorwegen en Zweden op of in het ijs terechtkwamen, schoven soms over duizenden kilometers mee. Toen het ijs smolt, bleven die rotsen als zwerfkeien achter in het landschap. Meer dan 5 000 jaar geleden bouwden prehistorische mensen hunebedden of grafkelders met die keien.

©VANIN

4 WERKING VAN DE WIND

ONDERZOEKSVRAAG

WELK EFFECT HEEFT DE WERKING VAN DE WIND OP GESTEENTEN EN LANDSCHAPPEN?

1 OOK DE WIND ERODEER T, TRANSPORTEERT EN ZET AF

In droge of koude gebieden, waar de samenhang tussen de losse korrels afneemt en waar nauwelijks vegetatie is, heeft de wind vrij spel en komen er deeltjes van de bodem los. Processen waarbij het landschap gevormd wordt door de wind, noemt men eolische processen. Aeolus was de Griekse god van de winden.

1.1 EROSIE

Winderosie komt vooral voor in woestijngebieden, waar de wind vrij spel heeft op het gesteente.

Een rotswoestijn bestaat uit hoge, grotendeels kale, harde, rotsachtige plateaus. De wind slijpt opmerkelijke vormen uit het gesteente. Als de wind op twee verschillende soorten gesteente inwerkt, zoals hard basalt en daaronder zachte tufsteen, ontstaan er opmerkelijke landschapsvormen. Het is dus ook een vorm van differentiële erosie.

Doordat zandkorrels bij hoge windsnelheden tot maximum 2 meter boven de grond worden opgetild (fig. 5.70), wordt slechts het onderste deel van de rots door de werking van wind en zand weggesleten. Daardoor ontstaan typische paddenstoelrotsen

©VANIN

Steenwoestijnen bestaan vrijwel volledig uit hoekige stenen. De wind waait het losse zand weg zodat enkel de grove keien achterblijven. Deze woestijntypes komen meer voor dan zandwoestijnen. De Sahara bestaat voor ongeveer twee derde uit rots- en steenwoestijnen.

1.2 TRANSPORT

Krachtige luchtstromen zijn in staat om fijne deeltjes op te pikken en verder mee te voeren. Grovere grindkorrels kunnen enkel rollend verplaatst worden.

Zandkorrels verplaatsen zich over het algemeen op een hoogte van minder dan 1,5 meter boven het aardoppervlak en over kortere afstanden. De korrels worden sprongsgewijs of door saltatie meegevoerd. Elke vallende korrel doet een andere opspringen, waardoor er een kettingreactie ontstaat.

De kleinere leem- of siltkorrels worden door de wind heel wat hoger en verder meegenomen: ze worden in suspensie verplaatst.

1.3 SEDIMENTATIE

Waar de windsnelheid afneemt, worden de meegevoerde deeltjes afgezet. Die sedimentatie is selectief: grovere deeltjes worden eerder afgezet dan fijne. Löss is de kalkrijke afzetting van silt door de wind en heeft een korrelgrootte die tussen die van zand en klei in ligt.

1.3.1 E OLISCHE AFZETTINGEN BEDEKKEN BELGIË

De verspreiding van zand en löss in ons land situeren we in de laatste ijstijd, namelijk het weichsel (116 000 tot 11 700 jaar geleden). De ijskap had zich ver zuidwaarts uitgebreid en daardoor lag het peil van de zee veel lager dan nu. Het land waar nu de Noordzee ligt, noemt men Doggerland. Uit vondsten van botten die uit de Doggerbank naar boven kwamen, concluderen wetenschappers dat daar dieren zoals de wolharige mammoet, de neushoorn en herten hebben geleefd.

©VANIN

De kale poolwoestijn in Nederland en het noorden van ons land, de droge Noordzee en de grote riviervlakten, waar nauwelijks begroeiing was, zorgden ervoor dat veel losliggend zand en leem of löss werd opgewaaid.

Boven de ijskap breidde het arctische hogedrukgebied zich uit en de krachtige noordenwinden voerden het losse materiaal mee naar het zuiden. Daar werd het selectief afgezet: zandkorrels zijn groter en springen over de grond (saltatie). Daardoor bleef het zand meer noordwaarts liggen en wordt dekzand genoemd. In Zandig Vlaanderen en de Kempen vinden we deze minder vruchtbare gronden terug. De wind kon de lössdeeltjes dankzij hun kleine afmetingen hoog in de lucht over grotere afstanden vervoeren (suspensie). Zo bereikten ze de laagplateaus van Midden-België: het Henegouws, Brabants en Haspengouws Plateau, en zelfs de nog verder gelegen plateaus van Hoog-België.

De Zandleemstreek vormt de overgang tussen de noordelijke zandgordel en de leemgordel meer naar het zuiden.

1.3.2 DEK ZANDRUGGEN EN LANDDUINEN

Op het einde van het pleistoceen en het begin van het holoceen werd het dekzand hier en daar opnieuw opgewaaid. Zo ontstonden de dekzandruggen in Oost-Vlaanderen en de landduinen in de Kempen. Dekzand is arm zand, het bevat weinig voedingsstoffen, löss daarentegen is zeer vruchtbaar.

1.3.3 KUSTDUINEN

©VANIN

Langs zandige kusten met een ondiepe zee en overwegend zeewinden, ontstaan stranden en duinen. Dat zand komt uit de zee, het wordt aangevoerd door zeestromingen die naar het strand lopen. Wanneer het zand door de wind en de zon opdroogt, wordt het los en voert de wind het verder mee. Onze kustduinen zijn gevormd uit opwaaiend strandzand dat bij een hindernis blijft liggen.

EROSIE

VERWERING EN EROSIE: PROCESSEN VERWERING

opname van afbraakmateriaal

afbraak van gesteente

- door zwaartekracht (hellingsprocessen): afstorting – aardverschuiving – afspoelen –bodemkruip

- door water: verticale erosie – laterale erosie –terugschrijdende erosie – differentiële erosie

- door ijs: brokstukken in ijs schuren bedding en zijwanden uit; vorming van U-dal

- door wind: zandstralen

- mechanisch: verbrokkelen

- chemisch: oplossen

- organisch: verbrokkelen en oplossen

©VANIN

TRANSPORT verplaatsen van los gesteente

- door zwaartekracht:

vallen – glijden – kruipen – vloeien

- door water:

rollen – saltatie – suspensie – oplossing

- door ijs: ingevroren op of in het ijs

- door wind: rollen – saltatie – suspensie

SEDIMENTATIE

afzetten van los gesteente

- door zwaartekracht: puin – slib

- door water: slib – trechter- en deltamonding –alluviale vlakte

- door ijs: morene – zwerfkeien

- door wind: dekzand – land- en kustduinen

EXOGENE PROCESSEN: LANDSCHAPSVORMEN

gletsjer

vlakbodem- dal waterval rotskust

brandingsnis

kust met strand en duinen

©VANIN

KLIMAAT DOORHEEN DE GEOLOGISCHE TIJD

ONDERZOEKSVRAGEN

WELKE VERANDERINGEN HEEFT ONS AARDSE KLIMAATSYSTEEM ONDERGAAN?

HOE ONDERZOEKEN WE DIE KLIMAATVERANDERINGEN?

1 GREENHOUSE E ARTH EN ICEHOUSE EARTH

Gedurende de geologische geschiedenis heeft de aarde verschillende klimaatveranderingen doorgemaakt. De grenzen tussen de geologische periodes worden vaak gekenmerkt door abrupte veranderingen in het klimaat. Ook tijdens de geologische periodes zelf was het klimaat lang niet altijd stabiel. We focussen op twee momenten in de geschiedenis van de aarde die ons iets kunnen leren over de toekomst van de huidige klimaatverandering. We benaderen beide momenten binnen de bredere context van de Greenhouse Earth (broeikasaarde) en de Icehouse Earth (diepvriesaarde). In de tijd van de Greenhouse Earth lagen de concentraties CO2 in de atmosfeer en de gemiddelde wereldwijde temperatuur ver boven de huidige waarden. In de tijd van de Icehouse Earth was de wereld daarentegen koud en schraal, met lage concentraties aan broeikasgassen.

1.1 GREENHOUSE E ARTH: PALEOCEEN–EOCEEN THERMISCH MAXIMUM (PETM)

Het paleoceen en het eoceen waren zeer warme periodes in de recentere geologische geschiedenis van de aarde, met enkele opvallende uitschieters. Vooral de overgang van het paleoceen naar het eoceen, het paleoceeneoceen thermisch maximum of PETM, dat 56 miljoen jaar geleden plaatsvond, was extreem warm (fig. 6.3). Het is een eerste situatie uit het geologische verleden die mogelijk lijkt op onze huidige klimaatverandering. In enkele duizenden jaren steeg de temperatuur, die al hoog was, met nog eens 5 °C. Op de Noordpool was het naar schatting 23 °C. Op Groenland lag geen ijs, maar groeiden er palmbomen en leefden er krokodillen. Rond de evenaar bedroeg de gemiddelde temperatuur ongeveer 37 °C.

Tijdens het paleoceen en eoceen was het CO2-gehalte in de atmosfeer hoog (fig. 6.4), namelijk meer dan 1 000 ppm (tegenover de huidige 420 ppm), wat samenging met hoge temperaturen. Er waren geen ijskappen en de zeespiegel stond vele tientallen meters hoger dan nu.

De oorzaak van de sterke CO2-toename moet zeer waarschijnlijk gezocht worden in het plotseling vrijkomen van grote hoeveelheden methaanhydraat op de oceaanbodem. Methaanhydraat is een vaste, ijsachtige stof waarin grote hoeveelheden methaan zitten. Wanneer methaan vrijkomt in het oceaanwater, oxideert het en ontstaat er CO2. Dat gebeurde toen de temperatuur zo hoog werd (een kantelpunt of tipping point werd bereikt), dat het methaanhydraat instabiel werd en er CO2 ontsnapte naar het oceaanwater en de atmosfeer. Die hoge CO2-waarden leidden tot verzuring van de oceanen en oplossing van kalkskeletten in het zure oceaanwater. Daardoor zijn er geen kalkskeletten terug te vinden in diepzeesedimenten die gevormd zijn tijdens het PETM (fig. 6.5).

©VANIN

Na de CO2-stijging tijdens het PETM werd het warmer waardoor de chemische verwering van oude gesteenten toenam. Daardoor verdween CO2 uit de atmosfeer en werden de oceanen weer minder zuur. Na ongeveer 20 000 jaar begonnen micro-organismen in ondiepe zeeën opnieuw kalkskeletjes te vormen, die terug te vinden zijn in jongere sedimentlagen. Het

1.2 ICEHOUSE E ARTH

1.2.1 OVERGANG VAN EOCEEN NAAR OLIGOCEEN

Ongeveer 34 miljoen jaar geleden, tijdens de overgang van het eoceen naar het oligoceen, begon de aarde sterk af te koelen. In amper 300 000 jaar tijd vond er een plotse afkoeling plaats van ongeveer 5 °C op hoge breedtegraden. In minder dan 100 000 jaar werd Antarctica volledig bedekt met een ijskap. Naarmate die ijskap zich uitbreidde, daalde de wereldwijde zeespiegelstand. Op het noordelijk halfrond ontstonden de eerste ijskappen veel later, zo’n 5 miljoen jaar geleden. De zeespiegel daalde daardoor nog verder.

1.2.2 PLEISTOCENE IJSTIJDEN

Ongeveer 2,6 miljoen jaar geleden begon het pleistoceen met een afwisseling van een aantal glacialen en interglacialen Lange koude periodes, glacialen of ijstijden, wisselden af met kortere warmere periodes van 10 000 tot 15 000 jaar, interglacialen of tussenijstijden. Tijdens een ijstijd daalde de gemiddelde temperatuur op aarde met 5 à 10 °C , waardoor ijsmassa’s op het land en in de gebergten aangroeiden en de zeespiegel daalde. Tijdens de maximale uitbreiding van het landijs in het pleistoceen stond de zeespiegel ongeveer 120 meter lager dan nu. In een tussenijstijd steeg de temperatuur opnieuw, waardoor de ijsmassa’s smolten en de zeespiegel weer steeg.

©VANIN

Een tweede geologische periode die interessant is omdat ze gelijkenissen vertoont met de huidige veranderingen in het klimaat, was de overgang van de laatste ijstijd (weichsel) naar het holoceen. Bij die overgang traden in de loop van enkele duizenden jaren grote temperatuurvariaties op. Vooral de periode tussen 12 900 en 11 500 jaar geleden is bijzonder. Die periode wordt het jonge dryas genoemd (dryas is de naam van een toendraplantje waarvan in die periode veel resten zijn gevonden in boorkernen op land). Nadat de opwarming aan het einde van de ijstijd leek te zijn ingezet, daalde de temperatuur in het jonge dryas in korte tijd

In de gebieden rond de noordelijke Atlantische Oceaan volgde er nog eens een ijstijd van 1 400 jaar. Het jonge dryas was zelfs de koudste periode van de laatste ijstijd. 11 500 jaar geleden kwam het jonge dryas zeer abrupt tot een einde. De temperaturen stegen toen in een razendsnel tempo tot waarden die veel lijken op de huidige waarden. Na die opwarming is het klimaat opmerkelijk stabiel geweest in het holoceen. De opwarming aan het einde van het jonge dryas kan gezien worden als een mogelijk voorbeeld van wat er kan gebeuren als de temperatuur in relatief korte tijd sterk stijgt.

2 ONDERZOEKSMETHODEN

Paleoklimatologen, wetenschappers die het klimaat uit het verleden bestuderen, kunnen geen gebruik maken van directe meetgegevens aangezien die slechts een kleine 200 jaar teruggaan in de tijd. Om het klimaat in een verder verleden te bestuderen, maken zij gebruik van indirecte indicatoren of proxy’s. Voorbeelden daarvan zijn dendrochronologie (analyse van boomringen) en pollenanalyse of palynologie (analyse van stuifmeelkorrels of pollen die bijvoorbeeld in veenlagen gevonden worden). Niet elke methode gaat even ver terug in de tijd. De analyse van boomringen kan gegevens over het klimaat opleveren tot enkele duizenden jaren terug. Onderzoek van ijskernen levert dan weer een reconstructie van het klimaat op die tot maximaal 1,5 miljoen jaar terug in de tijd gaat. De analyse van diepzeesedimenten ten slotte laat toe het klimaat veel verder terug in de tijd te bestuderen. Die sedimenten zijn dan ook één van de belangrijkste klimaatarchieven op aarde.

2.1 DENDROCHRONOLOGIE

Jaarringen bestaan uit zomercellen (breed, licht van kleur) en wintercellen (smal door minder groei, donker van kleur). De jongste jaarringen zitten aan de buitenzijde van de stam. Door de jaarringen te tellen, kent men de leeftijd van de boom. De breedte van de jaarringen is afhankelijk van het klimaat en de groeiomstandigheden van dat jaar. Jaarringpatronen afkomstig van bomen die groeiden in dezelfde regio, kunnen gebundeld worden tot een referentiekalender (fig. 6.10). Met behulp daarvan kan de geschiedenis van het klimaat in een bepaalde regio worden gereconstrueerd en bestudeerd.

©VANIN

2.2 P OLLENANALYSE

Pollen zijn stuifmeelkorrels van zaadplanten. Ze hebben een harde buitenlaag die moeilijk afgebroken wordt. Daardoor blijven ze goed bewaard in afzettingen, meestal in veen- en kleilagen. Elke plantensoort heeft specifieke pollenkorrels. Op die manier kan men de vroegere vegetatie en daarmee ook het klimaat reconstrueren. Deze methode maakt het mogelijk om het klimaat van enkele honderden tot miljoenen jaren geleden in kaart te brengen.

2.3 ANALYSE VAN DIEPZEESEDIMENTEN

In de diepzee zijn de omstandigheden relatief stabiel. Stormen bijvoorbeeld doen zich vooral aan het oceaanoppervlak voor, maar zorgen in de diepzee voor weinig verstoring. In de diepzee heeft dan ook over een lange periode een continue opstapeling van sedimenten plaatsgevonden én er bevinden zich talloze fossielen van organismen met een kalkskelet. Wanneer een boring wordt gedaan in de sedimentlagen, kan men aan de hand van fossielen niet alleen een analyse maken van het zeeleven ten tijde van de vorming van die sedimentlagen, maar ook van de temperatuur van het oceaanwater en de samenstelling van de atmosfeer in die periode. Met diepzeesedimenten kan men tot vele tientallen miljoenen jaren teruggaan in de tijd.

In diepzeesedimenten zijn foraminiferen van groot belang (fig 6.12). Dat zijn kleine, kalkhoudende organismen die kalkskeletjes aanmaken. Foraminiferen halen koolstof en zuurstof uit de oceaan. Van zowel koolstof als zuurstof bestaan verschillende isotopen. Zo bestaat er voor zuurstof naast het meest voorkomende 16O (99,75 %) ook 18O. Paleoklimatologen meten de verhouding tussen 18O en 16O die wordt vastgelegd in het kalkskelet van de foraminiferen.

Bij de verdamping van oceaanwater verdampt vooral het water met lichtere 16O en blijft het zwaardere 18O achter. In warme periodes valt de neerslag terug als regen en vult het de lichtere zuurstofisotoop in de oceanen terug aan. In koude periodes valt een groot deel van de neerslag als sneeuw op het land en wordt er ijs gevormd. De ijskappen die in zo’n koude periode ontstaan, bevatten dus relatief veel 16O. Het zwaardere 18O blijft achter in de oceanen, waardoor foraminiferen relatief veel 18O opslaan in hun skeletjes (fig 6.13). De verhouding tussen 18O en 16O kan zeer nauwkeurig gemeten worden, waardoor de oceaantemperatuur ten tijde van het vastleggen van de isotopen in de foraminiferen vrij goed bepaald kan worden.

nettotransport van waterdamp tijdens een ijstijd

hoe lager de temperatuur, hoe minder water met 18O verdampt

foraminiferen bouwen een kalkrijk skelet op met een samenstelling afhankelijk van de chemische samenstelling van het water

©VANIN

hoeveelheid stof zoutgehalte isotopensamenstelling

samenstelling luchtbellen o.a. CO2- en CH-concentraties

geven informatie over temperatuur

kalkskeletjes van afgestor ven foraminifere n

NATUURLIJKE OORZAKEN VAN CLIMATE CHANGE

ONDERZOEKSVRAAG

WAT ZIJN DE OORZAKEN VAN DE KLIMAATVERANDERINGEN DOORHEEN DE GESCHIEDENIS VAN DE AARDE?

1 VERANDERINGEN IN DE BEWE GING VAN DE AARDE

Bij het ontstaan van de ijstijden hebben de zogenaamde Milanković-variabelen waarschijnlijk een belangrijke rol gespeeld. Die variabelen beschrijven variaties in de vorm van de baan van de aarde rond de zon, de stand van de aardas en de tollende beweging die de aardas maakt. Al die bewegingen worden veroorzaakt door de zwaartekracht en interacties met andere planeten in het zonnestelsel.

De Milanković-variabelen kunnen er samen voor zorgen dat (een deel van) de aarde op sommige momenten minder en op andere momenten meer zonne-energie ontvangt. Op die momenten kan een ijstijd of juist een tussenijstijd getriggerd worden. Door het relatief lage CO2-gehalte en de verdeling van de continenten over het aardoppervlak kon in het pleistoceen het samenvallen van de Milanković-variabelen een ijstijd in gang zetten. Het ijs stapelde zich op en schoof over de landmassa’s van Groenland, Scandinavië en Canada naar het zuiden. Bij een andere stand van de Milanković-variabelen kon een ijstijd weer eindigen en brak er een warmere periode of een tussenijstijd aan. Het huidige holoceen is zeer waarschijnlijk ook zo’n tussenijstijd.

Fig. 6.14 Variaties in bewegingen van de aarde (Milanković-variabelen)

1.1 EXCENTRICITEIT

©VANIN

De excentriciteit geeft aan in welke mate de vorm van de aardbaan rond de zon afwijkt van een cirkel (een cirkel heeft als excentriciteit 0). De baan van de aarde rond de zon varieert van bijna cirkelvormig (excentriciteit 0,005) naar meer ellipsvormig (excentriciteit 0,058) en terug naar bijna cirkelvormig over een periode van 100 000 jaar. Momenteel is de aardbaan bijna een cirkel (excentriciteit = 0,017). Als de aarde zich verder van de zon bevindt, is de stralingsintensiteit lager en wordt het verschil tussen winter en zomer groter.

Op iDiddit vind je een animatie over excentriciteit.

1.2 OBLIQUITEIT

De obliquiteit van de aarde is de inclinatiehoek van de aardas ten opzichte van het vlak van de aardbaan of het eclipticavlak. Die hoek varieert van 21,5° tot 24,5° en terug naar 21,5° in een periode van 41 000 jaar. De obliquiteit bedraagt momenteel 23° 26’ en is kleiner aan het worden. Hoe kleiner de hoek, hoe minder uitgesproken de seizoenen zijn. De zomers zijn koeler doordat de zon minder hoog aan de hemel klimt en de dagen minder lang duren. De winters zijn milder doordat de zon iets hoger aan de hemel klimt en de dagen iets langer duren.

Op iDiddit vind je een animatie over obliquiteit.

1.3 PRE CESSIE

De precessie is de verandering van de richting van de aardas, die een tolbeweging maakt met een periodiciteit van 23 000 jaar. Door die beweging van de aardas verandert het tijdstip waarop de aarde het dichtst bij de zon staat. Nu is dat in de winter van het noordelijk halfrond. De winters op het noordelijk halfrond zijn daardoor minder koud. Over 10 500 jaar zal door de precessie de aarde in januari het verst van de zon staan en zullen de winters op het noordelijk halfrond kouder worden.

Op iDiddit vind je een animatie over precessie.

1.4 BEREKENINGEN WORDEN BEVESTIGD DOOR METINGEN

Milanković berekende de gezamenlijke invloed van de hierboven beschreven variabelen op de inkomende straling van de zon op elke plaats op aarde. Uit zijn berekeningen blijkt dat de effecten het sterkst zijn op 65° breedte, waar de instraling kan verhogen met 25 %. Zijn bevindingen komen overeen met periodes van afkoeling en opwarming tijdens het pleistoceen. Als de variabelen elkaar versterken, treedt er een ijstijd op. Als ze elkaar opheffen, is er een warmere periode (tussenijstijd of interglaciaal; fig. 6.15).

instraling op 65°N

zuurstofisotopen op de diepzeebodem temperatuur koud warm

begin holoceen

weichsel glaciatie

eem interglaciaal

saale glaciatie

holstein interglaciaal

elster glaciatie

©VANIN

G Cromercomplex van glacialen en

2 VERANDERINGEN IN DE STRALINGSBALANS VAN DE AARDE

2.1 ZONNEACTIVITEIT

Wetenschappers onderzochten of de stijging van de temperatuur op aarde te maken heeft met de zonneactiviteit. Een hoge zonneactiviteit verhoogt immers de inkomende straling. Aan het oppervlak van de zon verschijnen dan een aantal zonnevlekken die in een 11-jarige cyclus blijken terug te komen. Tijdens een zonnevlekkenmaximum is de zon 0,1 % helderder dan tijdens een minimum. Dat heeft nauwelijks effect op de gemiddelde temperatuur op aarde: die stijgt met slechts 0,03°. Naast de 11-jarige cyclus varieert de zonneactiviteit (en het aantal zonnevlekken) ook over langere tijdsperioden, wat een invloed kan hebben op de temperatuur.

11 jaarlijks gemiddelde jaarlijkse temperatuurschommeling jaarlijkse zonne-energie

Figuur 6.16 toont echter aan dat er voor de onderzochte periode geen verband is en dat de zonneactiviteit de laatste decennia zelfs aan het dalen is.

Het Maunderminimum, een periode tussen 1645 en 1715 waar zonnevlekken veel minder voorkwamen, wordt in de geschiedenis de ‘kleine ijstijd’ genoemd (fig. 6.17).

2.2 VULK AANUITBARSTINGEN

2.2.1 UIT STOOT VAN GASSEN EN AS

©VANIN

Bij een vulkaanuitbarsting worden as en gassen uitgestoten. Asdeeltjes zorgen voor lokale afkoeling doordat ze het zonlicht tegenhouden. De zwaarste asdeeltjes vallen als eerste neer, terwijl de fijnere as van een grote uitbarsting enkele jaren in de lucht kan blijven hangen. Het meeste gas dat uit een vulkaan komt, is waterdamp. De hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer verandert slechts zo weinig dat het geen invloed heeft op het klimaat. Maar er worden ook andere gassen uitgestoten, zoals koolstofdioxide. Koolstofdioxide is een bekend broeikasgas dat ervoor zorgt dat warmte wordt vastgehouden. Als er door een vulkaanuitbarsting veel koolstofdioxide in de atmosfeer terechtkomt, kan dat wel zorgen voor een wereldwijde opwarming.

Daarnaast worden bij zware vulkaanuitbarstingen zwavelhoudende gassen in de stratosfeer geïnjecteerd. Daaruit vormen zich sulfaataerosolen. Aerosolen zijn minuscuul kleine druppeltjes of stofdeeltjes die in de lucht een nevel vormen. Die nevel zorgt ervoor dat zonnestralen teruggekaatst worden voordat ze het aardoppervlak bereiken. Dat kan leiden tot mondiale afkoeling.

2.2.2 HOOGTE VAN DE VULKANISCHE UITSTOOT

De mogelijke invloed op het klimaat hangt af van de hoogte waarop de vulkanische gassen in de atmosfeer terechtkomen. Hoe hoger dat gebeurt, hoe groter het effect zal zijn. Een uitbarsting die tot 1 à 2 kilometer hoogte reikt, zal dus veel minder effect hebben dan een uitbarsting met een vulkanische pluim die boven de 10 à 15 kilometer hoogte uitkomt. De trage uitwisseling tussen de verschillende lagen van de atmosfeer zorgt ervoor dat vervuiling, zoals vulkanische as, lang kan blijven hangen.

2.2.3 GE OGRAFISCHE LOCATIE VAN DE VULKAAN

Ook de geografische locatie van de vulkaan speelt een rol. In de tropen worden vulkanische as en gassen door luchtstromingen hoger in de atmosfeer gebracht, waardoor ze zich makkelijker over de wereld kunnen verspreiden. Een grote uitbarsting in de tropen kan daardoor wereldwijde gevolgen hebben, terwijl een uitbarsting buiten de tropen vooral gevolgen zal hebben voor het halfrond waarop de vulkaan zich bevindt.

trendlijn temperatuur op basis van uitstoot vulkaanuitbarstingen

gemiddelde temperatuur op het aardoppervlak (in °C)

©VANIN

grote vulkaanuitbarstingen in het verleden

De verschuivingen van de continenten doorheen de geologische tijd veroorzaakten klimaatveranderingen. De spreiding en de ligging van de landmassa’s op aarde beïnvloeden immers het klimaat.

3.1 SPREIDING VAN DE LANDMASSA’S

In tijden van een supercontinent waren veel plaatsen onderhevig aan een landklimaat met droogte en extreme temperatuurschommelingen. Tektonische plaatbewegingen, en dus ook vulkanische activiteit, namen in die perioden af. De concentratie van koolzuurgas in de atmosfeer volgde die dalende trend. De oude, oceanische platen zakten door hun hogere dichtheid weg. Daardoor vormden zich diepe oceaanbekkens, wat leidde tot een verlaagde zeespiegel. Dat was de Icehouse Earth.

Tot ongeveer 600 miljoen jaar geleden, vormden alle zuidelijke continenten (Zuid-Amerika, Afrika, Antarctica, Australië en Indië) het supercontinent Gondwana, wat gepaard ging met een ijstijd. In het cambrium zijn de continenten al een stukje uit elkaar gedreven (fig. 6.21).

De vorming van het supercontinent Pangea leidde tot de carboonpermglaciatie die plaatsvond tussen 325 en 260 miljoen jaar geleden. Die afkoeling werd versterkt door de opkomst van landplanten die massaal CO2 omzetten in O2. Ondanks de lage temperaturen kende West-Europa (het oostelijk deel van Euramerika) een tropisch klimaat omdat het zich in de buurt van de evenaar bevond (fig. 6.22). Het tropisch klimaat in combinatie met de enorme moerasbossen in de kustgebieden zorgden op het einde van het carboon voor de vorming van steenkool.

Daarnaast was er de Greenhouse

Earth zoals in het krijt (fig. 6.23), een warme wereld met hoge concentraties atmosferische broeikasgassen. Dat was een wereld waarin de continenten maximaal van elkaar verwijderd waren, met verhoogde tektonische plaatbewegingen en veel vulkanische activiteit tot gevolg. Jonge oceanen zijn relatief ondiep (lagere dichtheid en dus hogere drijfkracht van jonge oceanische korst), waardoor de zeespiegel relatief hoog was.

3.2 LIGGING VAN DE LANDMASSA’S

Uit de aardse geschiedenis blijkt dat een broeikaswereld eigenlijk de norm is (fig. 6.24). Ook de ligging van de landmassa’s heeft een grote invloed op het klimaat. Als er veel land ter hoogte van de polen ligt, zal er meer ijs op aarde zijn, wat het albedo versterkt. Daardoor zal de temperatuur op aarde dalen en groeien de ijskappen nog verder aan. Zo’n 38 miljoen jaar geleden kwam Antarctica geïsoleerd op de Zuidpool te liggen. Dat was, in combinatie met dalende CO2-concentraties, het startsein voor de groei van de Antarctische ijskappen. Zo was er tijdens het eoceen een zeestroming die van de evenaar naar de Zuidpool liep en warm water aanvoerde. Door de vorming van de zeestraat tussen Antarctica en Zuid-Amerika is het patroon gewijzigd en is er nu een koude zeestroming die de aanvoer van warm water blokkeert (fig. 6.25). Dit zorgde mee voor de groei van de ijskap op Antarctica. Op het noordelijk halfrond kwamen de grote landmassa’s van Eurazië en Noord-Amerika steeds dichter bij de Noordpool te liggen, zodat zich daar zo’n 5 miljoen jaar geleden ook een ijskap ontwikkelde.

©VANIN

GEVOLGEN VAN CLIMATE CHANGE

ONDERZOEKSVRAGEN

HOE ZAL ONS KLIMAAT VERDER EVOLUEREN?

WAT ZIJN DE GEVOLGEN?

1

1.1 TOENAME VAN BROEIKASGASSEN

De laatste decennia ligt de CO2-concentratie in de atmosfeer hoger dan we in de laatste 800 000 jaar gehad hebben. We zien een duidelijke piek sinds 1950 met sindsdien extreem grote hoeveelheden CO2 in de lucht. Zo steeg de concentratie van 320 ppm in 1960 tot ongeveer 370 ppm in 2000 en sinds 2016 is er constant meer dan 400 ppm CO2 in de lucht. Dat is zichtbaar in de Keelingcurve, die de evolutie van de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer bijhoudt. Daarnaast is ook de snelheid van de stijging extreem snel toegenomen, wat niet meer verklaard kan worden door natuurlijke schommelingen in de koolstofcyclus, maar enkel door de impact van de mens.

©VANIN

Om uitsluitsel te geven over de impact van de mens, hebben wetenschappers twee modellen bestudeerd (fig. 6.27): een model waarbij er enkel wordt gekeken naar natuurlijke veranderingen (groene lijn) en een model dat de natuurlijke én menselijke veranderingen in kaart brengt (oranje lijn). Daaruit blijkt duidelijk dat de stijging in temperatuur die we momenteel zien, overeenkomt met het model dat de natuurlijke en menselijke variaties in rekening brengt.

1.2 A ARD VAN DE BROEIKASGASSEN

Onze atmosfeer bestaat voor minder dan 1 % uit broeikasgassen, maar die bepalen wel de temperatuur op aarde. De bekendste zijn koolstofdioxide, methaan en lachgas. De herkomst is te vinden in de tabel hieronder.

FormuleNaam

Menselijke uitstoot door …

H2Owaterdampkoeltorens van thermische centrales

CO2 koolstofdioxideverbranding van fossiele brandstoffen

CH4 methaanlandbouw (rijstvelden, meststoffen, veeteelt …)

N2Olachgas/ distikstofoxide landbouw (meststoffen), chemische industrie en verbranding van fossiele brandstoffen

O3 ozon Er is geen directe menselijke uitstoot van ozon, maar ozon wordt gevormd in de lagere atmosfeer bij de uitstoot van stikstofoxiden en vluchtige organische stoffen.

Sommige broeikasgassen hebben een sterker opwarmend effect dan andere. Het opwarmend vermogen (global warming potential of GWP) geeft weer hoe sterk een broeikasgas de damp-kring opwarmt in vergelijking met CO2 (fig. 6.28).

Minder bekende broeikasgassen zijn de F-gassen, maar ze zijn mede verantwoordelijke voor de klimaatverandering. F-gassen zijn gefluoreerde gassen die gebruikt worden ter vervanging van gassen die de ozonlaag aantasten, bijvoorbeeld in toepassingen zoals airco’s, warmtepompen en koelmachines. Het zijn zeer krachtige broeikasgassen met een effect op de opwarming van de aarde dat 1 000 tot 10 000 keer groter is dan dat van CO2. Gelukkig komen F-gassen niet veel voor op aarde, slechts 2 % van de broeikasgassen die de mens uitstoot, zijn F-gassen.

Niet alle gassen zijn broeikasgassen, dit komt door de vorm van het molecuul en de daarbij horende mogelijkheid tot de absorptie van infraroodstraling. Een molecuul moet kunnen meetrillen met dezelfde golflengte als de straling. Vergelijk het met een stemvork die meetrilt met een bepaalde toonhoogte. Een trillende molecule neemt de warmtestraling in zich op waardoor de lucht errond ook wordt opgewarmd. Zuurstofgas (O2) en stikstofgas (N2) zijn moleculen die uit twee atomen bestaan. Zij zijn dus symmetrisch en kunnen geen warmtestraling opnemen, omdat de elektrische lading niet kan veranderen. Broeikasgassen bestaan uit drie of meer atomen en zijn asymmetrisch, hierdoor verandert de elektrische lading een beetje waardoor ze infraroodstraling kunnen absorberen.

2 INTERGOVERNMENTAL PANEL ON CLIMATE CHANGE

©VANIN

Het Intergovernmental Panel on Climate Change of IPCC is een organisatie van de Verenigde Naties die tot doel heeft de risico’s van de klimaatverandering te evalueren. Het bestaat uit honderden experten van over de hele wereld en publiceert regelmatig rapporten die gebruikt kunnen worden door beleidsmakers, wetenschappers en andere belanghebbenden.

Om de toekomst te voorspellen, maakt het IPCC gebruik van vijf scenario’s voor de uitstoot van broeikasgassen. Die scenario’s combineren de verwachte socio-economische vooruitgang tot 2100 (in het Engels de ‘Shared Socioeconomic Pathways’ of SSP) met de bijbehorende uitstoot van broeikasgassen. Het IPCC kijkt niet alleen naar koolstofdioxide, maar ook naar methaan en enkele andere broeikasgassen.

SSP1-1.9: In het meest optimistische scenario worden netto nulemissies bereikt tegen 2050. Dat betekent dat we even veel broeikasgassen mogen uitstoten als er opgenomen worden. In dit scenario moet de samenleving wereldwijd omschakelen naar duurzame praktijken in plaats van enkel te focussen op economische groei.

- SSP1-2.6: Dit scenario is iets minder optimistisch. Hierbij zal de netto nuluitstoot pas na 2050 bereikt worden en zullen de gevolgen van de klimaatverandering bijgevolg ook groter zijn.

- SSP2-4.5: Dit is het middelste scenario, waarbij de CO2-uitstoot blijft schommelen rond het huidige niveau en pas halverwege de eeuw zal beginnen dalen. Pas na 2100 bereiken we een netto-nuluitstoot.

- SSP3-7.0: In dit scenario zal de huidige uitstoot van CO2 verdubbelen tegen 2100. - SSP5-8.5: Dit is het meest extreme scenario, dat we koste wat het kost moeten vermijden. De huidige CO2 emissies zullen verdubbelen tegen 2050 als gevolg van de groei van de wereldwijde economie.

Op basis van de voorspelde uitstoot van broeikasgassen, proberen wetenschappers in te schatten wat de gevolgen zullen zijn voor ons klimaat. Die inschatting is niet eenvoudig, aangezien er naast de onzekerheid over de hoeveelheid uitstoot, ook tipping points (kantelpunten) kunnen bereikt worden. Die kantelpunten zijn kritische drempels die onomkeerbare veranderingen in het klimaat veroorzaken als ze overschreden worden.

3 GE VOLGEN VAN DE KLIMAATVERANDERING

Door de menselijke uitstoot van broeikasgassen warmt de aarde op. Dat heeft grote gevolgen voor het ecosysteem aarde. Op de onderstaande figuur zie je de mogelijke effecten van de klimaatverandering.

Extreme neerslag Doordat de lucht in een warmer klimaat meer vocht kan bevatten, ontstaan er extremere buien die meer schade zullen aanrichten.

Afsmelten land- en zee-ijs Het smelten van gletsjers brengt op termijn de watervoorziening van miljoenen mensen in gevaar.

Arctische invloed op ons weer

De opwarming is in het Arctische gebied sterker dan in de tropen. Dat kan leiden tot een zwakkere straalstroom. Daardoor verhoogt de kans op langdurig droog of nat weer en aanhoudende warme of koude periodes.

Meer bosbranden Hogere temperaturen leiden tot meer bosbranden.

Migratie van dieren (bv. vissen en vogels)

Door de temperatuurstijging van het water wordt de zee minder aantrekkelijk voor sommige soorten en aantrekkelijker voor andere. Trekvogels overwinteren meer in eigen land. Niet elk dier zal het tempo van de klimaatverandering overleven.

Sterkere orkanen

Doordat de zeewatertemperaturen stijgen, zullen er niet meer orkanen zijn, maar wel zwaardere, aangezien ze meer vocht kunnen opnemen.

Zeespiegelstijging

Als we de uitstoot van broeikasgassen niet verminderen, zal de zeespiegel verder stijgen, met overstromingen en verzilting van de bodem tot gevolg.

Verzuring van oceanen Hogere temperaturen zorgen voor een lagere pH-waarde, wat nadelig is voor organismen met een kalkskelet en het proces van fotosynthese in het water.

Droogte

Door hogere temperaturen is er meer verdamping. De kans op droogte in het voorjaar en in de zomer wordt daardoor groter. Dat zal o.a. de landbouw in sommige regio's bemoeilijken.

Meer migratie van mensen Door de opwarming en de daardoor ontstane droogte en/of overstromingen worden sommige gebieden op aarde zo goed als onmogelijk om te overleven.

Kwetsbaarheid van toerisme De klimaatverandering heeft positieve (bv. meer mooie dagen) maar ook negatieve (bv. minder sneeuw om te skiën) gevolgen.

Meer zomersmog

Door de hogere temperaturen krijgen we vaker met zomersmog te maken.

Schommeling rivierpeil

In de zomer neemt de kans op laagwater in rivieren toe, waardoor de bevaarbaarheid in het gedrang kan komen. In de winter neemt juist de kans op hoogwater toe, met extreem hoge afvoeren tot gevolg.

©VANIN

Steden onder druk

Door de opwarming van de aarde wordt het in steden nog warmer (hitte-eilandeffect). Extreme neerslag en droogte vormen een steeds grotere uitdaging voor steden.

Kwetsbaarheid van planten

Het groei- en bloeiseizoen van planten en (fruit)bomen start vroeger op het jaar.

Meer (tropische) ziektes

Er komen meer teken maar ook andere insecten naar onze streken. Ze kunnen besmettingen met zich meebrengen, zoals met de bacterie die de ziekte van Lyme veroorzaakt.

3.1 VERANDERINGEN IN TE MPERATUUR

3.1.1 E VOLUTIE VAN DE TEMPERATUUR TOT OP HEDEN

Het versterkt broeikaseffect zorgt voor een stijging van de temperatuur op aarde. Sinds 1880 is de gemiddelde temperatuur boven land gestegen met ongeveer 1,5 °C (fig. 6.31). Ook de temperatuur aan het oppervlak van de oceanen is al met 0,5 °C gestegen. De opwarming boven land is groter en schommelt veel meer dan die boven oceanen doordat de opname van warmte door oceanen trager verloopt.

Figuur 6.32 toont grote regionale verschillen in de opwarming van het aardoppervlak. Zo is het noordpoolgebied meer opgewarmd dan de rest van de wereld. De belangrijkste oorzaken hiervoor zijn:

- Het smelten van zee-ijs zorgt voor minder weerkaatsing van zonlicht en meer absorptie van warmte-energie door de oceanen (albedo-effect). Daardoor smelt het zee-ijs nog sneller.

- Zee-ijs zorgt ervoor dat het relatief warme water dat zich onder het ijs bevindt, zijn warmte moeilijk kan afstaan aan de lucht erboven. Hoe meer zee-ijs afsmelt, hoe meer het water zijn warmte ongehinderd kan afstaan aan de lucht erboven.

Ook in de oceanen zien we een ongelijkmatige opwarming. Dat heeft een impact op de zeespiegelstijging van nabijgelegen kustgebieden, maar ook op de biodiversiteit van de oceanen. Warmer water betekent meer verdamping en dus een hoger zoutgehalte, terwijl het in andere delen meer regent, en er dus meer vers water wordt aangevoerd. Wanneer de opwarming in bepaalde regio’s op zee lang duurt, ontstaan er mariene hittegolven. Ook die hebben een negatief effect op de biodiversiteit. De hogere temperaturen in de zee leiden tot een lager zuurstofgehalte en een verzuring van het water, waar veel soorten minder makkelijk in overleven.

Fytoplankton produceert jaarlijks meer dan 50% van alle zuurstof op aarde. Door het warmere oppervlaktewater van de oceanen is er op heel wat plaatsen minder fytoplankton aanwezig. Dat zorgt voor minder fotosynthese en dus voor een daling van de zuurstofproductie. Tegelijkertijd wordt er minder CO2 opgenomen uit de atmosfeer.

©VANIN

3.1.2 E VOLUTIE VAN DE TEMPERATUUR IN DE TOEKOMST

In alle scenario’s stijgt de temperatuur ten opzichte van de referentieperiode 1850-1900, maar er zijn wel grote verschillen. Enkel bij scenario SSP1-1.9, met een zeer lage uitstoot van broeikasgassen, zal het lukken om op termijn onder de 1,5 °C opwarming te blijven. Dat was de ambitie van de klimaatconferentie in Parijs in 2015. Ondertussen vrezen veel wetenschappers dat dit scenario niet meer haalbaar is. Bij het meest extreme scenario SSP5-8.5 zal de gemiddelde temperatuur op aarde tegen 2100 bijna 5 °C hoger liggen dan in de referentieperiode.

Het is belangrijk om te beseffen dat de voorspellingen gebaseerd zijn op modellen, en daarom worden er bij de grafieken telkens foutenmarges of betrouwbaarheidsintervallen weergegeven. Fig. 6.33 toont bijvoorbeeld de foutenmarge van SSP3-7.0 in het rood en die van SSP1-2.6 in het blauw, met een betrouwbaarheid van minstens 90 %.

3.2 SMELTEN VAN IJS

Door de opwarming van de aarde zal het ijs op aarde smelten. Het smelten van zee-ijs heeft geen effect op de stijging van de zeespiegel. Het smelten van landijs in combinatie met thermische expansie zorgt wel voor een stijging van de zeespiegel.

12 % afname van water op het land (meren, rivieren, bodemvocht …)

43 %

21

©VANIN

16 %

45 %

8 % Antarctica

3.2.1 SMELTEN VAN LANDIJS EN ZEESPIEGELSTIJGING

Ongeveer de helft van de zeespiegelstijging zal veroorzaakt worden door het smelten van landijs. Het smelten van de ijskappen in Groenland en Antarctica en de verschillende gletsjers op aarde zullen een grote impact hebben. Wetenschappers voorspellen dat in het meest extreme uitstootscenario tegen 2100 ongeveer 83 % van de gletsjers verdwenen zal zijn en er geen gletsjers meer zullen voorkomen in Europa.

Naast het smelten van het landijs zal ook thermische expansie bijdragen aan een stijging van de zeespiegel. Bekijk daarvoor figuur 6.39, die de zeespiegelstijging weergeeft voor alle uitstootscenario’s. Bij het scenario met de minst extreme uitstoot zal de zeespiegelstijging beperkt blijven tot 50 cm, terwijl ze in het meest extreme scenario oploopt tot bijna 1 meter tegen 2100.

Zelfs als we de uitstoot van broeikasgassen tegen die tijd onder controle krijgen, is er minder goed nieuws op de lange termijn. Het smelten van gletsjers en de stijging van de zeespiegel zullen blijven doorgaan en tegen 2300 oplopen tot meer dan 3 meter bij het SSP1-1.6 scenario en tot bijna 7 meter bij het SSP5-8.5 scenario.

3.2.2 SMELTEN VAN ZEE-IJS

©VANIN

Het smelten van zee-ijs draagt niet bij aan de stijging van de zeespiegel, maar heeft wel grote gevolgen voor het ecosysteem. Dieren die afhankelijk zijn van zee-ijs, moeten zich aanpassen als er minder van is. Zo baren sommige zeehonden hun jongen op ijsschotsen en blijven ze daar gedurende de eerste zes weken van hun leven. Door de opwarming van de aarde smelten de ijsschotsen echter sneller, waardoor de jonge zeehonden gedwongen worden om op jongere leeftijd het water in te gaan, met onderkoeling of hongersnood als gevolg.

Daarnaast verdwijnt ook voedsel dat zich aan de randen van het ijs bevond, waardoor het voor de zeehonden moeilijker wordt om aan voedsel te komen. De voorspellingen tonen dat er in de toekomst zowel bij scenario SSP1-1.9 als bij scenario SSP5-8.5 minder Arctisch zee-ijs beschikbaar zal zijn. Vanaf het scenario van SSP2-4.5 bestaat de kans zelfs dat er vanaf 2050 in september geen ijs meer zal zijn op de Noordpool (fig. 6.41).

3.3 PERM AFROST

Permafrost is het verschijnsel van permanent bevroren ondergrond dat vooral voorkomt op het noordelijk halfrond: in Arctische gebieden zoals Alaska en Siberië en in hooggebergten zoals het Tibetaans Hoogland (fig. 6.42).

In de winter is de grond tot op grote diepte volledig bevroren en in de zomer ontdooit enkel de bovenste laag. Het water kan dan niet in de bevroren grond wegsijpelen, waardoor het gebied erg moerassig wordt.

De bevroren grond van permafrost bevat een grote hoeveelheid dood organisch materiaal. Dat komt door een kort groeiseizoen en de lage temperaturen. Elk jaar in de herfst verdwijnen alle dode planten en dieren in de ‘bodemvriezer’.

IJslaag permanente ijslaag

Permafrostomvang continu (90 tot 100 % van de oppervlakte) discontinu (50 tot 90 % van de oppervlakte) sporadisch (10 tot 50 % van de oppervlakte) geïsoleerde plekken (1 tot 10 % van de oppervlakte)

Dat organisch materiaal bestaat voor een groot deel uit koolstof. In alle permafrost op aarde zit vier keer zoveel koolstof als in alle levende planten en bomen op aarde samen.

©VANIN

De huidige opwarming van de aarde leidt tot het ontdooien van de permafrost, waardoor het organisch materiaal gaat rotten en koolstof omgezet wordt in de broeikasgassen koolstofdioxide en methaan. Vooral het vrijkomen van methaan baart wetenschappers zorgen, aangezien dat een veel sterker broeikasgas is dan koolstofdioxide. Bovendien leidt het ontdooien van de permafrost ook tot het vrijkomen van virussen en bacteriën die in bevroren toestand een sluimerend bestaan leidden. Het is momenteel niet duidelijk of ze het dooiproces overleven. Het smelten van permafrost kan ook leiden tot verzakkingen in transportinfrastructuren (wegen, spoorlijnen, olie- en gasleidingen) en het instorten van gebouwen.

De kaarten hiernaast tonen de gemiddelde jaarlijkse temperatuur in het noordpoolgebied op plaatsen waar in het verleden permafrost aanwezig was. De roze en rode kleuren geven temperaturen aan waarbij de permafrost volledig zal smelten. Bij alle scenario’s wordt verwacht dat er permafrost zal smelten, maar vooral bij het meest extreme uitstootscenario zullen grote delen van de permafrost verdwijnen.

3.4 TERUGKOPPELINGEN BIJ KLIMAATVERANDERING

Positieve terugkoppelingen zijn mechanismen die de opwarming van de aarde versterken. Een voorbeeld is de albedo-terugkoppeling. Sneeuw en ijs weerkaatsen een groot deel van de zonnestraling. Wanneer ze smelten, zal een groter deel van de zonnestraling geabsorbeerd worden. Dat zorgt voor extra opwarming, die leidt tot het smelten van nog meer sneeuw en ijs. Dat effect blijft zichzelf versterken.

OP AARDE

De variabelen worden in kadertjes geplaatst en de pijlen geven de relaties aan tussen de variabelen. Een + bij een pijl wijst op een versterkende relatie (de variabelen bewegen in dezelfde richting), een – bij een pijl wijst op een verzwakkende relatie (de variabelen bewegen in tegengestelde richting). Wanneer een pijl terugkeert naar een eerder gebruikte variabele, is dat een terugkoppeling.

©VANIN

Negatieve terugkoppelingen zijn mechanismen die de opwarming van de aarde verzwakken. De koolstofterugkoppeling is daar een mooi voorbeeld van. Een deel van de hogere CO2-concentratie in de lucht wordt opgenomen door de planten (biosfeer) en de oceanen en verdwijnt daarmee uit de atmosfeer. De biosfeer en de oceanen werken als een soort buffer om de opwarming van de aarde tegen te gaan.

3.5 VERTRAGING VAN HET GOLFSTROOMSYSTEEM

Het Noordpoolgebied warmt aanzienlijk sneller op dan het wereldwijde gemiddelde. Daardoor wordt het temperatuurverschil tussen de evenaar en de Noordpool kleiner. Daarnaast leidt de opwarming van de aarde tot het smelten van ijs. Dat zorgt ervoor dat er aan de polen meer zoet water in de oceaan stroomt.

Het zoetere en warmere water heeft een lager zoutgehalte en is daardoor minder zwaar, waardoor het niet meer zo gemakkelijk naar de zeebodem zakt. Op termijn zal de thermohaliene circulatie daardoor afzwakken en mogelijk zelfs stilvallen.

De oceanen hebben de afgelopen 200 jaar ongeveer de helft van de door de mens uitgestoten CO2 geabsorbeerd. Als de oceaancirculatie vermindert, zal de verdeling van CO2 over grote afstanden echter afnemen. Daardoor kan er minder CO2 worden opgenomen en zal de opwarming van de aarde versnellen. Bovendien leidt een verzwakte oceaancirculatie tot een ophoping van voedingsstoffen op de bodem van de oceaan, wat voor ernstig biodiversiteitsverlies in ons mariene ecosysteem zorgt.

3.6 VER SCHUIVEN VAN KLIMAATZONES EN VERSPREIDINGSGEBIEDEN VAN PLANTEN EN DIEREN

Door de opwarming van de aarde verschuiven de klimaatzones. Dat heeft ook invloed op het verspreidingsgebied van planten en dieren. Er zijn grote verschillen tussen de verschillende scenario’s, maar het is zeker dat een aantal soorten bedreigd worden door de klimaatverandering en er biodiversiteitsverlies optreedt.

3.6.1 A MAZONEGEBIED

Als het Amazonegebied met 2 °C opwarmt, heeft 43 % van de planten in dat gebied de kans om uit te sterven. Bij een opwarming van 4,5 °C zou zelfs 69 % van de planten in die regio kunnen verdwijnen. In de tabel hieronder wordt een onderscheid gemaakt tussen soorten die wel en soorten die geen vluchtmogelijkheden hebben. Sommige dieren, zoals vogels, kunnen zich snel verplaatsen en hun aantallen kunnen daardoor positief evolueren. Amfibieën en reptielen kunnen dat niet zo gemakkelijk; die soorten staan dus onder druk. Temperatuurstijging

3.6.2 MIDDELL ANDSE ZEEGEBIED

In het Middellandse zeegebied zien we gelijkaardige cijfers als in het Amazonegebied. Ook daar zullen vooral de planten veel hinder ondervinden van de klimaatverandering. Maar ook diersoorten komen onder grote druk te staan. Tot bijna de helft van de zoogdieren zou kunnen verdwijnen bij een opwarming van 4,5 °C.

3.7 KLIM AATEXTREMEN

De gevolgen van de klimaatverandering verschillen per regio. Sommige regio’s zullen meer geteisterd worden door overstromingen, andere door hittegolven en nog andere door orkanen. De oceanen zijn bepalend voor het klimaatsysteem en de opwarming van de oceanen maakt het klimaatsysteem instabiel. De waterdamp die vrijkomt uit de oververhitte oceanen zet een turbo op weerpatronen, wat leidt tot zwaardere stormen, hevigere orkanen en extreme regenval. Zo staan er regelmatig grote delen van Pakistan en Bangladesh onder water. Dat zou onder meer te wijten zijn aan een extreme moesson die aangewakkerd wordt door regionale opwarming in de Indische Oceaan. Stormen, zoals jaarlijks in de Golf van Mexico, winnen door de warme zeelucht sneller

©VANIN

4 DE AANPAK VAN CLIMATE CHANGE

ONDERZOEKSVRAAG

HOE PAKKEN WE DE GEVOLGEN VAN DE KLIMAATVERANDERING AAN ZODAT DE AARDE LEEFBAAR BLIJFT?

1 WAT STAAT ER OP HET SPEL?

De gevolgen van de klimaatverandering zijn onmiskenbaar en worden steeds zichtbaarder. Het is ook duidelijk geworden dat menselijke activiteiten de grootste oorzaak zijn van de huidige opwarming van de aarde. Natuurlijke processen, zoals zonne-activiteit en vulkaanuitbarstingen, spelen nauwelijks een rol. Het is van cruciaal belang om verdere opwarming te beperken, omdat de gevolgen alleen maar rampzaliger zullen worden naarmate de temperatuur verder stijgt. Zelfs een kleine toename van 0,1 °C kan een groot verschil maken voor de toekomst. We kunnen de huidige opwarming van ruim 1 °C niet meer terugdraaien, maar het is wel nog mogelijk om een opwarming van meer dan 2 of zeker 3,5 °C te voorkomen. Als we de opwarming van de aarde kunnen begrenzen, zullen de nadelige gevolgen minder groot worden. Het goede nieuws is dat we al weten hoe we dat kunnen doen: door de uitstoot van CO2 te stoppen en de transitie te maken naar een klimaatneutrale samenleving.

2 KLIMAATBELEID

2.1 WIE STOOT HET MEESTE BROEIKASGASSEN UIT?

De verantwoordelijkheid voor de klimaatverandering is niet gelijk verdeeld over alle landen, aangezien sommige landen meer broeikasgassen uitstoten dan andere (fig. 6.55). Het bekijken van de uitstoot per persoon levert ook interessante inzichten op, bijvoorbeeld dat China per persoon slechts een relatief kleine uitstoot heeft (fig. 6.56). Daarnaast is er ook een sterke link tussen broeikasgasuitstoot en rijkdom: de 10 % rijkste mensen zijn verantwoordelijk voor ongeveer de helft van de uitstoot, terwijl de 50 % armste mensen slechts 10 % van de uitstoot veroorzaken (fig. 6.57).

Landen met de grootste uitstoot (1850-2021)

©VANIN

fossiele brandstoffen verandering in landgebruik

Slechts een klein percentage van de mensen is verantwoordelijk voor de uitstoot van broeikasgassen, maar de gevolgen zijn over heel de wereld voelbaar. Er zijn wel grote verschillen tussen rijkere en armere landen in de wereld te vinden. Het Noorden heeft veel uitstoot, maar voor hen zijn de gevolgen kleiner. Het Zuiden daarentegen is verantwoordelijk voor minder uitstoot, maar voor hen zijn de gevolgen veel groter (fig. 6.58). Het klimaatprobleem is dus globaal en het debat moet gevoerd worden met alle landen van de wereld.

2.2 INTERNATIONAAL: KLIMAATCONFERENTIES

De klimaatconferenties van de Verenigde Naties (COP, Conference of the Parties) zijn regelmatig terugkerende vergaderingen waar landen debatteren over de aanpak van de klimaatverandering. In het klimaatakkoord van Parijs (2015) zijn er afspraken gemaakt om de opwarming van de aarde ruim onder de 2 °C te houden, en liefst op 1,5 °C ten opzichte van het pré-industriële tijdperk. De uitstoot van broeikasgassen moet zo snel mogelijk verminderen en de negatieve gevolgen van de klimaatverandering moeten worden aangepakt.

Na het klimaatakkoord van Parijs werd in de daaropvolgende klimaatconferenties lang gediscussieerd over de financiële bijdragen van de verschillende partijen. In de COP27 in Sharm el-Sheikh (2022) werd een schadefonds opgericht om de armere landen te ondersteunen onder het loss & damage-principe (verlies en schade).

2.3 EUROPEES: DE GREEN DE AL

De Europese Unie gaat zelfs verder met de Europese Green Deal. Dat is een ambitieus plan om tegen 2030 de CO2-uitstoot met 55 % terug te brengen ten opzichte van 1990 en Europa tegen 2050 klimaatneutraal te maken. Aan die Green Deal zijn een hele reeks maatregelen gekoppeld die alle sectoren van de economie bestrijken: van het verduurzamen van landbouw en het tegengaan van ontbossing tot het instellen van strenge normen voor energiezuinige gebouwen en het verbod op benzinewagens.

Het Europese systeem voor emissiehandel (ETS) dat voor bedrijven een prijskaartje hangt aan de CO2-uitstoot, wordt vanaf 2027 uitgebreid tot brandstoffen voor de verwarming van gebouwen en voor wegvervoer. Om de extra kosten voor de armste gezinnen te compenseren, wordt een Sociaal Klimaatfonds opgericht. Door de meest kwetsbare consumenten financieel te ondersteunen, wil men een maatschappelijk draagvlak creëren voor de transitie naar een duurzame economie.

2.4

Wetenschappers en beleidmakers zijn het erover eens dat de omschakeling naar een duurzame samenleving zware investeringen vergt. Er zal dus zowel op het niveau van de gezinnen als op maatschappelijk niveau en dat van de bedrijven geïnvesteerd moeten worden. Maar op termijn zal dat renderen. Meer nog: als we niets doen, dan zullen we schade ondervinden die vele keren groter is dan de investeringen die we doen. En hoe langer we wachten, hoe hoger de investeringen zullen oplopen, want de kost van de klimaatschade wordt alleen maar groter. De vraag naar de kostprijs van het klimaatbeleid is dan ook van ondergeschikt belang. Een doorgedreven klimaatbeleid zal op economisch vlak ook positieve effecten hebben, zoals de groei van de groene economie dankzij investeringen in hernieuwbare energiebronnen.

Verschillende landen hebben al geprobeerd om hun uitstoot te verminderen. Zo heeft België

bijvoorbeeld op ruim 50 jaar tijd de uitstoot per persoon kunnen terugbrengen van 14 naar 8 ton. Dat is nog altijd te veel, maar het gaat wel de goede kant op. Ook op wereldwijd niveau is de uitstoot per persoon gestabiliseerd en dus niet verder aan het groeien, ondanks de stijgende wereldbevolking (fig. 6.60).

©VANIN

3 KLIM AATADAPTATIE EN KLIMAATMITIGATIE

Naast de maatregelen die we moeten nemen om het klimaatprobleem onder controle te krijgen, moeten we ons ook aanpassen aan de klimaatverandering. Bij klimaatadaptatie proberen we de kwetsbaarheden van de samenleving te verminderen en ons aan te passen aan de gevolgen van de klimaatverandering. Regeneratie kan daarbij een belangrijke rol spelen, waarbij we ecosystemen herstellen en de natuurlijke veerkracht van de omgeving versterken om zo de gevolgen van de klimaatveranderingen terug te dringen. Bij klimaatmitigatie gaat het over maatregelen die de omvang en de snelheid van de klimaatverandering verminderen.

mitigatie

actie om klimaatverandering te verminderen

adaptatie klimaatverandering

actie om de risico’s van klimaatverandering te verminderen

duurzaam transport

nieuwe energiesystemen

rampenbeheer en bedrijfscontinuïteit

efficiënte energie

waterbesparing

upgrade van infrastructuur

schone energie

3.1 KLIM AATADAPTATIE

educatie

natuurlijke omgeving

bescherming tegen overstromingen

Dit zijn alle maatregelen die de negatieve gevolgen van de klimaatverandering verminderen en nieuwe kansen creëren. Er zijn tal van voorbeelden te geven van klimaatadaptatie, denk maar aan het beveiligen van steden en gebouwen tegen extreem weer, het verbeteren van de waterhuishouding, het aanpassen van landbouwmethoden aan veranderende weersomstandigheden, het opzetten van sensibiliseringscampagnes of noodplannen, enz.

3.1.1 WATERVOORZIENING VOOR SINGAPORE

©VANIN

Voorspellingen tonen dat in de dichtbevolkte stadstaat Singapore de temperatuur en de zeespiegel zullen stijgen en dat het droge seizoen in de toekomst langer zal duren. Om aan die uitdagingen het hoofd te bieden, heeft de overheid werk gemaakt van een watervoorziening die niet enkel afhankelijk is van neerslag.

Eén van de meest indrukwekkende projecten is de bouw van ontziltingsinstallaties en installaties voor het terugwinnen van afvalwater. Tegen 2030 zullen die installaties naar verwachting tot 80 % van de watervraag kunnen dekken. Bovendien is er een groeiend besef dat de watervoorraad niet oneindig kan worden uitgebreid, en wordt er sterk ingezet op sensibilisering van de bevolking over verstandig watergebruik.

3.1.2 ROOM FOR THE RIVER (NEDERL AND)

Rotterdam is als stad dichtbij de zee extra kwetsbaar voor overstromingen als gevolg van de stijgende zeespiegel. Om zich daartegen te beschermen, heeft de stad maatregelen genomen en zich aangesloten bij het project ‘Room for the river’ (ruimte voor de rivier). Dat project is gericht op een betere waterhuishouding en bescherming tegen overstromingen. Het project omvat vier rivieren: de Rijn, de Maas, de Waal en de IJssel. Het uitgangspunt van het project is om mét het water te leven in plaats van ertegen te vechten. Eén van de maatregelen is het verplaatsen van dijken, waardoor de overstromingsvlakte kan groeien. Ook het verhogen van dijken en het verplaatsen van wegen maken deel uit van het project. Daarnaast wordt er sterk ingezet op het creëren van nieuwe natuurgebieden waar het water beter kan worden opgevangen en vastgehouden. Daardoor zullen overstromingen in steden minder vaak voorkomen. Het project heeft als doel om niet alleen de leefbaarheid van de regio te verbeteren, maar ook de biodiversiteit te versterken. Het is een mooi voorbeeld van een natuurlijke oplossing of nature-based solution

3.1.3 DE ZUIDERDOKKEN IN ANT WERPEN

Antwerpen wil tegen 2050 een klimaatneutrale en klimaatrobuuste stad zijn en gaat daarbij voor een integrale aanpak. Die omvat onder andere het energiezuiniger maken van woningen, werkplaatsen en transport, inzetten op meer duurzame energiebronnen (zoals warmtenetten, wind- en zonne-energie en alternatieve brandstoffen), het hergebruik van materialen en grondstoffen en het voorzien van meer ruimte voor water en groen. De heraanleg van de gedempte Zuiderdokken maakt deel uit van die aanpak. Enkele jaren geleden was dit langwerpige plein vooral een bovengrondse parkeerplaats, maar door de bouw van twee ondergrondse parkeergarages kwam het plein vrij voor een andere invulling. Daarbij werd beslist om doorlatende en half-doorlatende verhardingen aan te brengen (in plaats van de oorspronkelijke volledige verharding) en wadi’s aan te leggen. Dat zijn bufferbekkens die hemelwater opvangen dat rustig kan infiltreren in de bodem. Ook zal er aandacht zijn voor hergebruik van water door het regenwater van de daken rondom het plein op te vangen in één grote collectieve hemelwaterput. In droge periodes kan het water uit die put gebruikt worden om planten te besproeien of wegen te reinigen en kan het zelfs opgewaardeerd worden tot drinkwater.

regentuinen

©VANIN

twee wadi’s spelelement met water regentuinen

verlaagde ligweide + ondergrondse buffer

3.2 KLIM AATMITIGATIE

Klimaatmitigatie is gericht op het verminderen van de menselijke bijdrage aan de opwarming van de aarde door de uitstoot van broeikasgassen te reduceren en de opname ervan te verhogen. Zowel technologische vooruitgang als gedragsverandering kunnen helpen om op een duurzame manier met energiebronnen om te gaan.

Het IPCC heeft een schatting gemaakt van de effectiviteit en bijbehorende kosten van verschillende maatregelen bij het terugdringen van broeikasgassen. Daaruit blijkt dat vooral aanpassingen op het vlak van energieverbruik en landgebruik winst kunnen opleveren, aangezien dat de grootste bronnen van broeikasgassen zijn (fig. 6.65).

mitigatie opties

windenergie

zonne-energie

bio-elektriciteit

waterkracht

geothermische energie

nucleaire energie

koolstofwinning en -opslag (CCS)

bio-elektriciteit met CCS

vermindering van methaanuitstoot bij koolstofwinning

vermindering van methaanuitstoot bij winning van olie en gas

koolstofvastlegging in de landbouw

vermindering van methaan- en distikstofoxide-emissies in de landbouw

verminderde ontbossing en verdwijnen van andere ecosystemen

ecosysteemherstel, bebossing, herbebossing

verbeterd duurzaam bosbeheer

minder voedselverlies en -verspilling verschuiving naar evenwichtige en duurzame gezonde voeding

verminderd energieverbruik

efficiënte verlichting, apparaten en apparatuur

nieuwe gebouwen met hoge energieprestaties

hergebruik van bouwmaterialen

verbetering van gebouwen

verbeterd gebruik van houtproducten

zuinige lichte voertuigen

elektrische lichte voertuigen

verschuiving naar openbaar vervoer

verschuiving naar (elektrisch) fietsen

brandstofzuinige zware voertuigen

elektrische zware voertuigen, incl. bussen

energie-efficiëntie in de scheepvaart

energie-efficiëntie in de luchtvaart

biobrandstoffen

energie-efficiëntie

materiaalefficiëntie

verbeterde recyclage

brandstofwisseling (elektriciteit, bio-energie, waterstof)

decarbonisatie van grondstoffen, procesverandering

koolstofafvang en -gebruik (CCS)

cementgebonden materiaalvervanging

vermindering van niet-CO2-emissies

verminderde uitstoot van F-gassen

verminderde methaanuitstoot van vast afval

verminderde methaanuitstoot van afvalwater

potentiële bijdrage aan netto emissiereductie, 2030 (GtCO2-eq. per jaar)

Netto levenslange kosten

Kosten zijn lager dan de referentie 0-20 (USD tCO2-eq.)

20-50 (USD tCO2-eq.)

50-100 (USD tCO2-eq.)

100-200 (USD tCO2-eq.)

Kosten niet toegewezen vanwege grote variabiliteit of gebrek aan gegevens

Onzekerheidsmarge geldt voor de totale potentiële bijdrage aan emissiereductie. De individuele kostenbereiken gaan ook gepaard met onzekerheid.

©VANIN

Bijna 75 % van de globale uitstoot van CO2 en andere broeikasgassen wordt veroorzaakt door energieproductie. Landbouw en ontbossing zijn samen goed voor 20 % (fig. 6.66).

Alleen een grootschalige en geïntegreerde transitie naar niet-fossiele energiebronnen, zoals hernieuwbare energie en kernenergie, in combinatie met CO2-opslag en -hergebruik en duurzame voedselproductie, kan ons helpen de klimaatverandering af te remmen.

3.2.1 HERNIEUWBARE ENERGIE

Wind- en zonne-energie worden gezien als belangrijke en relatief betaalbare oplossingen voor de afbouw van fossiele brandstoffen. Door groeiende investeringen in hernieuwbare energie zijn de kosten van die technologieën aanzienlijk gedaald, waardoor ze steeds vaker worden ingezet om elektriciteit op te wekken.

Drijvende zonnepanelen zijn een innovatieve en duurzame manier om hernieuwbare energie op te wekken en tegelijk bij te dragen aan een positief effect op het milieu. Die panelen produceren groene stroom en helpen ook om de verdamping van water te verminderen. Twee glastuinbouwbedrijven uit Meer bij Hoogstraten hebben samen 3 400 zonnepanelen op hun waterbassins geplaatst. Met die panelen kunnen ze hun serres op een duurzame manier verwarmen en besparen ze maar liefst 9 miljoen liter water per jaar.

3.2.2 KERNENERGIE

Kleine modulaire kerncentrales bieden een schone energiebron zonder broeikasgasemissies, wat helpt in de strijd tegen de klimaatverandering. Aangezien deze centrales klein en modulair zijn, kunnen ze eenvoudig worden aangepast aan de vraag naar elektriciteit, wat bijdraagt aan een efficiënt gebruik van energiebronnen. Ze zijn ook niet afhankelijk van zon en wind, waardoor ze een heel betrouwbare energiebron zijn.

Hoewel kernenergie dus duidelijk voordelen biedt, blijft het een controversieel onderwerp vanwege de risico’s die verbonden zijn aan radioactief afval en mogelijke ongevallen met kernreactoren, zoals in Tsjernobyl en Fukushima. De gevolgen van een eventuele ramp zijn zeer groot en kunnen langdurig zijn. De bouw, het bergen van nucleair afval en het onderhoud van kerncentrales is bovendien zeer duur en kan ten koste gaan van de ontwikkeling van andere vormen van duurzame energie.

3.2.3 KOOLSTOFOPSLAG IN HET CENTRAAL-AFRIKAANSE WOUDBASSIN

Uit onderzoek blijkt dat het Centraal-Afrikaanse woudbassin tussen 2010 en 2020 meer CO2 heeft opgenomen dan het Amazonewoud, namelijk 0,37 gigaton CO2 per jaar tegenover 0,25 gigaton. Dat maakt het woud in Centraal-Afrika belangrijker dan het Amazonewoud als koolstofzuiger. De CO2-opname in Centraal-Afrika is namelijk de voorbije dertig jaar bijna constant gebleven, terwijl ze in de Amazone sterk gedaald is door het kappen van bomen. Het behoud van het Centraal-Afrikaanse woud is van cruciaal belang omdat de opgeslagen koolstof in de bomen en veengebieden gelijk staat aan tien keer de mondiale uitstoot van CO2. Het Centraal-Afrikaans bosinitiatief (CAFI), waar België ook aan bijdraagt, is een belangrijk programma dat tot doel heeft het woud te behouden.

3.2.4 BEBOSSING IN HET KADER VAN CO 2 -OPSLAG

Koolstofopslag is een belangrijk middel om de klimaatverandering tegen te gaan. Jaarlijks komt er wereldwijd 37 miljard ton CO2 in de atmosfeer, waardoor de opwarming van de aarde wordt versneld. Om die jaarlijkse toename volledig te compenseren, is zo’n 35 miljoen vierkante kilometer extra bos nodig, wat ongeveer vier keer de oppervlakte van Australië is. Dat zou 170 miljard dollar kosten.

Het grootste globale initiatief om bossen aan te planten, de Bonn Challenge, streeft ernaar om 3,5 miljoen vierkante kilometer te beplanten, maar het budget is ontoereikend. Sommige geselecteerde locaties zijn bovendien ongunstig wegens hun klimatologische omstandigheden. Toch boekt het initiatief vooruitgang in landen zoals China, Ethiopië en Guatemala. Ook België werkt aan herbebossing. Brussel gaat de grasbermen naast de autosnelwegen bebossen en ook in Vlaanderen wordt het bebossingstempo elk jaar opgevoerd door de tegemoetkoming die de overheid geeft bij het aanplanten van bomen.

3.2.5 KOOLSTOFWINNING EN -OPSLAG (CARBON CAPTURE AND STORAGE, CCS)

Dit zijn projecten die gericht zijn op het opvangen van CO2 uit de uitstoot van industriële bronnen en het opslaan ervan onder de grond, zoals in lege olie- of gasvelden. Er bestaan nog veel onzekerheden rond het gebruik van koolstofwinning en -opslag. Zo wordt er volop onderzoek gedaan naar de effecten op de omgeving en de mogelijke gevolgen voor de gezondheid en de veiligheid.

Noorwegen heeft als eerste land in 1996 een project opgestart in een zoutreservoir op 800 meter diepte onder de zeebodem van de Noordzee. Het wordt gefinancierd door het Noorse staatsolie- en gasbedrijf Equinor en enkele andere bedrijven. Bij het project wordt ongeveer 0,9 miljard ton koolstof per jaar opgeslagen. Dat is relatief weinig in vergelijking met de 37 miljard ton die we jaarlijks uitstoten, maar het opent mogelijkheden voor toepassingen op grotere schaal. In 2023 startte het chemiebedrijf Ineos uit Zwijndrecht met een proefproject waarbij industriële CO2 op 1 800 meter diepte wordt geïnjecteerd in een oud olieveld voor de Deense kust.

3.2.6 BRAND STOFWISSELING

Brandstofwisseling is een belangrijke manier om de impact van de industrie op het klimaat te verminderen. Dat kan bijvoorbeeld door over te stappen op hernieuwbare energiebronnen, zoals biomassa of biogas. Dat is organisch materiaal zoals hout, gras of afval dat door het verbranden of vergassen kan worden ingezet als brandstof. Bij verbranding komt CO2 vrij, maar planten en bomen nemen die tijdens hun groei weer op.

Binnen de industrie is de cementproductie één van de grootste bronnen van CO2uitstoot. Om die uitstoot te verminderen, maakt CEMEX, de op één na grootste cementproducent ter wereld, gebruik van biomassa als alternatieve energiebron. Het bedrijf heeft als doel om zijn uitstoot met meer dan de helft te verminderen door alternatieve brandstoffen te gebruiken en de energie-efficiëntie te verhogen.

3.2.7 GROENE WATERSTOF

Waterstof is een geur- en kleurloos gas dat voornamelijk gebruikt wordt als grondstof in de chemische industrie, maar ook kan ingezet worden als brandstof. Zo rijden er momenteel al bussen en auto’s op waterstof. Het grote voordeel is dat er bij de verbranding van waterstof geen CO2 vrijkomt, waardoor het een propere brandstof kan worden in een klimaatneutrale economie. Het nadeel van waterstof is dat het niet vrij in de natuur voorkomt, maar wordt geproduceerd door water te splitsen in waterstof en zuurstof. Die productie vraagt veel energie. De huidige bron van energie voor de productie van waterstof is voornamelijk afkomstig van fossiele brandstoffen, wat leidt tot een enorme CO2-uitstoot.

In de toekomst kijkt men vooral naar zogenaamde groene waterstof. De productie ervan wordt aangedreven met groene stroom, bijvoorbeeld uit zon en wind. Het Amerikaanse waterstofbedrijf Plug Power gaat zo’n 300 miljoen euro investeren om een nieuwe waterstoffabriek te bouwen op de voormalige site van General Motors in de haven van Antwerpen. Het is vooral een kans om de nodige knowhow op te bouwen voor de toekomst. Daarnaast kan waterstof ook als energieopslag dienen, voor wanneer er niet voldoende wind en zon zijn.

Ons land zal ook groene waterstof moeten importeren uit het buitenland. Daarvoor werden al samenwerkingsakkoorden gesloten met onder meer Chili, Namibië en Oman, landen die volop inzetten op de productie van groene waterstof en waar zonnepanelen en windmolens goed renderen.

3.3 INDIVIDUELE OPLOSSINGEN VOOR DE KLIMAATVERANDERING

Hoewel individuele inspanningen alleen niet volstaan om het klimaatprobleem op te lossen, is het toch belangrijk dat we allemaal ons steentje bijdragen. Een klimaatneutrale samenleving is haalbaar als we onze inspanningen opdrijven. Het is daarom cruciaal dat het politieke beleid omstandigheden creëert waarin duurzame keuzes voor iedereen toegankelijk zijn. Subsidies voor zonnepanelen en warmtepompen gaan momenteel vaak naar wie ze ook zonder subsidies zou aanschaffen. Ook is het belangrijk dat de omschakeling naar elektrische auto’s niet alleen gericht is op salariswagens, maar ook op de ontwikkeling van betaalbare alternatieven voor alle inkomensgroepen. Op die manier kunnen we samen werken aan een duurzame toekomst voor iedereen.

Thuis ledlampen gebruiken

Natte was ophangen

Recycleren

Wasprogramma’s met koud water gebruiken

Je klassieke auto vervangen door een hybride model

Een plantaardig dieet volgen

Je klassieke auto vervangen door een elektrisch model

©VANIN

Thuis duurzame energiebronnen gebruiken

Eén transatlantische vlucht vermijden

Zonder auto leven

Eén kind minder krijgen

KLIMAATVERANDERING

SYNTHESE

VULKAANUITBARSTINGEN

SPREIDING LANDMASSA

DOORHEEN DE GEOLOGISCHE TIJD:

LIGGING LANDMASSA

ONDERZOEKSMETHODEN:

DIEPZEESEDIMENTEN

DENDROCHRONOLOGIE

OPLOSSINGEN:

adaptatie klimaat- verandering

mitigatie

actie om de risico’s van klimaatverandering te verminderen

KLIMAATVERANDERING

IPCC MAAKT VOORSPELLINGEN OVER UITSTOOT VAN CO 2

actie om klimaatverandering te verminderen

rampenbeheer en bedrijfscontinuïteit

upgrade van infrastructuur bescherming tegen overstromingen

HEDEN:

TEMPERATUUR STIJGT

DOOR UITSTOOT VAN BROEIKASGASSEN

duurzaam transport efficiënte energie

schone energie

GEVOLGEN:

GEMIDDELDE IMPACT LAGE IMPACT 0

Natte was ophangen Thuis ledlampen gebruiken

Wasprogramma’s met koud water gebruiken Recycleren

SMELTEN VAN PERMAFROST

Je klassieke auto vervangen door een hybride model

Je klassieke auto vervangen door een elektrisch model Een plantaardig dieet volgen

KLIMAATEXTREMEN

Thuis duurzame energiebronnen gebruiken

Jaarlijkse klimaatbesparingen (ton CO emissiesCO

SMELTEN VAN IJS EN ZEESPIEGELSTIJGING

KLIMAATZONES VERSCHUIVEN

Eén transatlantische vlucht vermijden

Zonder auto leven Eén kind minder krijgen

VERZWAKTE

OCEAANCIRCULATIE

Ruimtelijke ordening

1 ONS RUIMTELIJK BELEID

2 NA AR EEN DUURZAAM RUIMTEGEBRUIK

©VANIN

ONS RUIMTELIJK BELEID

1 DE RUIM TELIJKE INDELING

In een bebouwd gebied worden verschillende functies gecombineerd, zoals wonen, handel en sport. Om die gebouwen te kunnen bereiken, is er een wegennetwerk nodig. Aangezien er op een relatief klein oppervlak veel verschillende functies gecombineerd worden, is een nauwkeurige planning en organisatie noodzakelijk. Door de bebouwde omgeving efficiënt in te richten, kunnen alle gebouwen en functies logisch geïntegreerd worden.

Het verstedelijkingsproces vond plaats in verschillende fasen. In de pre-industriële fase waren de meeste steden klein en afgelijnd, aangezien het grootste deel van de bevolking op het platteland woonde en zich bezighield met landbouwactiviteiten. Dat veranderde tijdens de industriële fase, toen de opkomst van de industrie mensen naar de steden lokte. Daardoor ging de bevolking meer geconcentreerd wonen en moesten er meer functies voorzien worden. De steden begonnen te boomen en urbanisatie vond plaats (fig. 7.1). Het woord urbanisatie vindt zijn oorsprong in het Latijnse woord ‘urbs’, dat ‘stad’ betekent.

©VANIN

Sinds de postindustriële fase, vanaf de tweede helft van de 20ste eeuw, steeg de welvaart en konden steeds meer gezinnen zich een auto veroorloven. Dat opende de deur voor veel gezinnen om meer richting de rand van de stad te gaan wonen, waar meer open, groene ruimtes en ruimere woningen beschikbaar waren. Dat fenomeen wordt suburbanisatie of stadsvlucht genoemd (fig. 7.2). De verbeterde verplaatsingsmogelijkheden zorgden ervoor dat mensen die buiten de stad woonden toch konden profiteren van de vele voorzieningen die de stad te bieden had.

Door de verdere groei van de steden werden de randen opgeslokt door de stad, waardoor mensen nog verder van de stad ging wonen (desurbanisatie). Dat heeft geleid tot veel leegstand in de stadskernen. Vanaf het begin van de 21ste eeuw vond er een sociologische en economische verstedelijking van het platteland plaats (rurbanisatie).

Dat heeft geleid tot een toename van functies in de stadsranden en een verdere verdichting van het wegennetwerk, met veel files richting de stad tot gevolg. Door die ongewenste gevolgen zagen mensen opnieuw de voordelen van wonen in de stad: tal van voorzieningen zijn dichtbij. Door straten verkeersluw te maken waardoor mensen meer openbaar vervoer gebruiken, zijn er weinig files in de stadskern. Een proces van re-urbanisatie kwam op gang (fig. 7.3).

2 TIJDLIJN VAN RUIMTELIJKE ORDENING IN BELGIË

Net als andere landen heeft ook België het verstedelijkingsproces (fig. 7.4) doorgemaakt zoals hierboven beschreven. In 2023 stond België op de 14de plaats van de wereld als het gaat om de verstedelijkingsgraad in vergelijking met andere landen (fig. 7.5).

©VANIN

Het is vanzelfsprekend dat een goede ruimtelijke ordening belangrijk is om de ruimte gestructureerd in te richten. België was één van de laatste Europese landen die ruimtelijke ordening tot stand bracht. Het was een bijzonder traag en moeizaam proces en in vergelijking met het actieve beleid van ruimtelijke planning in Nederland, zijn er duidelijke verschillen te zien, zoals bijvoorbeeld de urban sprawl. Dat is de verspreiding van stedelijke gebieden in open (agrarische) ruimte in de buurt van de stad.

De eerste wet over de ruimtelijke ordening, de gemeentewet, werd ingevoerd in 1844. Die wet was erg beperkt: je moest enkel een vergunning aanvragen als je als privaat persoon een pand wilde bouwen dat grensde aan een bestaand gebouw. Verder mocht iedereen vrij kiezen waar en hoe ze wilden bouwen. Hoewel de industriële revolutie voor veel tewerkstelling in de stad zorgde, probeerde de overheid met behulp van de ontwikkeling van een spoor- en buurtspoorwegennet de arbeiders op het platteland te houden.

In de 19de eeuw werd het antistedelijk beleid gepromoot door de katholieke strekking om te voorkomen dat arbeiders onder de stedelijke invloed massaal socialistisch werden. De katholieke invloed was groter op het platteland. Bovendien waren de steden in die tijd overbevolkt, wat leidde tot slechte leefomstandigheden en weinig hygiëne. Daardoor ontstond een eerste vorm van pendelen. Dat beleid betekende de start van de suburbanisatie en de urban sprawl.

Tijdens de Eerste Wereldoorlog veranderde er weinig in de ruimtelijke ordening van België. Er werd een nieuwe wet gestemd over de heropbouw van getroffen dorpen, maar daar bleef het bij. Na de Tweede Wereldoorlog deed zich een vergelijkbare situatie voor, hoewel België relatief weinig schade had geleden in vergelijking met onze buurlanden. De wet De Taeye werd in die periode van kracht en stimuleerde mensen om goedkope privéwoningen te bouwen. De mensen konden hoge leningen krijgen tegen lage rentetarieven en ontvingen subsidies om hun huis te bouwen. Die subsidie was gebaseerd op een basisbedrag van 24 200 BEF (ongeveer 600 euro), aangevuld met bedragen, afhankelijk van de grootte van de gemeente waar men wilde bouwen, het aantal kinderen in het gezin en andere factoren. De stijl en het type woning waren volledig vrij te kiezen.

De naoorlogse periode ging dus in zonder duidelijke planning of visie voor de ruimtelijke ordening in België. In combinatie met de naoorlogse welvaartsgroei, de demografische groei (de babyboom) en de economische ontwikkeling, leidde dat tot een snelle, ongestructureerde toename van bebouwing en infrastructuur. Functies, zoals bijvoorbeeld wonen en industrie, konden in die tijd ook gecombineerd worden en er was een grote vrijheid om te bouwen waar en hoe men wilde. Dat resulteerde in grote verschillen in huizen en het verschil tussen stad en platteland vervaagde. Helaas kwamen de landelijke landschappen onder druk te staan door de snelle verstedelijking en bebouwing.

2.2 TIJD VOOR VERANDERING

In 1962 werd eindelijk actie ondernomen om de wildgroei aan verkavelingen en lintbebouwing tegen te gaan. De ‘wet houdende de organisatie van de ruimtelijke ordening en van de stedenbouw’ werd gestemd en legde een wettelijke basis voor toekomstige groei. Het was de eerste wet rond ruimtelijke ordening in België. Ze gaf de centrale overheid een belangrijke rol in het beheer van de ruimte en legde de gemeenten een uitvoerende rol op. Er heerste met andere woorden een groeiend ruimtelijk bewustzijn.

3.1 HET GEWESTPLAN

In 1979 ontstond het eerste gewestplan voor Brussel, waarin bestemmingen werden vastgelegd voor verschillende delen van het grondgebied. Oorspronkelijk was dat een bevoegdheid van de Belgische staat, waardoor het gewestplan werd opgemaakt voor het volledige grondgebied. Het plan werd niet altijd even nauwkeurig nageleefd: zo werden er in Brussel bijvoorbeeld kantoorgebouwen gebouwd op plaatsen waar volgens het plan woningen voorzien waren. Dat kon gebeuren doordat de vraag naar kantoorgebouwen op bepaalde locaties groter was dan de vraag naar woningen en de druk om daaraan te voldoen te groot werd. Het plan heeft wel gezorgd voor een gestructureerd wegennetwerk in de hoofdstad. Pas met de regionalisatie in 1989 kregen het Brussels Gewest en de gemeenten meer autonomie en konden ze hun eigen wetgeving gebruiken. Dat leidde tot de ontwikkeling van belangrijke instrumenten voor het verbeteren van de leefomstandigheden in de stad, zoals ontwikkelingsplannen, bestemmingsplannen, het richtplan van aanleg en stedenbouwkundige verordeningen. Die instrumenten hebben als doel om op een duurzame manier te voorzien in de sociale, economische, erfgoedkundige en milieubehoeften van de gemeenschap.

3.2 ONT WIKKELINGSPLANNEN

Wegennet

Stedelijk weefsel

Water

Groen

Spoorweg

Wijkmonitor

Wijkmonitor

Gemeentegrens

Gewestgrens

Kanaal

Grote stedelijke weg

Invalsweg

Ring

Spoorlijn

Station

Groot station

Universitaire pool

Kanaalgebied

Sociaal-geographisch zwakke ruimte

Stedelijk centrum

Hyperstadcentrum

Hyperstadcentrum

Interwijken centrum

Wijkcentrum

©VANIN

De ontwikkelingsplannen (ook wel strategische plannen genoemd) bepalen wat de gewenste doelstellingen en de ontwikkelingsmogelijkheden van een bepaald gebied zijn. Daarbij wordt rekening gehouden met economische, sociale en culturele behoeften van het gebied, maar ook met evoluties op het vlak van mobiliteit en milieu. Deze plannen zijn enkel richtinggevend: dat wil zeggen dat de overheid zich er wel aan moet houden, maar dat de plannen regelmatig aangepast kunnen worden. Er bestaat een Gewestelijk Ontwikkelingsplan (GewOP) en een Gemeentelijk Ontwikkelingsplan (GemOP). Sinds 2009 wordt het woord ‘duurzaam’ toegevoegd aan het plan, waarbij rekening wordt gehouden met de pijlers van duurzame ontwikkeling. We spreken sindsdien van het ‘Gewestelijk Plan voor Duurzame Ontwikkeling (GPDO)’ (fig. 7.11).

3.3 BESTEMMINGSPLANNEN

Bestemmingsplannen geven aan welke functies op een bepaalde locatie mogen uitgeoefend worden. Zo zal een bepaalde plaats enkel ingericht mogen worden voor huisvesting, handel of kantoren of als groene ruimte. Het Brussels Hoofdstedelijk Gewest heeft daarvoor het Gewestelijk Bestemmingsplan (GBP) opgesteld, dat verplicht is voor het hele gebied. Sommige gemeenten hebben als aanvulling op het GBP ook een Bijzonder Bestemmingsplan (BBP) gemaakt.

Het GBP bestaat uit zes verschillende kaarten:

Kaart 1 spreiding van de bestaande activiteiten; dit is dus een momentopname van het gewest

Kaart 2 rechtstoestand van bepaalde plaatsen (bv. erfgoed- of milieubescherming)

Kaart 3 bodembestemmingskaart: geeft aan of er op een perceel gebouwd mag worden en welk type bebouwing is toegestaan

Kaart 4 toelaatbare kantooroppervlakte

Kaart 5 wegennet

Kaart 6 openbaar vervoersnetwerk

De bestemmingsplannen zijn bindend en moeten door iedereen nageleefd worden. Ze vormen dan ook de basis om een stedenbouwkundige vergunning te verkrijgen bij een wijziging, zoals de bouw van een nieuw gebouw.

Structurerende ruimten structurerende ruimten

Bestemmingen water woongebieden met residentieel karakter typische woongebieden gemengde gebieden sterk gemengde gebieden stedelijke industriegebieden gebieden voor havenactiviteiten en vervoeren administratiegebieden gebieden van collectief belang of van openbare diensten ondernemingsgebieden in stedelijke omgeving

spoorweggebieden groengebieden groengebieden met hoogbiologische waarde parkgebieden koninklijk domein gebieden voor sport- of vrijetijdsactiviteiten in de open lucht begraafplaatsgebieden bosgebieden landbouwgebieden gebieden van gewestelijk belang groenreservegebieden Linten voor handelskern

GCHEWS

GCHEWS

Punten van wisselend gemengd ruimten

©VANIN

• Punten van wisselend gemengd ruimten

Transitparkeerplaats

Transitparkeerplaats

Winkelgalerijen

G Winkelgalerijen

Gebieden van gewestelijk belang met uitgestelde aanleg

GBUA Bos Bos

3.4 HET RICHTPL AN VAN AANLEG

Een relatief nieuw instrument voor ruimtelijke ordening is het Richtplan van Aanleg (RPA), dat voor het eerst werd opgenomen in het Brussels Wetboek voor Ruimtelijke Ordening in 2018 (fig. 7.13). Het RPA heeft betrekking op specifieke delen van het gewest. Wanneer een bepaalde plaats in het Brussels Hoofdstedelijk Gewest een nieuwe bestemming moet krijgen om te voldoen aan de huidige behoeften, wordt er een RPA opgesteld.

3.5 STEDENBOUWKUNDIGE VERORDENINGEN

Het Brussels Hoofdstedelijk Gewest heeft ook regels opgesteld over de bouwvoorschriften van een gebouw nadat de bestemming ervan bepaald is via het GBP. Zo moet een gebouw voldoen aan bepaalde hoogte-, volume-, vormgevings- en stevigheidseisen, die zijn vastgelegd in de Gewestelijke Stedenbouwkundige Verordening (GSV). Daarnaast geldt er op gemeentelijk niveau ook een stedenbouwkundige verordening, de GemSV, die niet alleen het gebouw zelf behandelt, maar ook de directe omgeving ervan.

4 RUIM TELIJKE ORDENING IN VLAANDEREN

4.1 HET GEWESTPLAN

©VANIN

In de jaren zeventig van de vorige eeuw werden de eerste gewestplannen opgesteld, die tot op vandaag onze omgang met de ruimte bepalen. Oorspronkelijk vielen deze plannen onder de bevoegdheid van de Belgische staat en bestreken ze het hele grondgebied. Vanaf 1980 verschoof de bevoegdheid naar de gewesten.

Een gewestplan is een ruimtelijk plan waarin bijna per perceel de exacte bestemming is vastgelegd. De meest voorkomende bestemmingen zijn woonzones, industriezones, natuurgebieden en landbouwgebieden. Politieke aspecten speelden een grote rol bij de invulling van deze plannen. Zo werd onder andere de ruimtebehoefte die een financiële meerwaarde bood overschat. Bovendien werden in het licht van de voorspelde bevolkingsgroei in Vlaanderen heel wat woonuitbreidingsgebieden voorzien.

In eerste instantie werd de bevolkingsgroei overschat, waardoor veel woonuitbreidingsgebieden onbebouwd bleven. Ondertussen zijn bijna alle gebieden wel bebouwd. In 2020 bereikte de Vlaamse overheid een akkoord over de bouwshift. Door een stolp te zetten over de woonuitbreidingsgebieden zodat deze niet ontwikkeld kunnen worden, wilde men de resterende open ruimte die werd ingekleurd als woonuitbreidingsgebied alsnog beschermen. Lokale besturen krijgen de verantwoordelijkheid en vrijheid om tegen 2040 te beslissen wat er met die gronden zal gebeuren.

Het opmaken van het gewestplan bracht een belangrijk voordeel met zich mee: er ontstond wettelijke zekerheid doordat de bestemming van de grond zwart op wit werd vastgelegd. De overgebleven groene ruimtes werden deels beschermd door bestemmingen vast te leggen. Helaas werd het gewestplan zonder globale visie en op een te gedetailleerde manier opgesteld. Bovendien waren de plannen te ‘statisch’, wat betekent dat enkel de eindtoestand werd weergegeven. Uiteindelijk is het gewestplan ook verouderd. Niet alleen de stedenbouwkundige inzichten, maar ook de maatschappij evolueerde sterk. Toch bleef het plan ongewijzigd. Indien men wijzigingen wilde doorvoeren, duurde dit al snel 5 à 10 jaar, wat niet langer houdbaar was in een snel evoluerende maatschappij Dat alles maakt dat de gewestplannen tot op vandaag verdere verstedelijking en doorgedreven versnippering toelaten.

Woongebied

Woonuitbreidingsgebied

Woongebied met landelijk karakter

Gebied voor ambachtelijke bedrijven

Landbouwgebied

Bosgebied

Groengebied

Recreatiegebied

Gebied voor gemeenschapsvoorzieningen

Industriegebied

4.2 HET RUIMTELIJK STRUCTUURPLAN VLAANDEREN (RSV)

©VANIN

Omdat de gewestplannen geen visie hadden op de toekomst van de ruimtelijke ordening, werd in 1997 het Ruimtelijk Structuurplan Vlaanderen (RSV) opgemaakt. Het RSV heeft als doel tot een duurzame ruimtelijke ontwikkeling te komen, wat betekent dat het voorziet in de behoeften van de huidige generaties zonder daarbij die van de toekomstige generaties in gevaar te brengen. Toegepast op de Vlaamse ruimtelijke ordening betekent dat: het stedelijk weefsel herwaarderen en de open ruimte maximaal behouden (Vlaanderen open en stedelijk).

Een belangrijk verschil met de vroegere gewestplannen is dat een ruimtelijk structuurplan om de vijf à tien jaar moet bijgewerkt worden om in te spelen op de maatschappelijke veranderingen. Het is een dynamisch beleidsplan dat zorgt voor flexibiliteit op het vlak van evoluties, terwijl de continuïteit wordt verzekerd door het kader dat het biedt. Het RSV is een beleidsplan dat richting geeft aan de ruimtelijke ordening, maar het biedt geen bindende afspraken of verplichtingen.

4.2.1 PRINCIPES VAN HET RSV

De visie kan vertaald worden in vier ruimtelijke principes:

stedelijk gebied

structuurondersteunend kleinstedelijk gebied

kleinstedelijk gebied op provinciaal niveau

stedelijk netwerk

Vlaamse Ruit

stedelijk netwerk groot aaneengesloten gebied van het buitengebied buitengebied verbinding

rivier- en beekvallei

hoofdwaterweg

hoofdweg

HST-lijn / internationale spoorlijn

IJzeren Rijn kern van het buitengebied

Principe 1: Concentratie (van functies) in stedelijke gebieden, verstedelijking intensiveren

POORTEN

zeehaven

luchthaven

HST-station

Dit betekent concreet dat er optimaal gebruik moet worden gemaakt van de bestaande stedelijke structuren en dat de verwachte groei van nieuwe woningen, infrastructuur, bedrijventerreinen … bij voorkeur wordt opgevangen op die plaatsen waar al een concentratie van die bepaalde functies aanwezig is. Dat principe staat ook bekend als ‘gedeconcentreerde bundeling’.

©VANIN

Bij gedeconcentreerde bundeling ligt de nadruk op het bundelen van maatschappelijke functies in de kernen. Daarbij wordt ook rekening gehouden met het bestaande spreidingspatroon. De Vlaamse Ruit (tussen Antwerpen, Leuven, Brussel en Gent) is een voorbeeld van zo’n gebied. Daar zijn verschillende functies doelgericht verweven en gebundeld, waarbij economische activiteiten door woonzones lopen en het gebied doorkruist wordt door autosnelwegen, spoorwegen, buurtwegen, enz.

Principe 2: Poorten als motor van ontwikkeling

Hierbij gelden de ‘poorten’ van Vlaanderen als motor voor de ontwikkeling. Die poorten zijn plaatsen waarlangs grote hoeveelheden goederen of personen het grondgebied binnenkomen of verlaten en waar intensieve economische activiteiten plaatsvinden. Wegens hun internationaal belang zijn ze de motor van de economische ontwikkeling in Vlaanderen.

Deze poorten zijn de zeehavens van Antwerpen, Gent, Zeebrugge en Oostende (samen met de regionale luchthaven van Oostende), inclusief de internationaal georiënteerde logistieke parken, de stations voor de hogesnelheidstrein (Antwerpen en Brussel) en de internationale passagiers- en vrachtluchthaven van Brussels Airport.

Principe 3: Infrastructuur als bindteken

Vlaanderen heeft een uitgebreid netwerk van water-, spoor- en autowegen, waardoor de stedelijke gebieden in en buiten Vlaanderen met elkaar verbonden zijn.

Bij de plaatskeuze wordt rekening gehouden met zowel het mobiliteitsprofiel van de activiteit als het bereikbaarheidsprofiel van de plaats. Zo spelen bijvoorbeeld de Schelde, de Maas en de IJzer een belangrijke rol als structurerende waterwegen en beschikt België over verschillende internationale spoorverbindingen.

Principe 4: Natuurlijke structuur als ruggengraat

De bestaande fysische systemen, zoals het netwerk van beek- en riviervalleien en de openruimteverbindingen (corridors), structureren de ruimte. Die groene zones moeten gerespecteerd worden.

©VANIN

Openruimteverbindingen voorkomen het aan elkaar groeien van de bebouwde gebieden en verbinden de buitengebieden met elkaar. Ze moeten de verdere versnippering van de open ruimte tegengaan en de biodiversiteit instandhouden.

4.2.2 PROVINCIAAL RUIMTELIJKE STRUCTUURPLAN (PRS) EN GEMEENTELIJK RUIMTELIJK STRUCTUURPLAN (GRS)

Het RSV is de kapstok voor het ruimtelijk beleid in Vlaanderen. Dat plan biedt een ruim kader waaraan de provinciale en gemeentelijke overheden zich moeten houden. Elk beleidsniveau (provincie en gemeente) heeft daarnaast ook een eigen en gedetailleerder ruimtelijk structuurplan. Een Gemeentelijk Ruimtelijk Structuurplan (GRS) richt zich naar het Provinciaal Ruimtelijk Structuurplan (PRS), dat zich op zijn beurt richt naar het Ruimtelijk Structuurplan Vlaanderen. Het uitgangspunt is dat beslissingen genomen worden op het meest geschikte bestuursniveau. Dat is het zogenaamde subsidiariteitsprincipe

Het Ragheno-project in Mechelen is een goed voorbeeld van de implementatie van het ruimtelijk beleid. Anno 2023 is het een ongeorganiseerd industriegebied met vervuiling, maar de stad heeft plannen om er een aantrekkelijk en duurzaam stadsdeel van te maken. Het doel is om wonen, werken en ontspannen te combineren in een groene omgeving op korte afstand van het stadscentrum. Wandelen en fietsen in een autovrije omgeving staan centraal, zo wordt omschreven in het RUP (zie 4.2.3). Deze herinrichting moet echter in overeenstemming zijn met het GRS van Mechelen, en de herinrichting en de omliggende wegen moeten passen binnen het PRS, dat op zijn beurt is afgestemd op het RSV. Zo zorgt elk beleidsniveau voor een coherent ruimtelijk beleid.

Beleidsniveau Ruimtelijk structuurplan

Vlaams Gewest RSV (Ruimtelijk Structuurplan Vlaanderen)

provincie PRS (Provinciaal Ruimtelijk Structuurplan)

gemeente GRS (Gemeentelijk Ruimtelijk Structuurplan)

natuurlijk baken rivier- of beekvallei stedelijk gebied specifiek economisch knoopppunt

1 grootstedelijk Antwerpen

2 haven

3 bebouwd perifeer landschap

4 Antwerpse gordel

5 stedelijk landschap

Mechelen - Sint-Niklaas

6 Mechelse

7 rasterlandschap poort van provinciaal niveau poort van van Vlaams niveau concentratiegebied glastuinbouw hoofdweg kanaal groen

8 Turnhoutse

9 open Kempen

10 rustig grensgebied

©VANIN

11 Kempische as

12 Albertkanaal

13 Kleine Nete

14 Grote Nete

4.2.3 RUIMTELIJK UITVOERINGSPLAN (RUP)

LEGENDE grens plancontour RUP grens deelgebied RUP recht van voorkoop wonen stedelijke economie verkeers- en vervoersinfrastructuur station waterweginfrastructuur

SG stedelijk groen scheidingslijn tussen parkkamers jachthaven verbinding voor langzaam verkeer

X-Y verbinding voor gemotoriseerd verkeer wegeinde ontsluitingspunt op Arsenaalverbinding

X minimale breedte van openbaar domein

Y type weg

A = lokale ontsluitingsweg

B = erfontsluitingsweg

C = weg voor occasioneel verkeer

X(Y) stedelijke ontwikkeling indicatieve bouwlijn scheidingslijn tussen bouwblokken

X nummer bouwblok

Y type bouwblok S = sluitend bouwblok

R = Ragheno bouwblok

©VANIN

P = parkbouwblok

A = autonoom bouwblok toren

X maximaal aantal bouwlagen waardevol erfgoed kantelmomenten

De uitvoering van de ruimtelijke structuurplannen gebeurt via de ruimtelijke uitvoeringsplannen (RUP). Een RUP is een plan dat bestaat uit een grafische voorstelling van het gebied in combinatie met stedenbouwkundige voorschriften rond bestemming, inrichting en verkeer. Het kan nieuwe bestemmingen geven aan de bodem en zo het gewestplan vervangen.

4.3 BELEID SPLAN RUIMTE VLAANDEREN (BRV)

4.3.1 OPVOLGER RSV

Het Beleidsplan Ruimte Vlaanderen, dat in 2018 werd goedgekeurd door de Vlaamse regering, bouwt verder op het RSV maar bevat ook enkele duidelijke veranderingen. Het plan probeert een antwoord te bieden op de vraag hoe Vlaanderen er in 2050 moet uitzien en houdt daarbij rekening met veranderende maatschappelijke contexten én de klimaatverandering. Het besef groeit namelijk dat er meer ruimte moet worden vrijgehouden en dat het beter is om bestaande ruimtes op een efficiëntere manier in te richten dan kernen uit te breiden met extra ruimtebeslag

4.3.2 KERNK WALITEITEN

De strategie bevat tien kernkwaliteiten die kunnen bijdragen aan een kwaliteitsvolle inrichting en een optimaal beheer van de ruimtelijke structuur (fig. 7.26). Door de ruimte te benaderen vanuit economische, sociale en ecologische invalshoeken en door in overleg te gaan met inwoners en belanghebbenden, streeft men naar een duurzame inrichting van de ruimte.

©VANIN

Het uitgangspunt is dat er bij het (her)inrichten van ruimte rekening wordt gehouden met deze kernkwaliteiten. Elke kernkwaliteit staat in relatie

tot de andere. Het combineren ervan in eenzelfde project zorgt in principe voor een opwaardering van het in te richten gebied. Bijgevolg verbetert de leefomgevingskwaliteit, niet alleen voor de mens, maar ook voor de natuur. In de praktijk is het echter niet haalbaar om voor elk gebied alle kernkwaliteiten te realiseren. Er zal dus een afweging gemaakt moeten worden welke kwaliteiten prioriteit krijgen.

4.3.3 RUIMTELIJK RENDEMENT

Centraal binnen het beleid staat de transformatie van de ruimte. Daarbij speelt het verhogen van het ruimtelijk rendement een cruciale rol. Die term, die ook gelinkt wordt aan de bouwshift, heeft als doel nieuwe verharding van de open ruimte te beperken en slecht gesitueerd ruimtebeslag te herlokaliseren of terug naar de oorspronkelijke toestand te brengen. Zo krijgen eigenaars van woonuitbreidingsgebieden bijvoorbeeld een planschadevergoeding om ervoor te zorgen dat deze open ruimtes open blijven. Het beleid streeft ook naar meervoudig ruimtegebruik, waarbij eenzelfde ruimte geschikt is voor verschillende gebruikers op verschillende momenten.

4.3.4 ENKELE VOORBEELDEN

Het monument bij de ingang van de Duitse Militaire Begraafplaats in Hooglede is ontworpen met twee belangrijke kernkwaliteiten in gedachten, namelijk ‘herkenbaarheid, leefbaarheid en aantrekkelijkheid’ en ‘erfgoed en landschappen’. De betonnen platen op de vloer creëren een gebroken vloereffect, dat het gebroken landschap na de Eerste Wereldoorlog nabootst.

De Vleeshalle in Mechelen, vroeger bekend als de plaats waar Mechelse slagers hun koopwaar aanboden, werd in 2019 getransformeerd tot een eetmarkt waar verschillende standjes maaltijden uit verschillende werelddelen aanbieden. Naast eetgelegenheden biedt de hal ook ruimte voor vergaderingen, workshops en evenementen. Tijdens de renovatie en modernisering werd de traditionele structuur van het gebouw behouden, terwijl de hal volledig werd gerenoveerd. De kernkwaliteiten die in dit project een rol spelen zijn onder andere: ‘economische vitaliteit’, ‘gedeeld en meervoudig ruimtegebruik’, ‘robuustheid en aanpasbaarheid’, en ‘erfgoed en landschappen’.

©VANIN

De mijnsite in Eisden heeft de afgelopen jaren een ware transformatie ondergaan. Vroeger werd hier steenkool en grind ontgonnen, maar nu is het voormalige hoofdkwartier van de mijn omgebouwd tot een luxehotel. Ook de schachtbokken hebben een nieuwe functie gekregen, namelijk als uitkijktoren over het Nationaal Park Hoge Kempen. De kernkwaliteiten die in dit project een rol spelen, zijn ‘economische vitaliteit’, ‘gedeeld en meervoudig ruimtegebruik’, ‘robuustheid en aanpasbaarheid’ en ‘erfgoed en landschappen’.

NAAR EEN DUURZAAM

RUIMTEGEBRUIK

1 DE WAARDERING VAN HET BELGISCHE LANDSCHAP

De waardering van landschappen is tijds- en persoonsgebonden. Landschappen hebben verschillende soorten waarden, zoals de cultuurhistorische, esthetische en natuurwetenschappelijke waarde.

De cultuurhistorische waarde van het landschap is afhankelijk van verschillende criteria, zoals de aard van het landschap (bv. stedelijk of landelijk, open of gesloten), de context, de informatiewaarde, de zeldzaamheid en de kwaliteit (fig. 7.31).

Een landschap heeft een esthetische waarde als de waarnemer de schoonheid ervan kan waarderen. De esthetische waarde van een landschap wordt beïnvloed door verschillende factoren, zoals het unieke karakter, de stilte, de geur, enz. (fig. 7.33). Als een gebied complexer wordt en de ruimtelijke ordening afneemt, zal de esthetische waarde van het landschap afnemen en kan er chaos en wanorde ontstaan.

De natuurwetenschappelijke waarde van een landschap hangt af van geomorfologische en biologische kenmerken, zoals de variatie aan fauna en flora, maar ook het reliëf (fig. 7.32).

©VANIN

2 DUURZA AMHEID IN HET RUIMTEGEBRUIK

2.1 HET BE GRIP DUURZAAM

Sinds 1987 wint het begrip ‘duurzaamheid’ aan belang. De term werd in dat jaar geïntroduceerd in het Brundtlandrapport van de World Commission on Environment and Development (WCED). Het idee achter duurzaamheid is dat ontwikkeling moet voldoen aan de levensbehoeften van de huidige generatie, zonder afbreuk te doen aan die van toekomstige generaties. Daarbij wordt gefocust op economische, sociale en leefomgevingsbehoeften.

In vorige jaren kwamen al enkele duurzaamheidsmodellen aan bod, zoals de pijlers van duurzaamheid (people, planet, partnership, peace en prosperity), het donutmodel en de sustainable development goals. Binnen dit laatste valt duurzaam ruimtegebruik onder doel 11: ‘duurzame steden en gemeenschappen’.

2.2 HET NUT VAN DUURZAAM RUIMTEGEBRUIK

Vandaag woont bijna 60 % van de wereldbevolking in urbane gebieden. Die steden vormen een complex systeem waarbinnen tal van maatschappelijke, culturele en economische functies samenkomen. Elke stad heeft doorheen de geschiedenis eigen kenmerken ontwikkeld, waarbij de geografische situatie, sociaal-politieke stelsels en economische afhankelijkheid de basis vormden voor hoe ze er vandaag uitziet. Hoewel het resultaat kan variëren van plaats tot plaats, vormen de steden wel bijna allemaal de bron voor klimaat- en milieu-uitdagingen.

©VANIN

Om die uitdagingen aan te pakken, nemen lokale overheden en autoriteiten actie. Ze worden daarbij ondersteund door de Europese Commissie, die jaarlijks een prijs uitreikt aan de stad die de meeste duurzame interventies heeft doorgevoerd. Op de lijst van winnende steden staan onder andere Stockholm, Hamburg, Kopenhagen, Lissabon en Tallinn. Alle steden streven naar hetzelfde doel: de leefbaarheid verhogen. Hoe ze deze transitie naar stedelijke duurzaamheid vormgeven, hangt af van hun unieke kenmerken en de keuzes die ze maken.

3 GE VOLGEN EN OPLOSSINGEN VAN HET GEBREK AAN RUIMTELIJK BELEID IN BELGIË

In België is de ruimte sterk versnipperd, waardoor veel kleine landschapselementen verdwijnen, zoals struiken en bomen. Helaas leidt dat ook tot een groot biodiversiteitsverlies doordat de migratie en verspreiding van diersoorten moeilijker wordt. Daarnaast gaan ook traditionele landschappen verloren, bijvoorbeeld in landbouwgebieden waar grote loodsen worden gebouwd.

landbouw grasland natuur huizen en tuinen transport industrie handel en diensten andere

Vlaanderen en Brussel bevatten een schat aan bouwkundige, landschappelijke en archeologische relicten. Dat onroerend erfgoed is een belangrijke bron van informatie voor ons collectief geheugen en bepaalt de culturele identiteit van deze ruimte. Ook dit kan verloren gaan als gevolg van de versnippering. Er zijn echter nog veel voorbeelden die aangehaald kunnen worden en net daarom moeten we bewuster omgaan met het ruimtegebruik en denken in termen van duurzaamheid. Deze problematieken doen zich echter niet alleen voor in de versnipperde ruimte, maar sommige kunnen ook in de stad zelf onderscheiden worden.

3.1 GROOT RUIMTEBESLAG EN SPREIDING VAN FUNCTIES

Onder ruimtebeslag verstaan we het gebruik van ruimte voor bijvoorbeeld woningen, industrie, commerciële doeleinden, transportinfrastructuur of recreatie. De invulling van de ruimte leidt vaak tot een strijd tussen de verschillende ruimtegebruikers. Voor het Vlaams Gewest is het ruimtebeslag ruim 33 %, en voor het Brussels Hoofdstedelijk Gewest ligt dit getal nog hoger.

3.1.1 PROBLEE M

Sinds de start van de industriële evolutie is de bebouwde ruimte sterk uitgebreid. In 1990 werd ongeveer 12,5 hectare per dag ingenomen door huisvesting, transportinfrastructuur, recreatieve, industriële of commerciële doeleinden. Hoewel dat aandeel ondertussen is afgenomen tot ongeveer 6 hectare, staan we nog altijd voor een grote uitdaging. De afgelopen decennia is het steeds moeilijker geworden om infrastructuur en dienstverlening efficiënt te organiseren doordat steden zich steeds verder uitstrekken en het ruimtebeslag in sommige gemeenten boven de 50 % is gestegen. Om een gezonde leefomgeving te creëren, is open ruimte essentieel. Ze is niet alleen onze bron van zuurstof, maar verlaagt ook de temperatuur in de stad, biedt een plek van rust en voorziet ons van voedsel.

2000 - 10 % verhard

2050 - 20 % verhard

bebouwd land akkerland grasland bos wateroppervlak

3.1.2 OPLOSSING: RUIMTELIJK RENDEMENT VERHOGEN

Stadsinbreiding en -verdichting bieden een oplossing om het groeiend aantal inwoners van steden te huisvesten, maar dat moet wel gepaard gaan met aandacht voor kwaliteitsvol wonen, groene ruimte en voldoende openbaar vervoer. Door niet-ontwikkelde zones of verlaten terreinen in de stad te bebouwen (stadsinbreiding) en door te kiezen voor kleinere wooneenheden en hoogbouw (verdichting), kan de uitbreidingsdrang naar nul hectare per dag worden teruggebracht (bouwshift). Beide oplossingen vormen dus de basis om ons ruimtebeslag aan te pakken en zo extra open ruimte te creëren of het extra gebruik ervan in elk geval te beperken.

©VANIN

Bij stadsinbreiding maakt men meestal een onderscheid tussen greenfield sites en brownfield sites. Brownfield sites zijn locaties waar een investeringsmaatschappij verlaten, commerciële of industriële terreinen gebruikt om er nieuwe ontwikkelingen van te maken. Deze gebieden zijn vaak gelegen in een stedelijke kern en hebben een rijke historische waarde. Maar deze gebieden vormen ook een uitdaging omdat ze bijvoorbeeld bodemverontreiniging met zich meedragen. Greenfield sites zijn locaties die nog niet ontwikkeld zijn en vaak aan de rand van de stad liggen. Deze terreinen kennen nog geen menselijke invloeden waardoor er veel flexibiliteit is voor de ontwikkelaar. Het nadeel is dat het ontwikkelen van deze gebieden de natuurlijke leefomgeving verstoort.

Een andere oplossing is het samenbrengen van verschillende activiteiten in dezelfde ruimte, wat ‘verweving van functies’ wordt genoemd. Zo kan een schooldomein buiten de schooluren dienst doen als publieke ruimte, of kan de parkeerplaats van een winkel gebruikt worden als parking voor een nabijgelegen cultuurcentrum.

3.2 VER SCHILLENDE WOONTYPOLOGIEËN

De Belgische liefde voor een vrijstaande woning met tuin wordt vaak samengevat met de uitdrukking ‘een baksteen in de maag hebben’, gestimuleerd door de Wet de Taeye.

3.2.1 PROBLEE M

Veel mensen dromen van een eigen huis met een tuin, wat helaas leidt tot een vergroting van ons ruimtebeslag en verlies van open ruimte. Een gebrek aan ruimtelijk beleid heeft er bovendien voor gezorgd dat mensen hun huizen naar eigen wens konden ontwerpen, waardoor een mix van woontypologieën is ontstaan die het landschap verstoren en de esthetische waarde ervan verminderen.

3.2.2 OPLOSSING: ALTERNATIEVE WOONTYPES

De trend naar zuiniger ruimtegebruik werd al ingezet. Tussen 1997 en 2010 is de gemiddelde grootte van kavels in Vlaanderen met ongeveer 35 % afgenomen. Bovendien worden alternatieve woonvormen zoals cohousing, kangoeroewonen en tiny houses steeds populairder, waardoor mensen aangepast kunnen wonen en de vraag naar nieuwe woningen zal afnemen. Op esthetisch vlak worden ook steeds meer regels opgelegd, maar die worden op gemeentelijk niveau vastgelegd.

3.3 S OCIALE SEGREGATIE

In een stad wonen mensen met uiteenlopende achtergronden en sociale statussen samen. De bewoners maken gebruik van dezelfde openbare voorzieningen en infrastructuur.

3.3.1 PROBLEE M

In een stedelijke omgeving kan de sociaaleconomische ongelijkheid toenemen. De oververtegenwoordiging van een bepaalde bevolkingsgroep (arm of rijk) in een deel van de stad, wordt sociale segregatie genoemd. Hierdoor komt de sociale cohesie in het gedrang. Ontmoetingen moeten dwars door alle lagen heen gaan, maar bovendien zorgt dit ook voor een negatieve invloed op de deelname aan het hoger onderwijs of het vinden van een job. Sociale segregatie beperkt ook de ontwikkelingskansen.

©VANIN

In Brussel heerst bijvoorbeeld een grootschalige armoedesegregatie, die wel drie keer zo hoog is als in Amsterdam. Dat wordt vermoedelijk veroorzaakt door de ruimtelijke ordening van de stad, waarbij de armere bevolking zich in het noordwesten bevindt en de rijkere bevolking in het zuidoosten (fig. 7.45). Die situatie bestaat al lange tijd: het noordwesten, ook wel bekend als de ‘arme benedenstad’ (doordat het lager gelegen is), werd vroeger al bewoond door arbeiders, terwijl de rijkere burgers voornamelijk in het zuidoosten woonden.

3.3.2 OPLOSSING: HERINRICHTING VAN WIJKEN EN GENTRIFICATIE

Er zijn twee manieren om de herinrichting van wijken aan te pakken. De eerste aanpak is de place-based aanpak. Daarbij vertrekt men van van het idee dat wijken kunnen worden geüpgraded door verouderde gebouwen te vervangen door gerenoveerde of nieuwbouwwoningen, waardoor de omgeving er een pak aantrekkelijker uitziet. Op die manier probeert men de criminaliteit of verloren ruimte in de stad tegen te gaan. Er vindt gentrificatie plaats. Een mogelijk gevolg daarvan is dat die opgewaardeerde buurten onbetaalbaar worden voor de armere bevolking.

Daarnaast is er ook de people-based oplossing. Daarbij richt men zich op het creëren van sociale interactie door ontmoetingen mogelijk te maken in openbare ruimtes zoals bibliotheken en zwembaden, of via de aanleg van zit- en speelplaatsen. Die interacties kunnen pas plaatsvinden nadat er enkele ingrepen hebben plaatsgevonden in de wijk. Om ervoor te zorgen dat die ontmoetingen ook tussen verschillende groepen plaatsvinden, is het van groot belang om dergelijke voorzieningen te behouden in de armere wijken.

3.4 VERLIES VAN LANDSCHAPSELEMENTEN

Door het stijgende bevolkingsaantal groeien de steden steeds verder, waardoor landschappen aangetast worden.

3.4.1 PROBLEE M

Zoals eerder gezegd wordt België gekenmerkt door een schat aan bouwkundige, landschappelijke en archeologische relicten. Dat onroerend erfgoed is een belangrijke bron van informatie voor ons collectief geheugen en bepaalt mee de culturele identiteit van de ruimte. We mogen het niet verloren laten gaan door versnippering. Ook kleine landschapselementen zoals struiken, hagen en bloemenperken moeten beschermd worden. Daarnaast staat ook de openheid van het landschap onder druk, onder andere door de bouw van loodsen, veeteeltbedrijven en nieuwe verkavelingen.

©VANIN

3.4.2 OPLOSSING: NATUURCOMPENSATIE

Hoewel ontbossen slechts uitzonderlijk mogelijk is in Vlaanderen en Brussel, en een omgevingsvergunning daarbij noodzakelijk is, keurt men deze vergunning in sommige gevallen goed. Om het verlies van bos in België te compenseren, is het verplicht om gelijkwaardig bos aan te planten bij ontbossing. Er zijn twee opties om aan die verplichting te voldoen: via een financiële bosbehoudsbijdrage die gebruikt wordt om op een andere plaats een nieuw bos aan te planten, of door zelf ergens anders bos aan te planten.

3.5 AF WATERING VAN NEERSLAG

Wanneer het regent, moet dat water ergens naartoe. Het kan insijpelen in de bodem of getransporteerd worden via riolen.

3.5.1 PROBLEE M

Het ruimtebeslag in Vlaanderen is zo hoog dat een groot deel van de bodem ondoorlatend is geworden. De effectieve verharding van de Vlaamse bodemoppervlakte bedraagt 16 %. In regenrijke periodes is er sprake van wateroverlast omdat het water niet in de grond kan dringen en bovendien een groot deel afgevoerd wordt van akkers en weilanden via drainage. In droge periodes is het peil van het grondwater te laag.

3.5.2 OPLOSSING: BLUE DEAL

Sinds 1970 heeft Vlaanderen bij benadering 75 % van zijn natte natuur verloren. Om de strijd tegen droogte en waterschaarste structureel aan te pakken, kwam de Vlaamse regering in 2020 met een plan om infiltratie te bevorderen en de opslag van water te stimuleren.

Om de infiltratie van regenwater te bevorderen, werd een wet aangenomen die bepaalt dat bij het bouwen of verbouwen van een woning slechts een bepaald percentage van het perceel verhard mag worden. Het exacte percentage verschilt van gemeente tot gemeente. Sinds 2023 is er ook het Vlaams kampioenschap Tegelwippen. Bijna 150 gemeenten nemen het tegen elkaar op om zoveel mogelijk te ontharden (‘tegels te wippen’).

Verder worden ook steeds meer wachtbekkens en gecontroleerde overstromingsgebieden aangelegd om overstromingen te voorkomen. Daarnaast wordt een groenblauwe dooradering voorzien binnen het ruimtelijk beleid. Dat houdt in dat er meer groen en water voorzien wordt in het stedelijk gebied, zodat het water beter kan infiltreren en overstromingen en waterschaarste beter beheersbaar worden.

3.6 HIT TE-EILANDEFFECT

Gemiddeld gezien ligt de temperatuur in steden hoger dan in omringende landelijke gebieden. Dat verschijnsel krijgt de naam stedelijk hitte-eilandeffect

3.6.1 PROBLEE M

©VANIN

Natuurlijke elementen zoals grasvelden, vijvers en parken hebben een afkoelend effect, terwijl stenen juist warmte vasthouden en zorgen voor een hogere temperatuur in de stad. Meestal is het temperatuurverschil tussen die gebieden beperkt tot maximaal 4 °C, maar soms kan het oplopen tot wel 7 à 8 °C.

‘s Nachts koelen de bovenste luchtlagen af, waardoor die lucht daalt en de vervuilde, warme lucht naar onder wordt geduwd.

3.6.2 OPLOSSING: AFKOELING MET WATER

Uchimizu, een Japanse traditie, biedt een snelle oplossing voor het hitteeiland-effect. Daarbij wordt water over de omgeving gesprenkeld om de bodem af te koelen en stof in de lucht te laten neerdalen. In Tokyo wordt die techniek steeds vaker toegepast, maar het hoge waterverbruik is wel een belangrijk aandachtspunt.

Voor de oplossingen op lange termijn wordt vaak gezocht naar veranderingen op vlak van constructies, kleuren en breedtes van de straten, maar de meest efficiënte oplossing is het aanbrengen van vegetatie en water. Open water verlaagt namelijk de luchttemperatuur door enerzijds warmte op te slaan en anderzijds energie te onttrekken door water te laten verdampen. Vegetatie brengt koelte en schaduw en is bovendien ook aangenaam en aantrekkelijk.

3.7 MOBILITEIT

Om ons te verplaatsen naar ons werk, winkels of vrijetijdsbesteding maken we gebruik van verschillende transportmogelijkheden.

3.7.1 PROBLEE M

De toename van verkeer vormt een bedreiging. Doordat lintbebouwing vaak ver(der) van voorzieningen en/of het openbaar vervoer gelegen is, hebben veel mensen de neiging om snel de auto te nemen. De toegang tot het openbaar vervoer vanaf een bepaalde plaats, wordt beschreven als de knooppuntwaarde Doordat mensen meer de auto nemen om bij voorzieningen te komen, ontstaan er problemen zoals congestie, parkeerproblemen, luchtvervuiling en een verminderde veiligheid.

©VANIN

D4 – knooppuntwaarde beperkt en voorzieningen beperkt

D3 – knooppuntwaarde beperkt en voorzieningen matig

C4 – knooppuntwaarde beperkt en voorzieningen goed

C3 – knooppuntwaarde beperkt en voorzieningen zeer goed

D2 – knooppuntwaarde matig en voorzieningen beperkt

D1 – knooppuntwaarde matig en voorzieningen matig

C2 – knooppuntwaarde matig en voorzieningen goed

C1 – knooppuntwaarde matig en voorzieningen zeer goed

B4 – knooppuntwaarde goed en voorzieningen beperkt

B3 – knooppuntwaarde goed en voorzieningen matig

A4 – knooppuntwaarde goed en voorzieningen goed

A3 – knooppuntwaarde goed en voorzieningen zeer goed

B2 – knooppuntwaarde zeer goed en voorzieningen beperkt

B1 – knooppuntwaarde zeer goed en voorzieningen matig

A2 – knooppuntwaarde zeer goed en voorzieningen goed

A1 – knooppuntwaarde zeer goed en voorzieningen zeer goed

3.7.2 OPLOSSING: NIEUW VERKEERSBELEID

Om het probleem van congestie aan te pakken, wordt de bevolking bewust gemaakt van hun bijdrage aan het ontstaan ervan. Veel gemeenten investeren in fietsverbindingen en promoten openbaar vervoer en autodelen als alternatieven om de verstopping van het verkeersnetwerk tegen te gaan.

Verschillende steden hebben hun verkeersbeleid aangepast om de leefbaarheid te bevorderen, bijvoorbeeld door de invoer van voetgangerszones, eenrichtingsstraten en verplichte zone 30. In Antwerpen, Gent en Brussel werden in de stadskern lage emissiezones ingevoerd. De Waalse regering plant om vanaf 1 januari 2025 over het hele grondgebied een lage-emissiezone in te stellen. Uit onderzoek blijkt dat bijna 2 op de 3 steden een fietsstraat geïntroduceerd hebben en dankzij betere infrastructuur zoals fietspaden en bruggen is de verkeersveiligheid weer toegenomen. Dat vertaalt zich ook in de cijfers: sinds 2000 is het aantal verkeersdoden met bijna 52 % afgenomen en het aantal zwaargewonden met 45 %. Ook het aantal fietsslachtoffers daalt, al is het tij weer aan het keren door de recente toename van speedpedelecs, e-bikes en steps.

RUIMTELIJKE ORDENING IN BELGIË

Ontwikkelingsplannen

Gewenste doelstellingen en ontwikkelingsmogelijkheden

• GewOP

• GemOP

• GPDO

Ruimtelijk structuurplan Vlaanderen

Duurzame ruimteontwikkeling:

4 principes

• PRS

• GRS

Subsidiariteitsprincipe

Ruimtelijk uitvoeringsplan

Uitvoeren RSV

Bestemmingsplannen

Vastleggen bestemming van een locatie

• GBP

• BBP

Richtplan van aanleg

Stedenbouwkundige verordening

Beleidsplan Ruimte Vlaanderen

Opvolger RSV

Bouwshift

DUURZAAM RUIMTEGEBRUIK

GEVOLGEN VAN DE VERSNIPPERING IN BELGIË ZIJN GROOT

Groot ruimtebeslag en spreiding functies

Ruimtelijk rendement verhogen

Verschillende woontypologieën

Alternatieve woontypes

Sociale segregatie

Verlies landschapselementen

beperkte aanvulling grondwaterreserves

Afwatering van neerslag

Gentrificatie

Natuurcompensatie

Blue deal

©VANIN

Stedelijk hitte-eiland effect

Afkoeling door water en vegetatie

Mobiliteit

Verkeersbeleid

©VANIN

BODEMS WORDEN GEVORMD

1 WAT IS EEN BODEM?

1.1 BODE MKUNDE OF PEDOLOGIE

De bodem is de bovenste laag van los gesteente waarin dieren leven, planten hun wortels uitstrekken en waar ze de benodigde voedingsstoffen en water kunnen vinden. De dikte van de bodem varieert van enkele centimeters tot ongeveer een meter. Dagzoomt er hard gesteente, dan is de bodemlaag afwezig. In een ontsluiting (fig. 9.1) of wanneer je een boring uitvoert, zie je in de bodem verschillende lagen met hun eigen typische kleur en dikte. Het duurt honderden tot duizenden jaren voordat zo een bodem gevormd is. Grond is een mengsel van vaste bestanddelen (zand, silt en klei), water en lucht.

De bodem is tevens de contactzone tussen lithosfeer, atmosfeer, hydrosfeer en biosfeer. De wetenschap die zich met deze studie bezighoudt heet de pedologie of bodemkunde, niet te verwarren met de geologie of aardkunde, die de ondergrond bestudeert.

1.2 WAARUIT IS EEN BODEM OPGEBOUWD?

©VANIN

Het abiotische materiaal bestaat uit bodemmineralen (45 %). Het omvat deeltjes met een verschillende korrelgrootte: zand, silt en klei. Hoe groter de korrels, hoe groter de poriën ertussen en hoe meer doorlatend een bodem is. Het biotische materiaal (5 %) of de organische stof bestaat uit levende plantenwortels en dieren, planten- en dierenresten in verschillende stadia van ontbinding en micro-organismen en hun afscheidingen. Tussen de korrels bevinden zich poriën die opgevuld zijn met water en/of lucht (50 %).

Korrelgrootte (1 μm = 0,001 mm)

Klei0 en 2 μm

Silt2 μm en 63 μm

Zand63 μm en 2 mm

zand silt

klei organisch materiaal

Op iDiddit vind je een animatie over de doorlatendheid van de bodem.

Fig.

1.3 ONT STAAN VAN GRONDEN EN HUN VOORKOMEN IN BELGIË

Verweringsgronden ontstaan ter plaatse uit het harde moedergesteente. Zandsteen verweert tot zand, kleisteen en leisteen tot klei. Je vindt ze vooral ten zuiden van Samber en Maas. Wanneer het materiaal aangevoerd is van elders spreek je van afzettingsgronden. Deze bedekken het gebied ten noorden van Samber en Maas.

Het grootste deel van de bodems in Laag- en Midden-België is gevormd in windafzettingen van zand (zandgronden) en silt (leemgronden) tijdens de laatste ijstijd in het pleistoceen: het zijn de eolische gronden. In het holoceen zette de zee kleilagen af, waarin zich de belangrijkste bodems in de polders ontwikkelden. In de riviervlaktes vind je rivierafzettingen terug. Afzettingen door water noem je alluviale gronden

1.4 DE ZUURTEGRAAD VAN EEN BODEM

duinen

Bodemdeeltjes bedekt door alluviale sedimenten

dekzand

zandleem

löss

minder afgezet en gedeeltelijk geërodeerd

eolische gronden

alluviale gronden

verweringsgronden

De beschikbaarheid van voedingsstoffen voor planten wordt sterk beïnvloed door de pH van de bodem. Het ideale bereik voor de meeste planten ligt tussen 5 en 7,5. Zure grond heeft in het algemeen een pH-waarde tussen pH 5 en pH 6,5. Er zijn planten die juist graag in zo’n grond groeien, zoals heide en brem. Andere planten zoals buxus of lavendel groeien liever in neutrale of kalkhoudende bodem (pH 6,5 tot 8).

pH-schaal

uiterst zuurtegraadbereik normaal zuurtegraadbereik

bosbes, zoete aardappel peterselie, radijs, rozemarijn wortel, aardappel, basilicum bonen, peper, tomaten broccoli, kool, ajuin bieten, sla, spinazie paprika

uiterst zuurtegraadbereik normaal zuurtegraadbereik

©VANIN

2 FACTOREN DIE DE BODEMVORMING BEÏNVLOEDEN

Bodems zijn het resultaat van eeuwenlange processen die op de grond inwerken (fig. 9.6).

2.1 DE A ARD VAN HET BODEMMATERIAAL

In het moedergesteente ontbinden de mineralen elk op hun eigen manier:

- Bij graniet zal kwarts verweren tot kwartszand.

- Kleisteen en leisteen verweren tot bijna ondoorlatende klei die talrijke natrium- en kaliumzouten bevat.

De doorlatendheid of de porositeit van het gesteente is afhankelijk van de korrelgrootte. Die is van belang voor de waterhuishouding. De mineralen en doorlatendheid bepalen de vruchtbaarheid van de bodem:

- In klei- en leemgronden ontwikkelen zich van nature vruchtbare bodems. Leem en vooral klei hebben een kleine korrelgrootte en zijn rijk aan mineralen.

- Zand is arm aan voedende bestanddelen en is daarbij heel doorlatend, waardoor mineralen snel uitspoelen of uitlogen

- Kalksteen is doorlatend en rijk aan mineralen. Bij verwering verdwijnt het mineraal calciet (CaCO3) door oplossing. De meestal fijne onzuiverheden blijven over als verweringsklei. Dit is de modder die je bijvoorbeeld in grotten aantreft.

©VANIN

2.2 DE BIOLOGISCHE ACTIVITEIT

In de bodem leven verschillende organismen zoals schimmels, bacteriën, mijten, kevers, (regen)wormen … Je vindt er een kwart van de biodiversiteit op aarde. Een rijk bodemleven zorgt ervoor dat bodemprocessen optimaal verlopen. De organismen breken dood plantenmateriaal af tot voedingselementen met als restproduct humus, wat de bodemstructuur verbetert.

2.3 HET KLIM AAT

2.3.1 DE TE MPERATUUR

Hoe hoger de temperatuur, hoe sneller chemische verwering van de mineralen toeneemt. Ook de activiteit van de bodembacteriën neemt toe, zodat organisch materiaal sneller verteert. - Bij tropische bodems worden vrijgekomen mineralen enerzijds snel opgenomen door planten, maar anderzijds spoelen mineralen snel uit vanwege de overvloedige neerslag. Dat zorgt voor weinig voedingsstoffen in de bodem en dat maakt deze weinig vruchtbaar.

Grote temperatuurcontrasten bevorderen dan weer de fysische verwering, zoals vorst- en dooiwerking in koude gebieden. In woestijnen zorgt thermische stress, dat is het afwisselend uitzetten en inkrimpen door grote temperatuurschommelingen van het gesteente, voor het verbrokkelen ervan.

©VANIN

2.3.2 DE NEER SLAG

Vermits de meeste chemische reacties doorgaan in water, neemt de verwering ook toe met de hoeveelheid neerslag. De verweringszone in de tropen kan daarom erg dik zijn. In woestijnen is er door gebrek aan water geen chemische verwering.

2.4 DE TOPOGRAFIE

Hellingsprocessen zijn verantwoordelijk voor het naar beneden glijden of afspoelen van het verweerd materiaal. Als de bovenste vruchtbare laag wegspoelt, treedt bodemerosie op.

verwering van gesteente gebeurt ongeveer even snel als het afspoelen bodemdikte

hellingserosie

9.10 Verband tussen de helling en bodemvorming

Wanneer materiaal tijdens een regenbui van een helling spoelt, blijft dit aan de voet van de helling liggen. Dit afgezet materiaal heet colluvium

- Wanneer er evenveel erosie (afspoelen van het los gesteente) als verwering (verbrokkelen tot los gesteente) is, worden steeds nieuwe mineralen vrijgemaakt die de bodem aanrijken.

- Is de erosie groter dan de natuurlijke verwering, dan krijg je steeds dunnere bodems. Na verloop van tijd blijft enkel een rotslaag over. Door erosie worden ook de strooisellaag en humus weggespoeld, wat de bodemvorming nog verder vertraagt.

- Is de erosie kleiner dan de natuurlijke verwering of treedt er sedimentatie op, dan wordt de bodem dikker.

Hoe steiler de helling, hoe meer bodemdeeltjes er met het water afvloeien en hoe minder het water in de bodem kan dringen. Bodemkundig is een helling dus droger dan een plateau.

2.5 DE TIJD

Interacties tussen deze factoren zorgen voor een grote verscheidenheid aan bodems. In België is de bodemvorming pas na de laatste ijstijd begonnen en nog maar 10 000 jaar bezig.

2.6 DE MENS

Sinds de mens zo’n 5 000 jaar geleden aan landbouw begon te doen zijn de bodems sterk gewijzigd. Vooral de gevolgen van grootschalige landbouw van de laatste decennia blijken ingrijpend:

Zware machines zorgen voor de verdichting van de bodem, waardoor de kruimelstructuur verloren gaat.

©VANIN

- Het gebruik van meststoffen verhoogt de bodemvruchtbaarheid, maar door overbemesting kunnen nitraten uitspoelen. Vooral in onze streken is het grondwater vaak verontreinigd door een teveel aan nitraten.

Het verwijderen van de vegetatie, waarbij de wortels van bomen de grond vasthielden, leidt vaak tot bodemerosie.

INDELING VAN BODEMS

Geen enkele grondsoort bestaat voor 100 % uit zand, leem of klei. De textuurdriehoek (fig. 9.11) stelt de korrelgroottesamenstelling van een grond voor. De procentuele verhouding van die drie fracties laat toe de grondsoorten in te delen. Als ook grind (korrel groter dan 2 mm) in voldoende mate (meer dan 5 %) aanwezig is, wordt dat apart vermeld. De som van de gehalten aan zand, leem en klei wordt gelijkgesteld aan 100 %. De percentages van elk van die drie fracties worden uitgezet in een gelijkzijdige driehoek. Elk hoekpunt stelt 100 % van een van de fracties voor. Het percentage van een bepaalde fractie ligt dan op een rechte evenwijdig aan de driehoekzijde tegenover het 100 %-hoekpunt van de bedoelde fractie. De drie rechten snijden elkaar in een punt dat de samenstelling van de betreffende structuur aangeeft.

U = zware klei

E = klei

Z = zand

S = lemig zand

P = lichte zandleem

L = zandleem

A = leem

In België onderscheiden we op basis van deze driehoek onderstaande textuurklassen. Merk op dat de termen zand, leem en klei zowel slaan op de fractie of korrelgrootte als op de textuurklasse (samenstelling van de grondsoort).

©VANIN

2 WATERHUISHOUDING

2.1 DE DRAINAGETOESTAND VAN EEN BODEM

De drainagetoestand geeft informatie over hoe nat of hoe droog een bodem is. De korrelgroottesamenstelling beïnvloedt de ruimte die tussen de deeltjes overblijft, m.a.w. het poriënvolume. Die poriën kunnen opgevuld zijn met lucht (bodemverluchting) of met water (waterinfiltratie en waterbergend vermogen).

De drainagetoestand hangt af van heel wat factoren: de doorlatendheid van de oppervlaktelaag, de diepte van een weinig doorlatende ondergrond (klei, zandsteen, kleisteen …), de diepte van het grondwater, de totale diepte van de bodem (bv. een verweringsgrond kan in de Ardennen heel dun zijn) en de topografische omstandigheden.

2.2 DRAINAGEKLASSEN

De drainageklasse bepaal je op basis van het voorkomen van kleurpatronen te wijten aan oxidatie- en reductieverschijnselen (gley) in de bodem. Onder de benedengrens van die roestverschijnselen is de bodem permanent met grondwater verzadigd en meestal gereduceerd, met grijs- of blauwachtige tinten.

3 PROFIELONTWIKKELING

Bodemontwikkeling is de complexe interactie tussen moedermateriaal: rots, klei, zand, levende organismen, het klimaat en de topografie. Zo ontstaan in de bodem verschillende lagen of horizonten met typische eigenschappen. Dat geheel van die horizonten is het bodemprofiel. Het ontstaan van bodems was heel belangrijk voor de ontwikkeling van planten op het land. Bij een volledig ontwikkelde bodem ontstaan er verschillende horizonten. De voornaamste horizonten in een bodemprofiel zijn aangegeven met een hoofdletter.

O-horizont heeft dood en levend organisch materiaal.

A0-horizont is rijk aan humus en mineralen (donkerbruin). Soms is de horizont sterk gewijzigd door landbouwactiviteiten en noem je het Ap-horizont (p van ploegen).

A1- of E-horizont is een uitgeloogde laag: humus en mineralen (klei, Fe, NaCl, Al …) zijn grotendeels uitgespoeld (lichtgrijs).

©VANIN

B-horizont is een aangerijkte laag: humusdeeltjes en mineralen worden hier afgezet (donkerbruin). Bfe (= ijzeraanrijking), Bh (= humusaanrijking), Bt (= klei-aanrijking).

C-horizont is oorspronkelijk los gesteente of verweerd materiaal met bijmenging van vast gesteente.

R-horizont is oorspronkelijk vast gesteente.

In ons land begon de bodemvorming pas na de laatste ijstijd. Dat proces is dus nog maar 10 000 jaar bezig. Voor löss bleef die bijvoorbeeld beperkt tot een ontkalking van de bovenlaag. De polderklei is alleen maar minder zout geworden. In de dekzandgronden van de Kempen is er een duidelijke profielontwikkeling. In de Belgische bodemclassificatie worden de horizonten geïdentificeerd aan de hand van textuur, aanrijking, humusgehalte, kleur enz.

4 BODEMCLASSIFICATIE

4.1 DE BELGISCHE BODEMKAART

België beschikt over de meest gedetailleerde bodemkaart ter wereld. Op basis van de resultaten van een intensieve bodemkartering gedurende de jaren 1950 tot 1970 werd de Belgische bodemkaart opgesteld. Door deze digitaal beschikbaar te maken, kregen de kaarten een hernieuwde belangstelling, zeker in kaartviewers of als series in GIS-applicaties.

©VANIN

DE BODEM, LEVERANCIER VAN

1 DE BODE M VERBINDT DE VIER SFEREN

In het vorige hoofdstuk leerde je dat bodems variëren in kleur, textuur, structuur en chemische, fysische en biologische samenstelling. Zij bepalen zo in grote mate het bioom in een bepaald gebied. De bodem is de schakel tussen lucht, gesteente, water en organismen en is de leverancier van essentiële producten zoals voedsel, brandstof, energie, zuivere lucht en water. De bodem bevat een grote verscheidenheid aan organismen die op elkaar inwerken en bijdragen aan vele wereldwijde cycli, waaronder de koolstof- en stikstofcycli.

voedingsstoffen

vertering door organismen

2 ECOSYSTEEMDIENSTEN

Een gezonde bodem levert een groot aantal ecosysteemfuncties en -diensten waar iedereen en alles voordeel uithaalt. Deze ecosysteemdiensten zijn onderverdeeld in drie categorieën:

- voorzienende diensten: de bodem levert voedsel, vezels, biobrandstoffen, bouwmaterialen, genetische bronnen, hout …

- regulerende diensten: de bodem zorgt voor klimaatregeling, waterberging en -zuivering, bodemsanering, slaat CO2 op ...

- culturele diensten: de bodem is een bergplaats voor cultureel erfgoed (archeologie), maakt het funderen van infrastructuur mogelijk …

©VANIN

3.1 DE KORTE KOOLSTOFKRINGLOOP

Wereldwijd zit er drie keer meer koolstof in de bodem dan in de atmosfeer en vier keer meer dan in vegetatie. Na de oceanen bevat de bodem de grootste voorraad aan koolstof. Bodems helpen bij de aanpassing aan klimaatverandering door koolstof vast te leggen en de uitstoot van broeikasgassen te verminderen.

1 Planten nemen CO2 op door fotosynthese en bouwen zo plantenmateriaal (bladeren, stengels, takken, wortels …) op.

2 Een deel van de koolstof die ze op die manier onttrekken aan de atmosfeer, komt rechtstreeks in de bodem terecht via de wortels. Ook gewasresten in dierlijke mest, compost, houtsnippers … leveren CO2 aan de bodem.

3 Bodemorganismen voeden zich met dode bladeren, wortels … en leggen ook zo koolstof vast in de bodem.

4 Via het bodemleven wordt dit organisch materiaal deels omgezet in nutriënten voor de planten (mineralen) en deels in stabiele koolstof (humus).

5 De aanwezige koolstof is dan weer onderhevig aan afbraak (gemiddeld ingeschat op 2 % per jaar) waarbij ook hier een deel ten goede komt aan de planten onder de vorm van nutriënten en een deel verloren gaat onder de vorm van CO2

In de korte koolstofkringloop nemen planten CO2 uit de lucht op en ademen zuurstof uit. Deze cyclus duurt van één dag tot honderd jaar. Bij het gebruik van fossiele brandstoffen komt de koolstof die miljoenen jaren geleden in de diepere aardlagen vastgelegd werd weer vrij. Dat is de lange koolstofkringloop

3.2 KOOLSTOFOPSLAG IN DE VERSCHILLENDE ECOSYSTEMEN IN DE WERELD

Koolstofopslag is enkel

©VANIN

mogelijk als er meer koolstof wordt aangevoerd dan dat er wordt afgebroken. Zo fungeert de bodem als een koolstofput of -reservoir

Door 1 ton koolstof in de bodem op te slaan, haal je 3,7 ton CO2 uit de lucht. Hoeveel koolstof een bos precies kan bevatten, hangt af van de boom- of plantensoort en de lengte

van het groeiseizoen, maar in bossen varieert het van 500 tot 800 ton koolstof per hectare en per jaar (50 tot 80 kg/m2). Elk jaar nemen de bossen wereldwijd ongeveer 15,6 miljard ton CO2 op. Dat is ongeveer 40 % van de wereldwijde CO2-uitstoot. Bodems bieden dus een oplossing om de toenemende CO2-concentratie in de atmosfeer te verminderen. Het bodemtype, de vegetatie en het klimaat hebben invloed op de wijze waarop koolstof wordt opgeslagen. Koudere en nattere klimaten zorgen voor de meest effectieve koolstofopslag in de bodem.

4 VOEDSELPRODUCTIE

4.1 HOE VEEL GROND IS ER BESCHIKBAAR? 4.1.1 WERELDWIJD

Hoewel de bodem één van de belangrijkste hulpbronnen is, is er eigenlijk niet zo veel beschikbaar voor de productie van voedsel en vezels. Onze aarde heeft een landoppervlakte van 149 miljoen km2. Niet-bruikbaar land zoals gebergten, woestijnen, zoutvlaktes en gebieden bedekt met ijs beslaan 29 % van het land. Van het bewoonbare gebied wordt minder dan de helft gebruikt als landbouwgrond. De rest is bos, struikgewas of bebouwd.

4.1.2 IN VL AANDEREN

Het Vlaamse Gewest telt bijna 625 000 hectare landbouwland. Dat is ongeveer 46 % van de totale grondopper-vlakte. Hiervan neemt veeteelt (weiland en voedergewassen zoals maïs) 57 % in, akkerbouw (vooral aardappelen en suikerbieten) is goed voor 33 % van het landbouwareaal en tuinbouw neemt 9 % in. Wanneer je de oppervlakte voor de productie van veevoeder uit het buitenland meerekent, neemt onze veeteelt ongeveer 850 000 ha in. Door de veestapel te verkleinen zou de vrijgekomen grond kunnen worden bebost en omgezet in natuurgebied of biologisch landbouwgebied. Anderzijds behoort onze veeteelt, wat betreft milieu-impact per kg, tot de efficiëntste ter wereld.

4.2 WAT HEBBEN GEWASSEN NODIG?

Naar schatting wordt 95 % van ons voedsel direct of indirect op de bodem geproduceerd. Daarom is de beschikbaarheid van kwalitatief goed voedsel sterk afhankelijk van een gezonde bodem. Bodemorganismen bepalen in grote mate de vruchtbaarheid.

©VANIN

Grotere bodemorganismen zoals regenwormen maken vers organisch materiaal zoals bladeren, oogst- en plantenresten, compost, stalmest … kleiner. Regenwormen eten zich letterlijk een weg door de bodem en het organisch materiaal. Wat ze niet nodig hebben, scheiden ze weer uit. Ze graven gangen waarlangs water, lucht en plantenwortels vlotter in de grond kunnen dringen. De stoffen die ze produceren verbinden bodemdeeltjes en zorgen zo voor een kruimelige bodemstructuur.

Deze organische stof vol gerecycleerd plantenmateriaal wordt door bacteriën en schimmels verder afgebroken waardoor de mineralen weer beschikbaar komen voor de planten. Een theelepel gezonde aarde bevat naar schatting één miljard bacteriën. Humus is van groot belang voor het vasthouden van lucht, water en voedingsstoffen. Naast een bron van voedingsstoffen voor planten zoals stikstof (N), fosfor (P) en kalium (K), verbetert het de fysisch-chemische en biologische eigenschappen van de bodem.

4.3 MODERNE L ANDBOUWMETHODES BEDREIGEN DE BODEM

4.3.1 CHE MISCHE MIDDELEN

Jarenlang gebruik van kunstmest, onkruid- en insectenverdelgers verarmt de bodem en verzwakt de planten, waardoor ze vatbaar zijn voor ziekten en plagen. Boeren die vroeger gebruikmaakten van de kosteloze dienstverlening van de bodem, zijn nu steeds meer afhankelijk van chemische stoffen. Overbemesting kan leiden tot verzuring (verlaging van het pH-gehalte) van de bodem en tot een te hoog gehalte aan stikstof. Bestrijdingsmiddelen kunnen ook in de voedselketen terechtkomen.

4.3.2 ME CHANISERING

Door de druk van tractoren en landbouwmachines verandert de samenhang tussen de bodemdeeltjes. De lucht wordt eruit geperst en de kruimelstructuur verdwijnt: dit is bodemverdichting. Hierdoor neemt de doorlatendheid af en in de wielsporen kunnen zich geultjes vormen die de afspoeling van de bodem bevorderen.

4.4 GROTE VOEDINGSBEDRIJVEN HEBBEN EEN MONOPOLIE

©VANIN

Wereldwijd hebben een handvol grote bedrijven het voedselsysteem in handen. Cargill, Syngenta, BASF en Bayer bijvoorbeeld zijn wereldspelers in landbouwchemicaliën en zaadproductie. Hun productlijn omvat veevoer, gewassen, zaden, kunstmest, pesticiden, fungiciden, herbiciden en insecticiden. Zij maken grote winsten door alleen de meest commerciële zaden en planten op de wereldmarkt te brengen, waardoor er heel wat andere variëteiten van de markt en van onze tafel verdwijnen. Deze beperkte variatie aan gewassen verhoogt de kwetsbaarheid aan ziekten. Diversiteit is dus een belangrijke pijler voor duurzame landbouw.

4.5 DUURZA ME LANDBOUW ZORGT VOOR EEN GEZONDE BODEM

Hoe kun je tegen 2050 voldoende gewassen produceren om de groeiende wereldbevolking te voeden? En hoe houd je daarbij de bodems gezond? Nieuwe duurzame agro-ecologische landbouw of regeneratieve landbouw vindt steeds meer ingang. Agro-ecologische landbouw omvat een hele reeks aan methodes zoals:

- gewasrotatie en polycultuur;

niet of ondiep ploegen om de bodemstructuur en het -leven zo weinig mogelijk te beschadigen = no-till farming;

- minder pesticiden en kunstmest en fossiele brandstoffen gebruiken;

en zo inzetten op een rijke agrobiodiversiteit om ziekten en plagen te vermijden;

- de voedselkringloop zo goed mogelijk sluiten = circulaire of kringlooplandbouw;

- de bodem gezonder maken door het koolstofgehalte te verhogen = carbon farming;

bodemherstellend begrazen;

- agrobosbouw;

- een hechtere band tussen producent en consument = CSA-landbouw;

4.6 OVERGANG NAAR AGRO-ECOLOGIE

Het commerciële landbouwmodel dat aangedreven wordt door de grote agro-industriële groepen, is erg belastend voor de natuur, verbruikt te veel energie, put het land uit en stoot door de enorme veestapel te veel stikstof en methaan uit. Wereldwijd zorgt dit landbouwmodel voor ontbossing, gronduitputting, droogte, biodiversiteitsverlies en draagt het bij aan klimaatverandering. Anderzijds is zelfvoorzienende landbouw niet altijd renderend en kan het de bodem ook uitputten. Beide landbouwmodellen kunnen omgevormd worden naar meer agro-ecologische methodes, aangepast aan de fysische omgeving en economische mogelijkheden.

©VANIN

5 WATERBERGING EN WATERVOORZIENING

5.1 GRONDWATER EN OPPERVLAKTEWATER

Neerslagwater dringt in de bodem tot het een slecht doorlatende laag bereikt zoals bijvoorbeeld een kleilaag. Boven deze laag raakt de grond verzadigd aan water: dit is freatisch grondwater. De hoogte tot waar deze verzadiging optreedt, is het grondwaterpeil. Waar de niet-doorlatende laag en daarmee ook het grondwaterpeil aan de oppervlakte komen, ontstaat kwel

Grondwater dat zijn weg vindt naar bronnen, beken en rivieren wordt oppervlaktewater. In grondwater kan water ook stromen door verschillen in druk. Een aquifer is een laag die voldoende doorlatend is om een grondwaterstroming toe te laten, bijvoorbeeld in zand-, grind- en krijtafzettingen. Deze plaatsen zijn daardoor geschikt voor de winning van grondwater. Vegetatie zorgt voor een geleidelijke opname van het water in de bodem en beschermt deze tegen uitdroging en erosie.

5.2 BEL ANG VAN DE BODEM VOOR WATERBERGING

Een stabiele bodem werkt als een spons voor water en biedt weerstand tegen erosie door afstromend regenwater. Meer infiltratie betekent dat ondergrondse watervoorraden sneller worden aangevuld en verdroging tegengegaan wordt. Tijdens dit proces wordt het water ook gefilterd. De kleinere poriën en de organische stof (die tot 20 keer haar eigen gewicht aan water kan vasthouden) zorgen ervoor dat er in de bovenste bodemlaag meer water beschikbaar is voor de plantenwortels.

©VANIN

4 BODEMDEGRADATIE: BEDREIGINGEN EN DUURZAME OPLOSSINGEN

ONDERZOEKSVRAGEN WAT ZIJN DE BELANGRIJKSTE BEDREIGINGEN VOOR DE BODEM? EN HOE KUNNEN WE DEZE OP EEN DUURZAME MANIER VERHELPEN?

1 MENSELIJKE ACTIVITEITEN VEROORZAKEN BODEMDEGRADATIE

In de loop der eeuwen heeft de landbouw bijgedragen aan het ontstaan van een grote variëteit aan landschappen. Onze huidige industriële en landbouwpraktijken en onze bouwwoede zorgen ervoor dat bodems wereldwijd tot 100 keer sneller degraderen dan natuurlijke processen ze aanvullen.

1.1 S OORTEN BODEMDEGRADATIE

fysische BD:

- verdichten

- erosie

- verzegelen (verharden)

- verdrogen

- verminderde beluchting

chemische BD:

- uitloging

- tekort aan voedingsstoffen (KNP)

- overbemesting

- verzuring

- verzilting

- vervuiling

DEGRADAT

biologische BD:

- afname van het plantendek

- verlies aan biodiversiteit

- afname van organische stof

- vermindering resistentie tegen ziektes

©VANIN

- verstoring van de waterkringloop

- wateroverlast

- minder opslagcapaciteit voor koolstof

- uitstoot van broeikasgassen

- verminderde productiviteit

ecologische BD = vermindering van de ecosysteemdiensten

Fig. 9.31 Soorten bodemdegradatie als gevolg van menselijke activiteiten

DE WERELDK AART VAN BODEMDEGRADATIE

Volgens de Verenigde Naties is 40 % van de grond wereldwijd aangetast door menselijke activiteiten. Deze afname van de bodemkwaliteit heet bodemdegradatie. Als men niet snel inzet op herstel, zal de globale voedselproductie de groeiende wereldbevolking niet meer kunnen bijhouden.

2 BODE MEROSIE IN MIDDEN-BELGIË

Afspoelingserosie is een belangrijk probleem in de heuvelachtige streken in het zuiden van Vlaanderen. De meest kwetsbare gebieden zijn de West-Vlaamse Heuvels, de Vlaamse Ardennen, het Pajottenland, het Hageland en Haspengouw. Tijdens de laatste ijstijd (het weichsel) werd het gebied bedekt met leem en zandleem, grondsoorten die het gevoeligst zijn voor erosie. Bijna 5 000 hectare Vlaamse landbouwgrond loopt een risico op afspoeling van de grond.

Regenwater kan jaarlijks tot 20 ton vruchtbare bodem per hectare wegspoelen. Door de klimaatverandering zullen buien vaker en heviger voorkomen.

©VANIN

Leem dat samen met pesticiden en kunstmest van het land is gespoeld, loopt weg in beekjes en waterwegen. Deze vervuilde sedimenten kunnen schade toebrengen aan wegen, riolen en bij overstromingen ook aan de bewoning. Talrijke beheersmaatregelen moeten beletten dat er nog meer vruchtbare bodem afspoelt.

3.1 ZOUTE OF BRAKKE KWEL IN DE POLDERS

De Kust- en Scheldepolders zijn in het verleden gewonnen op de zee en op de Schelde. Als je land wint op de zee, blijft het zout in de bodem zitten. De waterlopen en kanalen in de polders zorgen voor de afvoer van regenwater, maar draineren ook het zoute grondwater dat van nature in de bodem aanwezig is. Verzouten of verzilten is tot op zekere hoogte normaal in een poldergebied, maar wanneer het zoute water te dicht bij de oppervlakte komt, is er een probleem.

Tijdens droge zomermaanden staat het waterpeil te laag om het opstijgende zoute grondwater tegen te houden en er valt dan te weinig regen om het zoutere water weg te spoelen. Hierdoor kan de zoutconcentratie in de waterloop sterk stijgen, dat is brak of zout kwelwater. Hierdoor is dat water niet meer geschikt om akkers te bevloeien of als drinkwater voor mens en dier. Vooral het grondwater van het westelijke kustgebied is behoorlijk zout.

De jongste jaren zorgt de klimaatverandering voor een toenemende verzilting. De stijgende zeespiegel duwt meer zout water in het grondwater en lange periodes van droogte maken dat er minder zoet water beschikbaar is om de verzilting tegen te gaan. Zo worden het grondwater en het oppervlaktewater steeds zouter. Het grootste slachtoffer van de verzilting is de landbouw. Vanaf een bepaald zoutgehalte in het oppervlaktewater wordt traditionele landbouw onmogelijk. Sommige akkergewassen groeien niet in brak water, andere leveren een lagere opbrengst. Ook de kwaliteit van het gras voor het vee vermindert. Sommige planten gedijen echter wel goed in een brakke of zoute omgeving, waarbij belangrijke natuurgebieden ontstaan. Op de akkers tegen het Verdronken Land Van Saeftinghe kweken landbouwers zeegroenten zoals zeeaster en zeekraal.

3.2 VERZILTING IN ARIDE GEBIEDEN

Verzilting kan ook door de mens worden veroorzaakt door middel van onaangepaste irrigatiemethodes in een groot deel van de droge, aride gebieden op aarde. In het water zit altijd wat zout en door verdamping kunnen de opgeloste zouten achterblijven. Wanneer dat zout zich opstapelt in de wortelzone, wordt het voor planten moeilijker om water op te nemen. Gewassen zullen verwelken, de kwaliteit en opbrengst van de oogst vermindert tot 30 %, de biodiversiteit gaat achteruit en zouttolerante planten rukken op. Dit proces kan uiteindelijk leiden tot de verwoestijning. Aan de kustgebieden kan door zeespiegelstijging het zeezout naar lager gelegen gebieden doorsijpelen.

©VANIN

Menselijke activiteiten bedreigen de bodem.

duurzame oplossingen

gronden in België

bodemkaart

©VANIN

bodemleven bodemvormende processeninsijpelingbr eekt organische stof af tot voedsel van planten

ver dampen & verzilten uitloging bodemprofiel samenstelling van de bodem

Bodemvorming is een lang en complex proces.

bodemvormende factoren

©VANIN

Oceanen

1 PLANEET OCEAAN

2 WAT OCEANEN TE BIEDEN HEBBEN

3 ECOSYSTEEMDIENSTEN ONDER DRUK

4 GEOPOLITIEK BELANG VAN GRONDSTOFFEN EN SCHEEPVAARTROUTES

©VANIN

PLANEET OCEAAN

1 DE A ARDE HEEFT ÉÉN OCEAAN

Het oppervlak van Mars is beter bestudeerd dan de bodem van de oceaan van onze planeet. Vanuit de ruimte gezien is de aarde vooral blauw van kleur omdat water overheerst. Al dat water zit vervat in de hydrosfeer: oceanen en zeeën, sneeuw en ijs, rivieren, meren en grondwater. Het meeste water zit in de oceanen. Ze omvatten 70,8 % van het aardoppervlak.

Wanneer je de wereld bekijkt op een Spilhausprojectie (fig. 10.1) dan zie je dat Antarctica centraal ligt en dat de oceaanbekkens daarrond verbonden zijn tot één grote oceaan. Aan de oppervlakte brengt de wind de oceaan in beweging, waardoor zeestromingen zoals de Golfstroom ontstaan. Zeestromingen zijn onderdeel van een groter geheel, dat gekend staat als de thermohaliene circulatie Warme bovenstromen en koude onderstromen werken mee aan de uitwisseling van warmte op aarde. De thermohaliene circulatie is dus belangrijk voor de energieverdeling op onze planeet.

2 EEN OCE AAN VAN MAGMA IN EEN VER VERLEDEN

©VANIN

Het is nog onzeker wat de oorsprong is van het water op aarde. Rotsachtige planeten zoals de aarde zijn gevormd doordat kleine brokstukken samenklonterden, weer botsten met andere brokstukken en geleidelijk aangroeiden tot een groter geheel. Door die botsingen kwam zoveel energie vrij dat de temperatuur snel opliep, met als gevolg dat de jonge aarde vloeibaar werd. Er ontstond een oceaan van magma aan het oppervlak (fig. 10.2). Dat magma was zo heet dat waterdamp als gasbelletjes ontsnapte en opsteeg (outgassing).

Toen het aardoppervlak begon af te koelen, condenseerde de waterdamp en begon het miljoenen jaren te regenen, waardoor er vloeibaar water op het oppervlak kwam. Het water zou dan afkomstig zijn uit het gesteente waaruit de aarde ontstond. Op figuur 10.3 zie je een doorgesneden meteoriet die in 1997 in de Saharawoestijn viel. Dit type brokstukken dat samenklonterde, vormde de aarde. Het materiaal komt qua isotoopverhouding van waterstof met de aarde overeen. Daarom vermoeden wetenschappers met dit soort meteorieten een stukje aards ‘oermateriaal’ in handen te hebben.

Het is niet uitgesloten dat latere inslagen van planetoïden of kometen een bijdrage aan het water op aarde leverden. Maar metingen van ruimtesondes tonen aan dat het water op planetoïden en kometen fundamenteel anders is dan dat van de oceanen. Het water van komeet 67P/Tsjoerjoemov-Gerasimenko, ook wel badeendkomeet genoemd, bevat veel meer deuterium (een isotoop van waterstof) dan het water op aarde (fig. 10.4).

3 GE OLOGIE ALS BASIS VOOR HET ECOSYSTEEM

Het landschap onder water is op zijn minst even gevarieerd als dat op het land. Dit heeft alles te maken met de platentektoniek die je bestudeerde in het thema ‘Endogene krachten’.

3.1 ONDERWATERVULKANEN

Vooral op de bodem van de Pacifische Oceaan komen talrijke zeebergen (seamounts) voor. Dit zijn vulkanen die op de bodem van de oceaan ontstaan boven een hotspot. Ze groeien en steken na enige tijd boven water uit. Hotspots liggen boven mantelpluimen die opstijgen vanuit de diepte. Ze hebben een vaste ligging ten opzichte van de erboven bewegende oceanische plaat. Zo ontstaat een rij van vulkanen op de oceaanbodem. De Mauna Kea vulkaan (fig. 10.5) op Hawaii torent meer dan 10 000 m boven de omringende abyssale vlakte uit en overtreft dus de hoogte van de Mount Everest (8 848 m). Onderwatervulkanen trekken door hun verhoogde positie in het water veel leven aan. Er zijn overvloedig vissen aanwezig en er is vaak begroeiing met koralen en sponzen.

©VANIN

3.2 OCE ANISCHE RUGGEN

In het midden van de oceanen, waar de platen uit elkaar bewegen en een oceanische korst wordt gevormd, lopen oceanische ruggen. Dit zijn langgerekte bergketens die duizenden meters boven de abyssale vlakte uitsteken. De oceanische rug in het midden van de Atlantische Oceaan strekt zich uit van de Noordelijke IJszee tot in de buurt van Antarctica en is hiermee de langste bergketen ter wereld. Waar de rug boven de zeespiegel uitsteekt, vormen zich eilanden. IJsland is een bekend voorbeeld (fig. 10.7).

©VANIN

Door de intense vulkanische activiteit komen ter hoogte van de oceanische ruggen hydrothermale bronnen voor. Heet water (tot 400 °C) komt er onder grote druk uit de zeebodem tevoorschijn. Dat water bevat veel mineralen waardoor het een zwarte kleur heeft. De mineralen kristalliseren uit en vormen schoorsteenachtige structuren die tientallen meters hoog kunnen worden. Dat zijn de zogenaamde black smokers, vulkanische schoorstenen die zwarte rook uitspuwen (fig. 10.9).

De black smokers vormen een specifieke leefomgeving voor speciale soorten kokerwormen, garnalen en mosselen. Die halen hun energie onrechtstreeks uit de waterstofsulfide die uit de hydrothermale bronnen vrijkomt. Deze unieke levensgemeenschappen floreren ver weg van zonlicht en onttrokken aan het menselijk oog, in omstandigheden die tot voor enkele decennia als onleefbaar werden beschouwd.

3.3 ABYSSALE VLAKTEN

Door verspringingen langs de oceanische ruggen kunnen transforme breukzones ontstaan. De Clarion-Clipperton Zone (CCZ) is een uitgestrekte abyssale vlakte tussen twee langgerekte breuklijnen, de Clarionbreukzone en de Clippertonbreukzone. Deze situeert zich in de oceaanbodem van de oostelijke Pacifische Oceaan. Er is grote interesse in dit gebied omdat het slib op de zeebodem er bezaaid is met mangaanknollen.

Mangaanknollen bevatten naast mangaan onder meer nikkel, koper en kobalt. Ze vormen een hard substraat in een modderige vlakte, waarop zeebewoners als sponzen, zeekomkommers en anemonen zich vasthechten (fig. 10.11). Deze fauna is afhankelijk van de knollen en aangezien het miljoenen jaren duurt om de knollen te vormen, verdwijnt een cruciaal onderdeel van dat leefgebied nagenoeg voorgoed mochten ze worden ontgonnen.

3.4 DIEPZEETROGGEN

Diepzeetroggen vind je aan de randen van de Pacifische Oceaan waar de zwaardere oceanische korst onder een continentale of oceanische korst wegduikt (subductie). Het zijn de plaatsen waar de oceanen het diepst zijn. Het bekendste voorbeeld is de Marianentrog in de Pacifische Oceaan, met een diepte van nagenoeg 11 km.

©VANIN

In deze subductiezones wordt de wegduikende oceanische korst samengeperst en zal het poriënwater uit diepere lagen zich een weg naar de zeebodem zoeken. Op de zeebodem vind je dan ook een hoge concentratie van ‘bronnen’ die vloeistoffen uitstoten uit de ondergrond. Dergelijke bronnen heten ‘cold seeps’ (fig. 10.12). De samenstelling, dichtheid en temperatuur van de uitgestoten vloeistoffen kunnen sterk variëren. Dat gaat van vloeistoffen rijk aan zout, over aardolie of methaan tot echte ‘modder’ die aanleiding geeft tot de vorming van moddervulkanen. Opmerkelijk is dat in de buurt van deze ‘cold seeps’, net als bij de ‘black smokers’, ecosystemen van wormen of schelpen kunnen ontstaan die voor hun metabolisme indirect gebruikmaken van de uitgestoten vloeistoffen. Ze hebben dus geen zonlicht nodig om te overleven.

WAT OCEANEN TE BIEDEN HEBBEN

ONDERZOEKSVRAAG

WELKE ECOSYSTEEMDIENSTEN LEVEREN DE OCEANEN?

1 EEN WAAIER AAN ECOSYSTEEMDIENSTEN

Ecosysteemdiensten zijn alle voordelen die een ecosysteem ons te bieden heeft. De oceanen zijn een nagenoeg onuitputtelijke bron van producten en diensten (fig. 10.13). Er zijn drie verschillende soorten ecosysteemdiensten:

- Voorzienende diensten: Dat zijn diensten die de oceanen ons leveren. Het gaat dan om producten zoals vissen, schaal- en schelpdieren. Maar ook om medicijnen, grondstoffen en energiebronnen.

- Regulerende diensten: Dat zijn voordelen die we halen uit de regulering van ecosysteemprocessen. De oceanen sturen het klimaat, houden de watercyclus van de aarde in evenwicht en leggen koolstofdioxide uit de atmosfeer vast. Ook ondersteunende diensten, die nodig zijn om andere diensten mogelijk te maken, worden hiertoe gerekend. Voorbeelden hiervan zijn de biodiversiteit en de productie van zuurstof door algen via fotosynthese.

- Culturele diensten: Deze omvatten de recreatieve, esthetische en spirituele voordelen die het ecosysteem ons te bieden heeft. Stranden, koraalriffen en de prachtige onderwaterwereld zorgen voor tal van recreatieve mogelijkheden: wandelen, zonnen, zwemmen, snorkelen, zeilen, surfen ...

2 RE GULERENDE ECOSYSTEEMDIENSTEN

2.1 BIODIVER SITEIT IN OCEANEN

De leefruimte in de oceanen is veel malen groter dan die op het land. De biodiversiteit is er dan ook veel uitgebreider. We nemen enkele oceaanzones onder de loep.

fytoplankton zoöplankton

2.1.1 DE EUFOTISCHE ZONE

De bovenste 200 m van de oceanen (eufotische zone) bevat minuscuul leven: plankton. Plankton is de verzamelnaam voor veelal kleine organismen die passief meedrijven in het water. Het bestaat uit zoöplankton (‘diertjes’, die dus niet aan fotosynthese kunnen doen) en fytoplankton (plantaardig plankton, allerlei fotosynthetiserende micro-algen). De meest voorkomende soort plankton is fytoplankton. Fytoplankton maakt gebruik van fotosynthese om energie te verkrijgen. Dat maakt van fytoplankton een belangrijke voedselbron voor andere dieren en de basis van de voedselketen in de oceanen. Ook is fytoplankton van essentieel belang voor het zuurstofgehalte in het water (zie

Plankton (voor de verplaatsing afhankelijk van waterstromen) en nekton (niet meer afhankelijk van waterstromen) omvatten samen alle pelagische organismen (leven in open water). Soorten die niet in het open water voorkomen maar die leven in, op of vastgehecht aan de bodem noem je benthos.

2.2). Fytoplankton komt voor tot op een diepte van 200 m. Daar is er nog voldoende licht aanwezig om aan fotosynthese te doen. Zoöplankton kan op verschillende dieptes leven. Het migreert ’s nachts massaal naar het wateroppervlak om algen en fytoplankton te eten. Bij zonsopkomst verdwijnt het in de diepte omdat het overdag een makkelijke prooi voor predatoren wordt. Zoöplankton maakt dus een dagelijks op- en neergaande beweging (verticale migratie).

2.1.2 DE S CHEMERZONE

©VANIN

De schemerzone, waar niet genoeg zonlicht meer doordringt voor fotosynthese, bevindt zich tussen de eufotische zone (tot 200 m) en de diepzee (vanaf 500 à 1 000 m). In deze zone is er nog heel wat leven aanwezig (fig. 10.15). Al zijn de hier voorkomende organismen noodgedwongen afhankelijk van organisch materiaal (bv. dode dierlijke en plantaardige resten en uitwerpselen) dat vanuit de zonbeschenen oppervlaktelagen naar beneden dwarrelt. Deze zeesneeuw vormt in de schemerzone het voedsel voor micro-organismen, dierlijk plankton en andere diertjes die deze organische resten uit het zeewater filteren. Daarnaast leven er talloze schaaldieren, vissen, inktvissen en veel soorten gelatineuze dieren (kwallen, salpen, ribkwallen …). De grotere dieren hebben zich aangepast aan de snel verminderende hoeveelheid zonlicht. Vaak produceren ze zelf licht. Dat laatste fenomeen, bioluminescentie genoemd, is wijdverspreid bij dieper levende wezens. Andere dieren zoals sommige vissen, hebben zich aangepast aan de schemering door de vorming van grote ogen (om makkelijker hun voedsel te vinden) of door een inktzwarte ‘coating’ in de huid, waardoor ze zo goed als onzichtbaar zijn. Nog andere dieren, zoals inktvissen en schaaldieren, zijn doorzichtig waardoor ze nauwelijks opvallen (fig. 10.17). Dat allemaal om te voorkomen dat ze worden opgegeten.

2.1.3 DE BENTIS CHE ZONE

De bentische zone is de zeebodem en de bovenliggende waterlaag. De meeste dieren die in deze zone leven (benthos) hebben geen ruggengraat (ongewervelde dieren). Typische bodemdieren zijn onder meer zeeanemonen, sponzen, koralen, zeesterren, zee-egels, wormen, tweekleppige dieren, krabben … Veel van deze organismen zijn vast verbonden met de bodem of gebruiken de bodem als schuilplaats.

2.1.4 KORAALRIFFEN

Koraalriffen behoren tot de meest soortenrijke ecosystemen op aarde. Ze zijn opgebouwd uit koraalpoliepen die een kalkskelet afscheiden. Koraalpoliepen lijken erg op planten omdat er algen (zoöxanthellen) in hun weefsel zitten. Via fotosynthese produceren deze algen voedingsstoffen die ze delen met de poliepen. De afvalstoffen die de poliepen uitscheiden, zijn belangrijk voedsel voor de algen. Poliepen en algen leven dus heel nauw samen (in symbiose). Omdat poliepen heel veel energie krijgen van de algen die aan fotosynthese doen, kunnen ze heel grote kolonies opbouwen.

©VANIN

Koralen vind je vooral in de tropen (de minimumtemperatuur moet 20 °C zijn) maar ook de zeestromingen spelen een rol. Koude zeestromingen zorgen voor het ontbreken van koraalriffen in de tropen, bv. voor de westkust van Zuid-Amerika. Warme zeestromingen maken dat koraalriffen ook buiten de tropen kunnen voorkomen, bv. Bermuda, Rode Zee. De meeste soorten koralen bevinden zich in Zuidoost-Azië (de Koraaldriehoek). In koraalriffen vind je niet enkel koralen, maar ook duizenden soorten vissen, weekdieren, kreeftachtigen, sponzen … zijn van een koraalrif afhankelijk.

Koraalriffen zijn belangrijk voor de mens. Ze vormen een bron van voedsel (zie 3.1), helpen kusten beschermen tegen erosie, en de toxines die koraalriffen produceren (omdat ze zich moeten beschermen tegen roofdieren en onderling concurreren) zijn een mogelijke bron voor geneesmiddelen.

De opwarming van de aarde vormt een grote bedreiging voor koraalriffen. Als de temperatuur van het oceaanwater stijgt, komen de koralen onder stress te staan en stoten ze hun algen af. Ze zijn dan hun bron van voedsel kwijt en verhongeren. Aangezien de algen ook voor de kleur van de koralen zorgen, verbleken ze of worden ze zelfs helemaal wit (fig. 10.20).

2.1.5 SPREIDING VAN KORAALRIFFEN IN DE WERELD

GCRMN staat voor Global Coral Reef Monitoring Network. De ononderbroken lijn vertegenwoordigt het geschatte gemiddelde met een betrouwbaarheid van 80 % (donkere tint) en 95 % (lichtere tint). Grijze gebieden vertegenwoordigen perioden waarvoor geen gegevens beschikbaar waren.

2.2 OCE ANEN ALS ZUURSTOFBRON

©VANIN

Het is een wijdverbreid misverstand dat het Amazonewoud of het Congolese regenwoud de longen van de aarde zijn. Tropische regenwouden nemen ongeveer 30 % van de totale zuurstofproductie op aarde voor hun rekening. Maar het kost evenveel zuurstof om al het organisch materiaal weer op te ruimen. De term ‘zuurstofproductie’ is daarom misleidend. Zo verbruiken de afbraak van organisch materiaal en de gigantische biodiversiteit in de regenwouden ongeveer evenveel zuurstof als dat er geproduceerd wordt. In termen van nettozuurstofproductie zijn ze zo goed als neutraal.

Waar komt de zuurstof op aarde dan wel vandaan? De helft van al het zuurstofgas op aarde wordt geproduceerd door fytoplankton in de eufotische zone van de oceanen (zie 2.1.1). Net zoals de planten op het land zorgt fytoplankton voor de aanmaak van zuurstofgas door fotosynthese. Met behulp van zonlicht worden water en CO2 omgezet in koolhydraten en zuurstofgas. Het overgrote deel van het opgenomen CO2 wordt teruggegeven aan de atmosfeer via afbraak door bacteriën. Zo’n 25 % van de organische materie aangemaakt door het fytoplankton zinkt onder de vorm van dode organische materie naar de oceaanbodem. Na miljoenen jaren wordt het omgevormd tot fossiele koolwaterstoffen zoals aardolie en aardgas.

Het zuurstofgehalte in de oceanen is wereldwijd door klimaatverandering én overbemesting met 2 % gedaald. Dode zones zijn exponentieel aan het toenemen. Dit zijn plaatsen waar de hoeveelheid zuurstof in het water zo sterk is verminderd, dat natuurlijk leven er niet meer mogelijk is. Ze situeren zich voornamelijk in dichtbevolkte kustgebieden omwille van de afvoer van grote hoeveelheden meststoffen (overbemesting of eutrofiëring). De voedingsstoffen in meststof (die door uitspoeling in de oceaan terechtkomen) zorgen voor een sterke algengroei langs de kust, wat soms tot uiting komt in een groen uitgestrekt tapijt van algen. Wanneer deze algen sterven, zakken ze naar de oceaanbodem, waar bacteriën instaan voor hun afbraak. Die verbruiken veel zuurstofgas zodat zuurstofarme (< 2 mg/l) of zelfs zuurstofloze (0 mg/l) gebieden ontstaan met een verschuiving en/of sterfte van organismen tot gevolg. Ook zij zinken naar de bodem waar de bacteriële afbraak het zuurstoftekort nog verder versterkt.

De opwarming van de aarde door het broeikaseffect bedreigt de zuurstofvoorraad in de oceanen op meerdere manieren:

- Zuurstofgas in de oceanen zit opgelost in het water en warm oppervlaktewater kan minder zuurstofgas opnemen dan kouder water.

- Bovendien is warm water lichter dan koud water en blijft het drijven op het koudere water uit de diepere delen. Zuurstofgas in het warme water mengt zich zo minder goed met het koudere, diepere water.

- Door de sterkere gelaagdheid van het oceaanwater treedt er minder menging van voedingsstoffen op en sterft fytoplankton af. Dit zorgt voor een daling van het fotosyntheseproces en dus voor een daling van de zuurstofproductie zelf. Tegelijkertijd leidt het ook tot een verminderde CO2-opname uit de atmosfeer.

2.3 OCE ANEN ALS KOOLSTOFRESERVOIR

©VANIN

De koolstofcyclus beschrijft de processen waarin het element koolstof doorheen de vier sferen van het systeem aarde circuleert: de atmosfeer (lucht), de hydrosfeer (water), de geosfeer (gesteenten) en de biosfeer (levende organismen). Koolstof in de vorm van koolstofdioxide (CO2) wordt uitgewisseld tussen de atmosfeer en de oceanen. Zeestromingen en biologische processen transporteren CO2 naar de diepzee. Ze vormen respectievelijk een fysische en een biologische pomp (fig. 10.24).

De fysische koolstofpomp is het gevolg van de thermohaliene circulatie: in poolgebieden zinkt koud en zwaarder water naar de zeebodem en neemt zo opgeloste koolstof vanuit het oppervlaktewater mee naar de diepzee. De biologische pomp doet eigenlijk hetzelfde. Door aan fotosynthese te doen, neemt fytoplankton CO2 op afkomstig uit de atmosfeer. Wanneer dit plankton sterft, dwarrelt het deels neer op de zeebodem en raakt het daar bedolven. Samen met ander zeeleven dat afsterft, vormt het een reservoir voor koolstof. Beide pompen zijn natuurlijke mechanismen die koolstof wegpompen naar de diepzee. Door tektonische bewegingen en vulkanisme kunnen koolstofhoudende lagen weer aan de oppervlakte komen. Daar maken erosie en oxidatie de koolstof weer vrij.

atmosferische CO2

atmosferische CO2

zonneenergie

waterbewegingen die de gasuitwisseling bevorderen

opgeloste CO2

vastlegging van koolstof in de diepe, koude wateren

fytoplankton produceert organisch materiaal door fotosynthese plankton gebruikt carbonaten om een kalkskelet op te bouwen

opgeloste CO2

carbonatenorganisch materiaal koolstofopslag door sedimentatie

afgestorven organismen bezinken op de bodem van de oceaan

Sinds de start van de industriële revolutie verstoren menselijke activiteiten de koolstofcyclus. Bij verbranding van fossiele brandstoffen komt heel wat CO2 vrij. Door ontbossing wordt er veel minder CO2 opgeslagen. Op die manier stijgt de concentratie CO2 in de atmosfeer, wat leidt tot de opwarming van de aarde. De oceaan heeft de voorbije 200 jaar ongeveer de helft van de door de mens uitgestoten CO2 geabsorbeerd en mildert zo de opwarming van de aarde.

Maar een oceaan die CO2 opneemt, wordt zuurder. Sinds de industriële revolutie is de gemiddelde pH-waarde van oppervlaktewater in de oceanen gedaald van 8,2 naar 8,1. Dat lijkt misschien niet veel, maar komt wel neer op een stijging van de zuurtegraad met 26 %. Dat kan het verkalkingsproces van levende organismen in de oceanen beïnvloeden. Onder andere schelpdieren, inktvissen, koralen, zeeslakken, zee-egels, heel wat plankton, maar ook vissen hebben skeletten van calciumcarbonaat ofwel kalk. Bij een verdere verzuring krijgen ze het moeilijk om hun skelet op te bouwen.

SSP5-8.5

2.4 ROL VAN OCEANEN IN EEN OPWARMENDE WERELD

De oceanen vormen een belangrijk onderdeel binnen het ecosysteem aarde. Door de opwarming van de aarde wordt het ecosysteem van de oceanen verstoord. De opwarming van het oppervlaktewater van de oceaan zorgt voor:

- een afname van fytoplankton. Dat leidt tot een verminderde opname van CO2 door de oceaan. De hoeveelheid CO2 zal bijgevolg toenemen in de atmosfeer. Dat versterkt de opwarming van de aarde. Er is hier sprake van een terugkoppelingsmechanisme.

- een vermindering van de biodiversiteit in de oceanen door:

• een verminderde zuurstofopname door de oceaan;

• de vorming van meer zuur bij de oplossing van CO2 in de oceaan met verzuring van het water tot gevolg (fig. 10.26);

• een minder goede verspreiding van zuurstof.

3 VOORZIENENDE ECOSYSTEEMDIENSTEN

3.1 OCE ANEN ALS VOEDSELBRON

Sinds 1950 is de consumptie per persoon van vis en andere zeedieren zoals mosselen, garnalen, krabben, oesters, kreeften… verdrievoudigd. In 2020 werd er wereldwijd bijna 21 kg vis per persoon per jaar gegeten (fig. 10.27). Door de groei van de wereldbevolking en de toegenomen levensstandaard nam vanaf de jaren zestig van de vorige eeuw de productie van vis sterk toe. Hoe groter de wereldbevolking, hoe meer mensen afhankelijk zijn van vis en zeevruchten als voedingsbron voor de inname van dierlijke eiwitten. Sommige kustgemeenschappen in ontwikkelingslanden zijn zelfs helemaal afhankelijk van de zee voor hun voedselvoorziening. De technologische vooruitgang maakte ook de productiestijging mogelijk met grotere vissersschepen die steeds langer en verder op zee kunnen uitvaren. Daarnaast werden de methodes om de vis te bewaren en te transporteren verbeterd. Hierdoor kon de visvangst sterk intensiveren.

1950

De totale opbrengst uit de vangst van wilde vissoorten stagneert sinds de jaren 1990. Het is dankzij de groei van de aquacultuur (viskweek) dat men aan de toenemende vraag naar vis kon voldoen (fig. 10.28).

mariene aquacultuur (kustgebieden en open oceaan)

zoetwateraquacultuur (rivieren, meren, vijvers)

visvangst binnenvisserij (rivieren en binnenwateren)

3.2 OCE ANEN LEVEREN HERNIEUWBARE ENERGIEBRONNEN

Om de opwarming van de aarde onder controle te houden, is er nood aan een transitie van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare energiebronnen. Dit zijn onuitputtelijke energiebronnen die bij gebruik geen CO2 uitstoten. Hierdoor zijn ze heel geschikt om elektriciteit te produceren zonder dat de aarde verder opwarmt.

3.2.1 WINDENERGIE

Offshore (weg van de kust) windenergie is de meest toegepaste vorm van hernieuwbare energiewinning op zee. Voor de kust van Zeebrugge werd eind 2020 het laatste windmolenpark in de oostelijke zone (399 windturbines in totaal) afgewerkt. In het jongste marien ruimtelijk plan van de federale overheid (2020 – 2026) worden voor de kust van Nieuwpoort drie nieuwe zones aangeduid (fig. 10.29). Deze liggen op minimaal 32 km afstand van de kust, nog 10 km verder in zee dan de reeds uitgebouwde oostelijke zone. Ze werden gedoopt tot de Prinses Elisabethzone. In deze zone komt een kunstmatig energie-eiland dat België op termijn zal voorzien van elektriciteit die wordt opgewekt door de nieuwe windturbines in de Noordzee. Het energie-eiland zal tevens in verbinding kunnen worden gebracht met de buitenlandse windturbinezones van het Verenigd Koninkrijk en Denemarken.

MOG (Modular Offshore Grid) bundelt de geproduceerde elektriciteit van vier offshore windparken en brengt ze via gezamenlijke onderzeese kabels aan land (het Stevin-hoogspanningsstation in Zeebrugge). Nemo Link is de eerste Belgische interconnector met het Verenigd Koninkrijk. Via onderzeese kabels tussen beide landen is het sinds 2019 mogelijk om elektriciteit uit te wisselen.

Er loopt momenteel een pilootproject voor het plaatsen van drijvende zonnepanelen tussen de windturbines van de Belgische windparken in de Noordzee. Zonnepanelen zouden op zee beter functioneren dan op land. De grootste uitdagingen zitten in de ontwikkeling van zonnepaneelstructuren die de hoge zeegolven kunnen weerstaan en in het bouwen van zonnepanelen die bestand zijn tegen zout. Naast wind- en mogelijk ook zonneenergie zijn er nog twee andere vormen van energiewinning op zee.

3.2.2 GETIJDENENERGIE

Getijdenenergie past men al op een aantal plaatsen succesvol toe. Onder meer aan de monding van de Rance (in Bretagne, Frankrijk). De werking is eenvoudig: het water stroomt vanuit de zee bij vloed in het bekken en bij eb er weer uit, wat ervoor zorgt dat de turbines gaan draaien. Dat levert energie op. Een belangrijke voorwaarde is een voldoende groot verschil tussen laag en hoog water. Bij de monding van de Rance is dat verschil 10 tot 12 m. Een tweede belangrijke voorwaarde is de aanwezigheid van een diep, ruim, gesloten bekken achter de rivier waarin het water kan opgevangen worden zonder dat het land ernaast bedreigd wordt. De Rance heeft een brede monding waardoor het bekken achter de dam voldoende water kan opvangen (fig. 10.31). Deze vorm van energiewinning is interessant omdat getijden constanter zijn dan wind en zon.

3.2.3 GOLFENERGIE

©VANIN

Bij golfenergie wordt de kracht van de golven gebruikt om energie op te wekken. Ten opzichte van windenergie biedt het verschillende voordelen. Zo zijn golfenergieconvertoren veel minder zichtbaar en zijn er bovendien bijna altijd golven, zelfs wanneer er nauwelijks een zuchtje wind is. Golfenergie is in feite een geconcentreerde vorm van zonneenergie. Windvelden boven de oceanen ontstaan doordat de zon de aarde niet gelijkmatig opwarmt. Als er wind waait over een wateroppervlak, ontstaan er golven. Op die manier wordt een deel van de windenergie

te oogsten zijn volop in ontwikkeling, maar zijn nog niet op

nog altijd duurder dan andere vormen van duurzame

3.3 OCEANEN LEVEREN GRONDSTOFFEN

3.3.1 ZOUT

Zout is een van de oudste grondstoffen die men uit de zee haalt. Het was vroeger heel kostbaar omdat het een van de weinige manieren was om voeding lange tijd te bewaren (pekelen). De ontginning van zout is eenvoudig. Zeewater wordt in bekkens geleid, die van de zee worden afgesloten. Door de verdamping van het water slaat het zout neer (fig. 10.33). Het zoutgehalte van de oceanen, ook wel saliniteit genoemd, is het resultaat van twee processen. Enerzijds is er de aanvoer door rivieren afkomstig van verweringsprocessen op het vasteland en onderzees vulkanisme. Anderzijds is er de evaporatie (of verdamping) die zoet water aan het zeewater onttrekt.

3.3.2 DIEPZEEMIJNBOUW

Door de transitie naar een klimaatneutrale economie, is de vraag naar mangaan en andere metalen zoals nikkel, koper en kobalt fors aan het stijgen. Deze metalen zijn onder meer nodig in smartphones, computers, batterijen, windturbines en zonnepanelen. In de diepzee zijn drie belangrijke soorten diepzeemineralen aanwezig: afzettingen van metaalsulfiden op hydrothermale bronnen, mangaanknollen op de abyssale vlakten en kobaltrijke korsten op onderzeese vulkanen (fig. 10.34). Vooral de ontginning van mangaanknollen blijkt interessant te zijn. Maar dat zit nog in een onderzoeksfase (zie hoofdstuk 4).

• metaalsulfiden

• kobaltrijke korsten

• mangaanknollen

©VANIN

Mangaanknollen komen op grote schaal voor op de abyssale vlakten. Ze bevatten mangaan, nikkel, koper en kobalt.

Kobaltrijke korsten komen voor aan de buitenzijde van onderzeese vulkanen. Ze bevatten kobalt, platina en zeldzame aardmetalen. Kobalt gebruikt men voor

Heet water dat uit de black smokers komt, is verzadigd met metaalsulfiden zoals ijzer, koper, goud, zink, ... Door contact met koud water slaan deze metaalsulfiden neer.

3 ECOSYSTEEMDIENSTEN ONDER DRUK

ONDERZOEKSVRAGEN

WAT ZIJN DE BEDREIGINGEN VOOR DE OCEANEN?

HOE KUNNEN WE ER IETS AAN DOEN?

1 OVERBEVISSING

Wilde vissoorten haalt men in enorme hoeveelheden uit de oceaan waardoor ze niet langer op duurzame wijze worden aangevuld. Momenteel overbevist men een derde van alle visbestanden in de wereld (fig. 10.38). Dit vormt een ernstige bedreiging voor de biodiversiteit van de oceanen en zet mariene ecosystemen zwaar onder druk.

De commerciële visserij had het oorspronkelijk vooral gemunt op grotere vissoorten die bovenaan de voedselketen staan zoals kabeljauw, heilbot, tonijn, zwaardvis … Omdat hun aantallen afnamen, begonnen de vissersvloten steeds verder de oceaan op te gaan en zich op kleinere soorten te richten. Deze soorten staan een trapje lager in de voedselketen en voeden zich met kleinere visjes. Toen ook deze soorten overbevist geraakten, ging men over op het vissen van soorten die plankton eten. Hiervoor wordt de term ‘fishing down the foodweb’ gebruikt (langs de voedselketen omlaag vissen).

Daarnaast is er nog de destructieve bodemvisserij, waarbij reusachtige, trechtervormige sleepnetten achter boten aan worden getrokken (trawlervisserij). Dit brengt ook schade aan andere zeediersoorten aan. Zeeschildpadden, dolfijnen, zeevogels en andere dieren worden allemaal als bijvangst van de trawlervisserij bedreigd (fig. 10.40).

©VANIN

2 ZIJN VISK WEKERIJEN EEN OPLOSSING?

Producenten schuiven aquacultuur naar voor als oplossing om de overbevissing tegen te gaan. Maar dat klopt niet helemaal. Voor de Schotse westkust bevinden zich massieve pontons met onderwaterkooien waarin zalm en forel worden gekweekt. Veel kweekvissen, waaronder zalm en forel, zijn carnivoren. Ze worden grotendeels gevoed met goedkope in het wild gevangen vis die verwerkt wordt tot vismeel en visolie. Om een ton zalm of forel te oogsten heb je gemiddeld 4 ton kleine visjes nodig. Daardoor belandt 27 % van de totale visvangst niet op ons bord. Volgens Canadese wetenschappers wordt jaarlijks gemiddeld 20 miljoen ton vis verwerkt tot visvoer, dat ook als kippen- en varkensvoer dient. Omdat de vissen opgepakt zitten in kooien, zoals in de intensieve veehouderij, zijn ze erg gevoelig voor ziektes en parasieten. De kwekers trachten luizenplagen onder controle te krijgen met insecticiden en infecties met extra antibiotica. Omdat gekweekte vis een vrij grauwe kleur heeft, worden kleurstoffen met het vismeel vermengd zodat het vlees een attractieve oranjerode kleur krijgt.

3 EN WAT MET ZEEBOERDERIJEN?

De kweek van algen zoals zeewier komt steeds meer in beeld. Algen kunnen een rol spelen in het vervangen van (dierlijk) eiwit in ons dieet, in het veevoer en het voedsel voor de in de aquacultuur gekweekte vis. Er zijn op het vlak van duurzaamheid meerdere voordelen verbonden aan de algenteelt. Men gebruikt bij de teelt nauwelijks of geen grondwater of zoetwater en meststoffen. Bijkomend voordeel is dat de teelt van zeewier CO2 aan de atmosfeer onttrekt. Naast de voedselproductie ontdekt en ontwikkelt men toepassingen in cosmetica, bioplastic en biobrandstof.

drijvende zonnepanelen

visserij

©VANIN

kweek van schelpen schaaldieren

zeewierteelt

natuurontwikkeling

In de Noordzee ziet men kansen door de ruimte tussen de windturbines van offshore windparken te gebruiken voor nieuwe activiteiten: de multiuse zeeboerderij (fig. 10.42). In proefprojecten keek men naar natuurontwikkeling, drijvende zonnepanelen en het kweken van zeewier, vis, schaal- en schelpdieren.

4 PLASTICSOEP

4.1 OORZAKEN

Plastic is alomtegenwoordig in het dagelijks leven. Omdat het zo veelzijdig en goedkoop is, wordt het overgeconsumeerd. Helaas moeten we ook onder ogen durven zien dat er te veel plastic in onze oceanen terechtkomt. Men schat dat er jaarlijks ongeveer 8 miljoen ton zwerfvuil, waarvan de grote meerderheid plastic, in de oceanen belandt (fig. 10.44).

De helft komt van plastics die voor eenmalig gebruik werden geproduceerd (Single Use Plastics: plastieken zakjes, rietjes, verpakkingen, ballonnen …). Zodra plastic in het water belandt, breekt het langzaam af in steeds kleinere stukjes (microplastics). En die microplastics komen via vissen uiteindelijk in onze voedselketen terecht. Wereldwijd wordt er een wetgeving uitgerold om deze Single Use Plastics te verbieden. Een aantal Afrikaanse landen staan al verder dan wij in Europa.

Een derde van het plastic afval in de oceanen komt van visnetten. Deze knoopte men vroeger met touw van natuurvezels. Maar sinds de jaren zestig van de vorige eeuw worden ze van kunstvezels gemaakt, materialen die veel sterker en goedkoper zijn. Omdat ze niet vergaan, vervuilen de visnetten nu onze zeeën en oceanen en blijven daar in lengte van dagen ronddrijven.

4.2 GE VOLGEN

De plasticsoep vormt een groot probleem voor zeedieren. Grotere dieren als vogels, schildpadden en vissen zien het plastic aan voor voedsel. Zij eten het op en sterven daarna door verstikking of verhongering omdat hun maag verstopt raakt. Ingewikkelder en minder direct zichtbaar zijn de gevolgen voor de kleinere mariene levensvormen. Zo komen er bij het uiteenvallen van plastic schadelijke chemische stoffen vrij, die via zeeorganismen in de voedselketen belanden. Ook kunnen exotische organismen ‘meeliften’ op stukjes plastic, en ecosystemen elders aantasten. Ten slotte kunnen nietafbreekbare schadelijke organische verbindingen als pcb’s en pesticiden (onder andere DDT) zich aan de plastics hechten. Zo koloniseren allerlei organismen, waaronder ziekteverwekkers, drijvende stukjes plastic. Ook zij komen in de voedselketen terecht. In de mariene voedselpiramide bouwen zich concentraties van deze stoffen op. Uiteindelijk kunnen ook mensen die deze zeedieren consumeren de schadelijke chemische stoffen en stukjes plastic binnenkrijgen. Zo heeft Belgisch milieu-toxicologisch onderzoek aangetoond dat mosselen en oesters gemiddeld 0,36 deeltjes plastic per gram eetbaar weefsel bevatten.

©VANIN

4.3 GYRES

Mensen denken soms dat er eilanden van plastic ronddrijven in de oceaan, maar dat klopt niet. In sommige delen van de oceaan is wel meer plastic aanwezig dan in andere. Dat komt doordat plastic zich verzamelt in ‘gyres’ (fig. 10.45). Een gyre is een gebied in de oceaan waar zeestromen, aangedreven door constante (passaat) winden en de rotatie van de aarde, bij elkaar komen op een soort rotonde. Op het noordelijk halfrond draaien de gyres met de klok mee. Op het zuidelijk halfrond draaien ze ertegenin. Middenin is het rustig en windstil. Aan de randen niet. De gyres worden ook wel omschreven als ‘Ocean Garbage Patches’. Het zijn een soort draaikolken waaruit het plastic niet weg kan en naar het midden wordt gedreven. Daardoor is er op die plekken een hogere concentratie plastic aanwezig dan elders in de oceanen. Het zijn vooral microplastics. Deze zijn dus niet altijd zichtbaar met het blote oog.

4.4 HULP VANUIT DE RUIMTE

Desalniettemin zijn wetenschappers erin geslaagd om microplastics op te sporen vanuit de ruimte met de hulp van satellieten. Daardoor kunnen ze nu achterhalen waar de microplastics precies vrijkomen en naartoe gaan. In een volgende stap wil men deze plastics ook opruimen. Organisaties zoals The Ocean Cleanup zijn volop bezig technieken te ontwikkelen om rivieren en de oceaan een beetje schoner te maken. Het blijft vooralsnog dweilen met de kraan open. Plastics worden namelijk nog steeds in toenemende mate gebruikt en gedumpt. Gelukkig kunnen de opruimwerkzaamheden nu al gerichter gebeuren.

4.5 REDUCE , REUSE, REFUSE

De echte oplossing is voorkómen dat er plastic in de oceanen belandt. Dat komt neer op de drie R’s van reduce (verminderen), reuse (hergebruiken) en refuse (weigeren). We kunnen bewust kiezen voor producten die met minder plastic verpakt zijn, we kunnen plastic flessen, borden en verpakkingen gescheiden inzamelen en hergebruiken, en ook alternatieven kiezen voor deze producten zoals papieren tassen en bekers. Deze oplossingen vergen echter een grote omslag in het gedrag van consumenten en van bedrijven.

©VANIN

4.6 MICROBE ADS

Maar met inzameling en hergebruik zijn de problemen niet opgelost. Veel verzorgingsproducten zoals tandpasta en shampoo bevatten microbeads. Dat zijn minuscule plastic bolletjes die in het afvalwater terechtkomen en moeiteloos de rioolzuiveringsinstallaties voorbijgaan. Idealiter worden deze verboden of gaan bedrijven aan de slag om ze vrijwillig te vervangen. Een ander probleem is dat er bij het wassen van kleding van fleece, acryl, nylon of polyester bij elke wasbeurt duizenden minuscule plastic vezeltjes in het afvalwater en het milieu belanden. Het probleem van de plasticsoep is daarom alleen oplosbaar met een wereldwijde aanpak.

5 BEDREIGING VAN KORAALRIFFEN

De Koraaldriehoek is een van ‘s werelds belangrijkste mariene ecosystemen van de wateren van de Filipijnen, Maleisië, Indonesië, Oost-Timor, Papoea-NieuwGuinea en de Salomonseilanden. Het gebied heeft de hoogste mariene biodiversiteit ter wereld en is daarom hét centrum van mariene biodiversiteit wereldwijd. Het is onder andere uniek vanwege de grote diversiteit aan soorten koraalrif. Binnen de grenzen van de Koraaldriehoek leven minstens 500 soorten koraalrif. Op deze riffen kun je minstens 2 228 verschillende soorten rifvissen vinden en ook 6 van de 7 soorten zeeschildpadden. Daarnaast voeden, broeden en migreren walvissen, dolfijnen, bruinvissen, doejongs (Indische zeekoeien) en veel soorten haaien inclusief de walvishaai in deze wateren (fig. 10.48).

In de Koraaldriehoek leven meer dan 120 miljoen mensen (fig. 10.49). Zij zijn voor hun voedsel en inkomsten grotendeels afhankelijk van de zee. De omliggende koraalriffen zijn niet alleen belangrijk als kraamkamer voor vis, maar zorgen ook voor extra kustbescherming. Net als mangrovebossen zijn zij een natuurlijke golfbreker en beschermen de mensen die aan de kust wonen tegen de impact van extreem weer.

©VANIN

GEOPOLITIEK BELANG

VAN GRONDSTOFFEN EN SCHEEPVAARTROUTES

ONDERZOEKSVRAAG

VAN WIE ZIJN DE RIJKDOMMEN OP DE OCEAANBODEM?

Volgens het VN-zeerechtverdrag uit 1982 horen het luchtruim, de zee en de zeebodem tot 22 km buiten de kust tot het nationaal territorium van het aangrenzende land. Dat zijn de territoriale wateren waar de wetten van het aangrenzende land gelden. Voor de rechten op bodemschatten, trekt men die grens op tot 370 km buiten de kust. Dat is dan de exclusieve economische zone (EEZ) van een land. Daarbuiten liggen de internationale wateren

Op figuur 10.51 is duidelijk te zien dat de grondstoffen in de diepzee (metaalsulfiden, mangaanknollen en kobaltrijke korsten; zie hoofdstuk 2)

vooral in de internationale wateren liggen. De rechten voor exploratie en de latere exploitatie van die grondstoffen worden verdeeld door de Internationale Zeebodem Autoriteit (ISA), een organisatie onder de vleugels van de VN. Deze organisatie is dus verantwoordelijk voor de zeebodem in internationale wateren.

mangaanknollen

kobaltrijke korsten

metaalsulfiden

exclusieve economische zones

©VANIN

DE RACE TO THE BOTTOM

Vooral naar de ontginning van mangaanknollen, ter grootte van forse aardappelen, voert men al tientallen jaren actief onderzoek. Ze zijn bijzonder talrijk aanwezig in de Clarion-Clipperton Zone (CCZ). De ISA heeft in dit gebied zeventien zones afgebakend waarin exploratie voor diepzeemijnbouw is toegestaan, samen goed voor ongeveer 1,2 miljoen vierkante kilometer of tweemaal de oppervlakte van Frankrijk (fig. 10.52). België is met Global Sea Mineral Resources (GSR), een dochteronderneming van baggeraar DEME, een van de concessiehouders. De Patania II is een zuigrobot die het bedrijf GSR gebruikt bij proeven om mangaanknollen te verzamelen. De robot die bij de exploitatie zal worden gebruikt is drie keer groter (fig. 10.53). Ook Duitsland, Frankrijk, het Verenigd Koninkrijk, China en Japan doen mee in de race om de rijkdom van de zeebodem. Die rijkdom bevindt zich wel in een bijzonder ecosysteem, waarover nog maar weinig geweten is.

3 DIEPZEEMIJNBOUW, EEN NOODZAKELIJK KWAAD?

De ontginning van mangaanknollen zal een aanzienlijke impact hebben op de exploitatiezone en het hele gebied eromheen. De mangaanknollen vormen een hard substraat in een modderige vlakte, waarop zeebewoners als sponzen en anemonen zich vasthechten. Aangezien het miljoenen jaren duurt om zulke knollen te vormen, verdwijnt een cruciaal onderdeel van het leefgebied van een aantal zeebewoners nagenoeg voorgoed. Bij de winning van de knollen warrelt het sediment op de diepzeebodem op. Waar het sediment terug neerslaat, dekt het de dunne voedselrijke laag op de bodem af. Ook geluidshinder en lichtvervuiling bij de ontginning zijn verstorende factoren.

Volgens milieuorganisaties zoals het Wereldnatuurfonds en Greenpeace, is er geen diepzeemijnbouw nodig om de transitie naar een duurzame samenleving mogelijk te maken. Zij zeggen dat het beter is om in te zetten op maximale recuperatie en recyclage en alternatieven te zoeken zoals voor individueel wagengebruik. Hierdoor neemt de behoefte aan extra ontginning af. Recyclage van kostbare metalen is wel een duur en complex proces, dat economisch (nog) niet kan wedijveren met primaire ontginning. Op dit moment is er nog onvoldoende aanbod aan materialen die kunnen terugstromen voor recyclage. Europa maakt daarom werk van een strategie voor een circulaire economie.

Zeevogels kunnen gedesoriënteerd geraken door artificiële verlichting. mogelijke conflicten met de visserijsector en onderzoeksschepen

lichtvervuiling

geluidshinder

Zeeleven kan gestoord worden door geluid, licht en sediment.

sedimentverstoring door zware machines

neerslag van (soms toxisch) sediment

sedimentpluimen

Soorten waarvan we het bestaan niet eens kennen, dreigen voorgoed te verdwijnen.

België neemt hierin het voortouw met materialengroep Umicore. Umicore heeft in Hoboken een expertisecentrum voor de recyclage van batterijen. Hiermee kan het jaarlijks 7 000 ton aan batterijen verwerken, goed voor de recyclage van zo’n 250 miljoen smartphones of 35 000 elektrische wagens. Voorlopig volstaat recyclage niet voor het snelgroeiende elektrische wagenpark en moeten de grondstoffen voor de batterijindustrie nog uit de klassieke mijnbouw komen. Maar het is belangrijk dat Europa zich op het vlak van grondstoffen minder afhankelijk maakt van landen zoals China.

©VANIN

4 DE ARCTIS CHE REGIO, NIEUWE GEOPOLITIEKE HOTSPOT

Het gebied rondom de Noordpool was lange tijd moeilijk toegankelijk en daardoor niet echt interessant voor de omringende landen. Door klimaatverandering en het smelten van het zee-ijs verandert dat snel. De Noordelijke

IJszee zou in alle emissiescenario’s vanaf 2050 minstens één keer in de zomer bijna vrij kunnen zijn van zee-ijs. Op figuur 10.55 is de evolutie van het Arctische zee-ijs in september (wanneer het zijn minimum bereikt) zichtbaar voor verschillende emissiescenario’s. De lichte tinten houden rekening met onbetrouwbaarheden.

4.1 DE NOORDELIJKE IJS ZEE

De landen die een exclusieve economische zone (EEZ) hebben in de Noordelijke IJszee zijn: Rusland, Noorwegen (vanwege Spitsbergen), Denemarken (vanwege Groenland), Canada en de Verenigde Staten (vanwege Alaska). Zij worden ook wel ‘the Arctic Five’ genoemd (fig. 10.56).

Het VN-zeerechtenverdrag uit 1982 geeft landen de mogelijkheid hun EEZ uit te breiden tot 350 zeemijlen (650 km). De landen moeten dan wel kunnen aantonen dat hun continentaal plat verder doorloopt of een onderzeese rug daarvan een uitloper is. Volgens de Russen is de Lomonosovrug onderdeel van hun continentaal plat en daarom claimen ze 1,19 miljoen km2 buiten de eigen 200-mijlszone. Dit zou betekenen dat Rusland de soevereine rechten voor de ontginning van bodemschatten krijgt over ongeveer 45 % van de Noordelijke IJszee, want door de enorme kustlijn van Rusland ligt een groot deel van de zee al binnen die 200-mijlszone. Ook Canada en Denemarken hebben een claim ingediend om te bewijzen dat dit stuk zeebodem bij hun land hoort. Er is nog geen internationale overeenstemming over het verleggen van de grenzen van de EEZ.

4.2 NATUURLIJKE RIJKDOMMEN

©VANIN

In de Noordelijke IJszee gaat het om vis en delfstoffen zoals olie, gas en mogelijk andere mineralen. Vis wordt alleen gevangen aan de randen van de Noordelijke IJszee en vooral in het gebied tussen Groenland, IJsland, Noorwegen en Nova Zembla, en in de Beringzee. Op heel lange termijn, als er meer ijs smelt en er meer plankton groeit, zouden ook meer centrale delen bevist kunnen worden. In totaal wordt er jaarlijks ruim 7 miljoen ton vis gevangen, vooral kabeljauw en haring. Een veel belangrijkere bron van inkomsten dan vis zijn olie en gas.

Volgens de Amerikaanse Geologische Dienst bevinden 13 % van de olievoorraden en 30 % van de gasvoorraden op de wereld zich in dit gebied. Ruim de helft daarvan is voor Rusland, dat met Gazprom in 2015 begonnen is met de winning in de omgeving van Nova Zembla. Het boren naar en winnen van olie en gas is door de lage temperaturen, ijsschotsen, de lange nachten in de winter en de onstuimige zeeën een uiterst moeilijke, gevaarlijke en dure aangelegenheid. Shell is daarom opgehouden met boringen ten noorden van Alaska. Olie en gas kunnen niet met pijpleidingen worden afgevoerd. Dat moet met schepen gebeuren. Voor de afvoer van gas moet men op zee installaties bouwen om het gas vloeibaar te maken, waarna men het gas afvoert met dubbelwandige tankers die zelf ook ijs kunnen breken.

4.3 S CHEEPVAARTROUTES

Door het smelten van het ijs in de Noordelijke IJszee is scheepvaart nu mogelijk via twee routes (fig. 10.58). De Noordwestelijke Doorvaart loopt van de Atlantische naar de Pacifische Oceaan door de Canadese archipel. Sinds 2000 bevaren steeds meer schepen deze route zonder ijsbreker. De route van Europa naar China en Japan is via deze weg 4 000 km korter dan via het Panamakanaal. De Noordoostelijke Doorvaart loopt ook van de Atlantische naar de Pacifische Oceaan, maar dan ten noorden van Rusland. Voor transporten tussen Europa en het Verre Oosten is deze korter dan de Noordwestelijke Doorvaart. En schepen hoeven dan niet meer via het Suezkanaal te varen.

©VANIN

In de toekomst komt er mogelijk nog een derde route bij: de transpolaire route (rechtstreeks van Spitsbergen naar de Beringstraat). Deze route is de kortste en gaat niet door territoriale wateren. De groei van de scheepvaart belast het kwetsbare arctische milieu. Schepen stoten bij de verbranding van zware stookolie grote hoeveelheden zwaveloxide en stikstofoxide uit, maar ook roetdeeltjes. Die slaan neer op het zee-ijs, waardoor de reflectie van zonlicht vermindert en de opwarming versnelt. Daarnaast is er risico op olierampen. Om die reden is de scheepvaart in de wateren rond Antarctica sinds jaar en dag streng aan banden gelegd. Vanwege de klimaatverandering en nieuwe economische activiteiten is multilaterale samenwerking hard nodig om een duurzaam gebruik van de Arctische Oceaan veilig te stellen.

haven

offshore windmolen- parken

continentaal plat

drijvende zonnepanelen

zeewierteelt

natuurontwikkeling

meer ontginning in noordpoolregio door boorplatformen voor aardolie en gas

plasticsoep

continentale helling

MEER BROEIKASGASSEN

VAN DE AARDE

OPWARMING

noordelijke routes worden beschikbaar

maritiem transport

abyssale vlakte

single use plastic vermijden

grondstoffen (nood aan)

verzuring van de oceanen

diepzee- mijnbouw

mangaanknollenkobaltrijke korsten seamount

circulaire economie

overbevissing

afname biodiversiteit

verbleking koraalrif koraalrif

toerisme en recreatie

black smokers

metaalsulfiden

De oceanen leveren tal van ecosysteemdiensten. Op onderstaande doorsnede zijn een aantal ecosysteemdiensten aangeduid,

de multi-use zeeboerderij

visserij

alsook de bedreigingen waarmee ze te kampen hebben (rood) en mogelijke oplossingen (groen).

kweek van schelpen schaaldieren

©VANIN

Cartografie

1 VAN BOL NAAR PLAT VLAK

2 KAARTEN VERTELLEN EEN RUIMTELIJK VERHAAL

©VANIN

VAN BOL NAAR PLAT VLAK

ONDERZOEKSVRAGEN

ER ZIJN ONEINDIG VEEL MOGELIJKE VOORSTELLINGEN

VAN DE AARDE. WELKE WEERGAVE IS JUIST? WELKE KAART IS FOUT?

1 VAN DRIE NAAR TWEE DIMENSIES

De aarde is een bol met drie dimensies, terwijl een kaart slechts twee dimensies heeft. Alle ruimtelijke verschijnselen spelen zich af op de aarde. Wanneer we onregelmatigheden zoals gebergten wegdenken en het aardoppervlak laten samenvallen met het zeeniveau dan spreken we van de geoïde. Die vorm, de afgeplatte aarde, wordt benaderd door een ellipsoïde. De bolvorm weergeven op een plat vlak is meetkundig een onmogelijk iets.

Op de globe (ook op Google Earth) wordt de werkelijkheid meetkundig perfect weergegeven. De aarde heeft hier volgende eigenschappen:

- De afstanden tussen de parallellen (breedtecirkels) zijn gelijk;

- De afstand tussen de meridianen gemeten langs dezelfde parallel is gelijk;

- De parallellen lopen evenwijdig en staan loodrecht op de meridianen;

- De meridianen snijden elkaar in de polen.

Als je het beeld op de bol vergelijkt met de eigenschappen van enkele wereldkaarten in je atlas merk je belangrijke verschillen. De (bijna) perfecte weergave van de aarde kan dus enkel op de globe. Maar de globe is niet erg praktisch te gebruiken. En door zijn afmetingen kunnen er geen details weergegeven worden.

©VANIN

2 PROJECTIES ALS HULPMIDDEL

De globe op een plat vlak afbeelden gebeurt via een projectie. Dat is een meetkundige constructie waarbij de coördinaten (lengte en breedte) vanop het bolvormig oppervlak geprojecteerd of overgebracht worden op een plat vlak: het projectievlak

2.1 VER SCHILLENDE PROJECTIEVLAKKEN

De bol kan geprojecteerd worden op vlakken of op lichamen die ontwikkelbaar zijn tot een plat vlak zoals een cilinder of een kegel:

- azimutale of vlakprojectie: projectie gebeurt op een vlak

- kegelprojectie: het projectievlak is een kegel

- cilinderprojectie: het projectievlak is een cilinder

2.2 VER SCHILLENDE CONTACTEN TUSSEN GLOBE EN PROJECTIEVLAK

Het projectievlak kan de aardbol raken in een punt (azimutale projectie) of op een lijn (kegel- en cilinderprojectie). Het is ook mogelijk dat het projectievlak de aardbol snijdt. Waar het projectievlak van een kegel- of cilinderprojectie de globe raakt of snijdt, ligt de standaardparallel. Daar zijn geen vervormingen. Bij een rakende projectie is er één standaardparallel, bij een snijdende zijn er twee standaardparallellen. De rakende azimutale projectie heeft maar één punt exact juist, de snijdende azimutale projectie heeft maar één standaardparallel die zonder vervormingen is.

2.3 DE LIGGING VAN HET PROJECTIEVLAK

Het projectievlak kan verschillende oriëntaties hebben t.o.v. de aardas en de evenaar:

- normale ligging: de aardas valt samen met de centrale kegel- of cilinderas, voor de azimutale projectie raakt ze aan een van van beide polen;

- transversale ligging: de as van het projectievlak ligt in het evenaarsvlak en/of de aardas en projectieas staan loodrecht op elkaar;

- schuine ligging: de as van het projectievlak snijdt de globe ergens tussen de geografische pool en de evenaar voor de kegel- en cilinderprojectie, voor de azimutale projectie raakt ze noch een van de polen noch een punt van de evenaar.

2.4 HET K AARTBEELD VERANDERT MET DE GEKOZEN EIGENSCHAP

De eigenschappen of getrouwheidskenmerken van een kaart worden bepaald door de gekozen projectie. De keuze voor een kaartprojectie hangt af van het beoogde doel ervan. Aan de hand van de volgende criteria kan de getrouwheid van voorstelling onderzocht worden:

- De conformiteit (= vormgetrouwheid of hoekgetrouwheid) veronderstelt dat er geen hoekvervorming is, en dat de vorm van de continenten wordt weergegeven zoals op de globe;

- De equivalentie of oppervlaktegetrouwheid houdt in dat de grootte van de oppervlakten t.o.v. elkaar juist worden weergegeven, met als gevolg dat de landvormen afwijken van de werkelijkheid;

- De equidistantie of afstandsgetrouwheid houdt in dat de afstanden op de kaart slechts in één richting afstandsgetrouw zijn.

Merk op dat slechts één eigenschap tegelijk kan gerealiseerd worden. Er zijn dus oneindig veel verschillende mogelijkheden om de aarde voor te stellen. Geen enkele kaart is steeds helemaal juist. De keuze hangt af van de bedoeling van de kaartenmaker. De aard en de grootte van de vervormingen verschillen per projectie. Deze vervormingen worden visueel voorgesteld door de indicatrix van Tissot. Op de globe worden cirkels aangebracht en bij projectie naar een kaart wijzigt de vorm of grootte ervan. Hierdoor kan de vervorming van hoeken, oppervlakten en afstanden geïllustreerd en gevisualiseerd worden (fig. 11.5).

Op iDiddit vind je een animatie over vervormingen die optreden bij verschillende projecties.

2.5 K AARTVOORSTELLINGEN ALS COMPROMISOPLOSSING

©VANIN

Afylactische kaarten of compromisoplossingen hebben geen enkele meetkundige eigenschap: ze zijn niet hoekgetrouw, noch oppervlaktegetrouw en evenmin afstandsgetrouw. Ze willen wel een aanvaardbare kaartvoorstelling van de wereld geven en trachten extreme vervormingen uit te sluiten.

We noemen dit dan ook geen projecties maar kaartvoorstellingen. Een veelgebruikte kaartvoorstelling voor wereldkaarten is de Robinsonkaart. In Europa leggen we voor wereldkaarten de nulmeridiaan vaak centraal op de kaart, al kan het ook anders. De keuze hangt af van het werelddeel waar de kaarten gemaakt zijn en voor welk gebied de kaarten bestemd zijn.

De keuze voor projectievlak, contact, ligging, eigenschap en vizierpunt leidt tot een eigen, typisch patroon van meridianen en parallellen. Elke keuze houdt altijd een beperking in, omdat geen enkele kaart aan alle eigenschappen voldoet. Zo kan een hoekgetrouwe kaart als de kaart van Mercator, nooit ook oppervlaktegetrouw zijn. Afstandsgetrouwheid kan ook nooit gerealiseerd worden langs zowel meridianen als parallellen. Online kun je projecties en kaartvoorstellingen op hun kenmerken en afwijkingen onderzoeken (zie iDiddit).

2.6 DE BELGISCHE LAMBERTPROJECTIE

De Belgische Lambertprojectie wordt gebruikt als basis voor de Belgische topografische kaarten. Dat is een conforme (hoekgetrouwe) kegelprojectie met twee standaardparallellen (op 49°50’ N en 51°10’ N) waardoor de fout op het platte vlak heel klein is (max. 10 cm/km). Dit laat toe om heel nauwkeurige topografische kaarten te maken.

De centrale meridiaan loopt door Ukkel. Op de kaartprojectie wordt een coördinatenstelsel (roos op fig. 11.7) aangebracht waarvan de oorsprong ten zuidwesten van België (ergens in Noord-Frankrijk) ligt om negatieve coördinaten te vermijden. De x-as van de projectie staat loodrecht op de centrale meridiaan en ca. 665 km ten zuiden van Ukkel, de y-as staat loodrecht op de x-as en ca. 650 km ten westen van de centrale meridiaan. Deze x-y-coördinaten zijn in meter uitgedrukt. De Lambert 2008-coördinaten sluiten perfect aan binnen het nieuwe Europese referentiesysteem ETRS89 (European Terrestrial Reference System). Dat is een coördinatenstelsel op de gekozen ellipsoïde voor Europa, wat een makkelijke omrekening van coördinaten mogelijk maakt. Op een gps kun je dit coördinatenstelsel zelf instellen.

©VANIN

KAARTEN VERTELLEN EEN RUIMTELIJK VERHAAL

In je atlas en je leerboek kom je een groot aantal kaarten tegen die allemaal verschillen, niet alleen qua projectiemethode, maar ook qua gebied, schaal, onderwerp en gebruikte symboliek. Om een verschijnsel op een kaart voor te stellen, heeft de cartograaf de keuze uit een variatie aan puntsymbolen, die verschillen in vorm, kleur, tint, grootte, dikte … Elke keuze staat in functie van de doelstelling van de kaart en van de cartografische leesbaarheid. Idealiter moet de kaart bijna in een oogopslag de inhoud duidelijk maken.

De verklaring van de symbolen vind je steeds in de legende. De legende ontleden (‘Wat wordt hoe voorgesteld?’) is een eerste en belangrijke stap om de kaart te lezen en te begrijpen. De belangrijkste voorstellingswijzen kun je onderzoeken aan de hand van enkele kaarten uit een schoolatlas.

1.1 FIGURATIEVE KAART

Bepaalde tekens of tekeningetjes (associatieve symbolen) roepen door hun beeld een bepaalde realiteit op. Ze worden getekend ongeveer op de plaats waar het verschijnsel voorkomt, vaak tegen een gekleurde achtergrond (zie verder bij chorochromatische kaart). Ook kaarten waar bollen op staan die in grootte verschillen per administratief gebied en dus een waarde geven over een item van dat gebied, horen bij de figuratieve kaarten.

©VANIN

1.2 DIAGRAMMENKAART

De grootte en de proportie van een bepaald verschijnsel wordt op de achtergrond van een administratieve kaart weergegeven. Dit is een veel sterker beeld dan een statistische lijst, omdat ook de ruimtelijke component hier meteen een plaats krijgt. De vragen ‘wat’ en ‘waar’ zijn dus meteen te beantwoorden.

1.3 STIPPENKAART

Bij een stippenkaart worden statistische gegevens (aantallen van een bepaald fenomeen) getekend als stippen, al dan niet gebundeld (bv. één stip = 1 000 inwoners). Administratieve aanduidingen zoals gemeenten of steden, worden vaak aangebracht als oriëntatie. De dichtheid van de stippen schetst de lokalisatie en het belang van een bepaald verschijnsel.

©VANIN

Soms kunnen de stippen ook een bepaalde kleur krijgen die de spreiding van een verschijnsel verduidelijkt. De kaart van ‘Curieuzeneuzen’ die de temperatuur op meetpunten in tuinen in Vlaanderen in kaart brengt, is hiervan een voorbeeld (fig. 11.11). Je kunt online zelf een stippenkaart van aardbevingen maken (zie iDiddit).

2 K AARTEN MET EEN VARIATIE AAN LIJNSYMBOLEN

2.1 EENVOUDIGE LIJNEN

Lijnen op kaarten kunnen verschillen in kleur (bv. soorten verkeerswegen, pijpleidingen …), in patroon (bv. andere symboliek voor verschillende soorten administratieve grenzen) en in dikte (volgens belangrijkheid van het verschijnsel).

2.2 BEWE GINGSKAART EN PIJLENKAART

Deze kaart is een speciale vorm van een lijnenkaart. Om stromen van mensen of goederen uit te beelden gebruikt de cartograaf pijlen die variëren in breedte en/of kleur. Zo wordt een beweging of stroom gesuggereerd, tussen de oorsprong en de bestemming.

©VANIN

3 K AARTEN MET EEN VARIATIE AAN KLEURSYMBOLEN

Atlaskaarten waarmee je vertrouwd bent, maken gebruik van kleuren om een verschijnsel op een bepaalde oppervlakte voor te stellen.

3.1 CHOROCHROM ATISCHE KAART

De spreiding van een kwalitatieve variatie (‘wat’) van één bepaald thema wordt door verschillende kleuren voorgesteld. De spreiding van het verschijnsel komt overeen met de kleur in dat gebied (fig. 11.16). De eenvoudigste vorm van een chorochromatische kaart is de kaart waarop de administratieve / staatkundige indeling van een gebied wordt getekend.

3.2 CHOROPLETENK AART

De spreiding van een kwantitatief aspect (‘hoeveel’) per administratieve eenheid (gemeente, land …) stelt men vaak voor door verschillende tinten van eenzelfde kleur of twee verwante kleuren. Het hele administratieve gebied wordt in dezelfde kleur weergegeven. Dat is dus een andere voorstelling dan een chorochromatische kaart. Relatieve waarden drukt men uit per ha, per km² … en soms ook in %. De eenheden zijn in klassen opgesplitst. Omwille van de leesbaarheid is het aantal klassen beperkt.

3.3 IS OLIJNENKAART OF ISOPLETENKAART

Een isopletenkaart geeft een kwantitatief verschijnsel weer dat continu verloopt. Elke isolijn verbindt punten met gelijke waarden voor een bepaald verschijnsel met elkaar. De kaarten die klimaatgegevens voorstellen zijn hiervan voorbeelden. Om klimaatgegevens voor te stellen gebruikt men kleuren die ‘psychologisch’ het verschijnsel oproepen, bv. nat of droog, koud of warm … Ook hier is het aantal klassen beperkt voor een betere leesbaarheid. De auteurs maken een keuze tussen de hoeveelheid en het detail van de informatie enerzijds en de leesbaarheid anderzijds. In de aardrijkskunde zijn we vertrouwd met het type kaarten waarop isothermen, isobaren, isohyeten … staan getekend.

4 K AARTEN MET EEN AFWIJKENDE VORM

Een bijzondere kaart is de anamorfosekaart. De cartograaf stelt op dit type kaarten het belang van het verschijnsel voor door de oppervlakte van het land te laten variëren met de grootte van het voorgestelde onderwerp. Een dergelijke kaart heeft een sterke beeldtaal. Door verschillende kaarten in de tijd na elkaar te monteren en redelijk snel af te spelen, wordt de evolutie van een verschijnsel sterk gevisualiseerd.

Op iDiddit vind je een animatie over de evolutie van de CO₂-uitstoot tussen 1970 en 2016.

5.1 TOPOGRAFISCHE KAARTEN

Landschappelijke (en dus zichtbare) verschijnselen kunnen gedetailleerd worden weergegeven op grootschalige topografische kaarten. Op deze kaarten vind je ook onzichtbare verschijnselen zoals grenzen, namen …

5.2

©VANIN

Sommige belangrijke ruimtelijke verschijnselen hebben een grote impact, ook al zijn ze onzichtbaar. Klimaat is daar een voorbeeld van. Ook veel socio-economische verschijnselen kun je niet zien maar moet je wel kennen om een aantal zichtbare verschijnselen te begrijpen.

Bijvoorbeeld:

- verticale relatie tussen klimaat (onzichtbaar) en natuurlijke vegetatie (zichtbaar)

- verticale relatie tussen grondsoorten (waarneembaar) en landbouwstreken (onzichtbaar)

- verticale relatie tussen plaatgrenzen (onzichtbaar) en aardbevingen (waarneembaar)

Soms zijn ook landsgrenzen herkenbaar in de landschapsverschillen aan weerszijden van de grens.

6 K AARTEN VARIËREN MET DE SCHAAL

Al naargelang de grootte van het gebied dat weergegeven wordt, moet de weergave meer of minder verkleind worden. De schaal moet dus aangepast worden.

6.1 S CHAAL

De schaal drukt de verhouding uit tussen de afstand op de kaart t.o.v. de werkelijke afstand. Omdat kaarten de werkelijkheid altijd verkleind weergeven, is de schaal vaak uitgedrukt in een breuk, waarvan de noemer aangeeft hoeveel maal de realiteit op deze kaart werd verkleind. Het alternatief voor een breukschaal is een lijnschaal die de verhouding tussen de afstanden op de kaart en werkelijke afstand visualiseert. Je atlas geeft meestal zowel de breuk- als lijnschaal aan. Op digitale kaarten zijn enkel lijnschalen bruikbaar. Deze vergroten of verkleinen met het in- of uitzoomen van de kaart.

6.2 GROTE EN KLEINE SCHAAL

Om een gebied vrij groot weer te geven gebruik je een grote schaal. Het getal in de noemer is dan een klein getal. Zo is 1/10 000 een grotere schaal dan 1/100 000. Kleine schaal betekent dat het gebied klein weergegeven is. Het gebied is dus sterk verkleind.

noemer of schaalgetal lijnschaal in cm reikwijdte bv. grootte van het gebied beschrijft het gebied voorbeelden in beeld

Grootschalige kaart kleingeeft bv. 500 m weer

1/100 tot 1/50 000

klein gedetailleerdgrootschalig referentiebestand (GRB)

Grootschalige kaart

1/100 000 tot

000 000

groot- algemeen - overzicht - kaart België - wereldkaart

Kleinschalige

6.3 S CHAAL EN DETAIL

Kleinschalige kaart

©VANIN

Hoe groter het gebied voorgesteld is (hoe minder het verkleind werd), hoe meer details er kunnen weergegeven worden. Stel je de kaart voor van 1/10 000: 1 cm stelt 10 000 cm (100 m) voor. Je kaart toont een klein gebied (enkele woonkernen) met veel details omdat alles groter wordt getekend. Stel je hetzelfde gebied voor op een kaart van 1/100 000, waar 1 cm in werkelijkheid 100 000 keer groter is, dus 100 000 cm (1 000 m of 1 km). Deze kaart zal een groter gebied tonen, maar ze zal minder details hebben omdat alles kleiner wordt getekend. Bij de overgang van een grote schaal naar een kleine schaal vallen er veel details weg, en moet er veralgemeend worden. Dat principe heet generalisatie

7 ‘FOUTE’ K AARTEN

Een kaart is ‘fout’ als ze zondigt tegen de basisregels van de cartografie of foute inhouden weergeeft. Een kaart kan inhoudelijk fout zijn als ze een verouderde toestand weergeeft zonder dat te vermelden. In 1995 is de provincie Brabant gesplitst in Vlaams- en Waals-Brabant, maar figuur 11.24 geeft dus een achterhaalde toestand weer. Ook ‘Oost-Vlaanderen’ is op deze kaart niet vertaald vanuit het Engels. Naast inhoudelijke fouten (fig. 11.24) kan bijvoorbeeld de symboliek niet goed of onduidelijk zijn (fig. 11.25), kan de kaart misleidend (fig. 11.26) of te complex zijn.

Enkele basisregels om een goede kaart te herkennen, is door te onderzoeken of de volgende elementen aanwezig zijn:

- titel

- legende - schaal

- duidelijke en goed leesbare symboliek

- de juiste cartografische taal

- noordpijl bij kaarten van een kleiner gebied

©VANIN

- vlak - kegel

- cilinder

VAN BOL NAAR PLAT VLAK: VIA KAARTPROJECTIES

Verschijnselen op de bol overtekenen op een projectievlak:

LIGGING PROJECTIEVLAK:

- snijdend of rakend

- normaal

- transversaal - schuin

EIGENSCHAPPEN VAN DE KAART:

- juiste hoeken = conform

- juiste oppervlakten = equivalent

- juiste afstanden = equidistant

Nooit alle drie deze eigenschappen samen!

Kaarten zonder projectie, zonder bijzondere eigenschappen: kaartvoorstellingen

KAARTEN VERTELLEN

EEN RUIMTELIJK VERHAAL

- met symbolen:

puntsymbolen – lijnsymbolen – oppervlakten

met symbolen in kleur of grijswaarden

- anamorfosekaart:

afwijkende en variërende oppervlakte

- topografische kaarten:

stellen het landschap voor

- kaarten zijn een verkleinde weergave: de schaal geeft de verkleining weer

KAARTEN BEOORDELEN NAAR:

- inhoud - vorm

- leesbaarheid: eenvoudig – duidelijk

287 SYNTHESE

Fotocredits

p. 10 groen dak © yyama / Shutterstock.com p. 12 fig. 1.1 © Tina Vander Molen / Shutterstock.com p. 14 fig. 1.5 figuur op basis van https://www.skymania.com/wp/northern-hemisphere-sky-chart p. 15 fig. 1.7 screenshot van https://stellarium-web.org p. 16 fig. 1.9 © ESO p. 18 fig. 1.14 © NASA/JPL-Caltech, Public domain, via Wikimedia Commons p. 21 fig. 1.20 radiogolven © NRAO/AUI and M. Bietenholz; NRAO/AUI and J.M. Uson, T.J. Cornwell, infrarood © NASA/JPL-Caltech/R. Gehrz (University of Minnesota), zichtbaar licht © NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University), ultraviolet © NASA/Swift/E. Hoversten, PSU, X-stralen © NASA/CXC/SAO/F.Seward et al., gammastralen © NASA/DOE/Fermi LAT/R. Buehler p. 24 fig. 1.32 © Doroznik / Shutterstock.com p. 27 fig. 1.40 © Courtesy of ESA, ROB and the PROBA2/SWAP science teams. SWAP is a project of the Centre Spatial de Liege and the Royal Observatory of Belgium funded by the Belgian Federal Science Policy Office (BELSPO); fig. 1.41 via Wikimedia Commons (data van Royal Observatory, Greenwich); fig. 1.42 beelden rij 1 © Courtesy of ESA, ROB and the PROBA2/SWAP science teams. SWAP is a project of the Centre Spatial de Liege and the Royal Observatory of Belgium funded by the Belgian Federal Science Policy Office (BELSPO), beelden rij 2 en 3 © Courtesy of NASA/SDO and the AIA, EVE, and HMI science teams, beelden rij 4 © USET data, Royal Observatory of Belgium, Brussels p. 30 fig. 1.47 © NASA/JPL p. 32 fig. 1.51 © NASA/JPLCaltech/ R. Hurt (SSC/Caltech) p. 35 foto JWST SPACE TELESCOOP © NASA, ESA, CSA en STSc p. 36 fig. 1.59 gebaseerd op figuur © ESO p. 37 fig. 1.64 2DAssets / Shutterstock. com p. 40 fig. 1.66 op basis van figuur NASA & ESA p. 41 fig. 1.67 © ESA and the Planck Collaboration; fig. 1.69 © NASA/WMAP Science Team

p. 49 fig. 2.8 © Eumetsat p. 60 fig. 2.35 © NASA p. 67 © NASA & ESA p. 68 fig. 3.2 © NASA &ESA p. 69 fig. 3.5 © NASA, RGB Ventures / SuperStock

p. 72 fig. 3.9 © Global Warming Art p. 78 fig. 3.22 © SSEC p. 84 fig. 3.35 © Meteosat; fig. 3.36 en 3.37 © KMI p. 85 fig. 3.38 © KNMI p. 90 fig. 3.48 en 3.49 © KNMI p. 92 fig. 3.51 © IPCC, 2021 in Visual Capitalist, januari 2022; fig. 3.52 © KMI p. 93 fig. 3.55 © Great Pics Worldwide / Shutterstock.com

p. 98 fig. 4.1 © North Oil Company p. 110 fig. 4.32 © NOAA p. 123 fig. 4.62b © Jeff Goulden / Getty Images p. 128 fig. 4.77 p. 148 fig. 5.13 © Claudine Van Massenhove / Shutterstock.com p. 149 fig. 5.18 © Joaquin Corbalan P / Shutterstock.com p. 150 fig. 5.22 © Galeria del Ministerio de Defensa del Perú, CC BY 2.0 p. 151 fig. 5.26 © J M Barres AGE / Image Select; fig. 5.29 © Karel Vandaele p. 152 fig. 5.33© Gareth Bargate / Shutterstock. com; fig. 5.34 © NBC News p. 156 fig. 5.46 © ANP Bram van de Biezen / Belga Image; fig. 5.48 © Chris Hadfield / NASA / AFP p. 159 fig. 5.57 © Zoonar/G Fischer, Zoonar GmbH / Imageselect p. 161 fig. 5.64 © Arsenie Krasnevsky / Shutterstock.com; fig. 5.67 © G.Kamphuis Tubbergen / Image Select p. 163 fig. 5.73 © Olav Odé | Odé Ontwerp & Rijksmuseum van Oudheden (RMO) p. 169 fig. 6.4 op basis van figuur James Rae / www.jameswbrae.com p. 170 fig. 6.6 op basis van figuur John Englander / johnenglander.net, CC BY 4.0 p. 172 fig. 6.12 © Royal Netherlands Institute for Sea Research p. 175 fig. 6.17 © CC BY-SA 3.0 / Wikipedia; fig. 6.18 op basis van figuur Max Planck Institute for Meteorology p. 176 fig. 6.20 op basis van figuur Klimaathelpdesk p.178 fig. 6.24 op basis van figuur Uitgeverij Acco p. 179 fig. 6.26 © Scripps Institution of Oceanography at UC San Diego, CC BY 4.0; fig. 6.27 © IPCC p.180 fig. 6.28 op basis van figuur © IPCC p. 181 fig. 6.29 © IPCC; fig. 6.30 op basis van bron: KNMI Klimaatsignaal’21: hoe het klimaat in Nederland snel verandert, KNMI, De Bilt, 72 pp., Bron: Klimaatagenda, Ministerie van Infrastructuur en Milieu p. 182 fig. 6.32 © NASA: Earth Observatory p. 183 fig. 6.33, fig. 6.34, fig. 6.35 © IPCC p. 184 fig. 6.38 © ESA p. 185 fig. 6.42 © Brown, J., O. Ferrians, J. A. Heginbottom, and E. Melnikov (2002) Circum-Arctic Map of Permafrost and Ground-Ice Conditions, Version 2. Boulder, Colorado, USA. NSIDC: National Snow and Ice Data Center p. 187 fig, 6.46. © IPCC; fig. 6.47 op basis van figuur © WWF p. 190 fig. 6.57 op basis van bron: Carbon Brief, https://www.carbonbrief.org/analysis-which-countries-are-historically-responsible-for-climate-change; fig. 6.57, fig. 6.58 op basis van figuur © Oxfam p. 192 fig. 6.62 © Keppel Marina East Desalination Plant p. 193 fig. 6.63 Bron: Rijkswaterstraat; fig. 6.64 © Groenblauwe netwerken p. 194 fig. 6.65 © IPCC Sixth Assessment Report p. 196 fig. 6.69 figuur op basis van © Millennium Ecosystem Assessment p. 198 fig. 6.72 © Tom D’haenens; fig. 6.73 op basis van figuur Afzal Mohammad / GreenFaith p. 201 © Ruimtemonitor.be, Departement Omgeving p. 203 fig 7.4 screenshots van: https://digitaleartheu.maps.arcgis.com/, fig. 7.5 © 2023 Worldmapper, fig. 7.6 © AGE FOTOSTOCK / Belga Image p. 204-207 fig. 7.11, fig. 7.12, fig. 7.13 screenshot van: https://gis.urban.brussels/brugis/#/ p. 208 fig. 7.14 screenshot van https:// www.geopunt.be/; fig 7.15 © Bjorn Beheydt / Shutterstock.com p. 210 fig. 7.18 © Uwe Aranas / Shutterstock.com; fig. 7.20 © KiNOVO / Shutterstock.com p. 211 fig. 7.22 Ruimtelijk Structuurplan Provincie Antwerpen (RSPA), © provincie Antwerpen p. 212 fig. 7.23 Kaart synthese gewenste ruimtelijke structuur uit het Ruimtelijk Structuurplan Mechelen (2001), in opdracht van Stad Mechelen © Omgeving cv; fig. 7.24 © Grafisch plan van het RUP Ragheno (2023), in opdracht van Stad Mechelen. p. 213 fig. 7.25, fig. 7.26 © Departement Omgeving, Vlaamse Overheid. p. 214 fig. 7.27 © Departement Omgeving Vlaanderen, bewerking Statistiek Vlaanderen; fig. 7.29 © Luoxi / Shutterstock.com p. 215 fig.7.31 © Mirelaro / Shutterstock.com p. 216 fig 7.35 © Jorgson Photography / Shutterstock.com p. 217 fig. 7.36 © De tijd p. 218 fig. 7.38 © Lien Poelmans; fig. 7.39, fig. 7.40 © Departement Omgeving, Vlaamse Overheid; fig. 7.41 © Adrie Oosterwijk / Shutterstock.com p. 219 fig. 7.44 op basis van bron: Statbel (Algemene Directie Statistiek - Statistics Belgium) - Fiscale statistiek van de inkomens - © BISA p. 220 fig. 7.46 © Saskia Vanderstichele p. 221 fig. 7.49 © ID / Joren De Weerdt p. 222 fig.7.51 © yoshi0511 / Shutterstock.com; fig 7.52 © yyama / Shutterstock. com p. 223 fig 7.55 © City of Münster, press office p. 229 fig. 9.3 figuur op basis van © Department of Energy, Environmental and Climate Action, fig. 9.5 figuur op basis van © ZeltaZeme p. 233 fig. 9.11 Textuurdriehoeksgrafiek opgesteld door het Centrum van Bodemkartering p. 235 fig. 9.14 en 9.15 © Databank Ondergrond Vlaanderen - (Belgische bodemkaart tussen Balen en Leopoldsburg) - op https://www.dov.vlaanderen.be p. 237 fig.

©VANIN

9.17 Bron: PBL, WUR, CICES 2014 p. 238 fig. 9.19 © Visual Capitalist - https://www.visualcapitalist.com/sp/visualizing-carbon-storage-in-earthsecosystems/ p. 239 fig 9.20 figuur op basis van © Plaza, C., Zaccone, C., Sawicka, K. et al. Soil resources and element stocks in drylands to face global issues. Sci Rep 8, 13788 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-32229-0, CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) p. 240 fig. 9.24 © Shera van den Wittenboer p. 242 fig. 9.29 Bron: VLAM p. 245 fig. 9.32 ©Food and Agriculture Organization of the United Nations p. 246 fig. 9.34 ©Vlaamse Milieumaatschappij, fig. 9.36 © Food and Agriculture Organization of the United Nations. Reproduced with permission p. 249 Image courtesy Serge Andrefouet, University of South Florida, NASA p. 250 fig. 10.1 ©BAS Michael P. Meredith, eos wetenschap p. 251 fig. 10.4 © ESA/Rosetta/NAVCAM, CC BY-SA IGO 3.0, fig. 10.5 Courtesy TMT International Observatory p. 252 fig. 10.9 © NOAA/SCIENCE PHOTO LIBRARY p. 253 fig. 10.10 © ROV KIEL 6000/GEOMAR p. 255 fig. 10.14 De wetenschap van de zee, Evy Copejans en Michiel Smits, © Vlaams Instituut voor de Zee (VLIZ), Uitgeverij Acco 2011 p. 256 fig. 10.15 en 10.16 © Vlaams Instituut voor de Zee p. 257 fig. 10.21 Souter, D., Planes, S., Wicquart, J., Logan, M., Obura, D., Staub, F. (eds) (2021). Status of coral reefs of the world: 2020 report. Global Coral Reef Monitoring Network (GCRMN) and International Coral Reef Initiative (ICRI). DOI: 10.59387/WOTJ9184 Copyright Information: Copyright © 2023, Global Coral Reef Monitoring Network (GCRMN) and International Coral Reef Initiative (ICRI) p. 258 fig. 10.23 De wetenschap van de zee, Evy Copejans en Michiel Smits, © Vlaams Instituut voor de Zee (VLIZ), Uitgeverij Acco 2011 p. 259 fig. 10.24 figuur op basis van Figure 4.8 from Lee, J.-Y., J. Marotzke, G. Bala, L. Cao, S. Corti, J.P. Dunne, F. Engelbrecht, E. Fischer, J.C. Fyfe, C. Jones, A. Maycock, J. Mutemi, O. Ndiaye, S. Panickal, and T. Zhou, 2021: Future Global Climate: Scenario-Based Projections and Near-Term Information. In Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 553–672, doi:10.1017/9781009157896.006 p. 260 fig. 10.26 © Plymouth Marine Laboratory, adaptation of a graphic by the University of Maryland p. 260-261 fig. 10.27 en 10.28 Figure SPM.8 (b), and (c) from IPCC, 2021: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 3−32, doi:10.1017/9781009157896.001 p. 262 fig. 10.30 © Food and Agriculture Organization of the United Nations. Reproduced with permission, fig. 10.32 © Eco Wave Power p. 263 fig. 10.36 © European Union, 1995-2023, CC BY 4.0, fig. 10.37 © ROV KIEL 6000/GEOMAR p. 264 fig. 10.40 © OurWorldInData.org/fish-and-overfishing p. 265 fig. 10.41 © Hans Hillewaert, CC BY 4.0 p. 266 fig. 10.44 © North Sea Farmers p. 267 fig. 10.46 © VITO p. 268 fig. 10.48 © The Ocean Cleanup, fig. 10.49 © WWF p. 270 fig. 10.52 © International Seabed Authority, fig. 10.53 © DEME Group p. 272 fig. 10.55 Figure SPM.8 (b), and (c) from IPCC, 2021: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 3−32, doi:10.1017/9781009157896.001, fig. 10.56 © 2018 Miller, Thompson, Johnston and Santillo (2018) An Overview of Seabed Mining Including the Current State of Development, Environmental Impacts, and Knowledge Gaps. Front. Mar. Sci. 4:418. doi: 10.3389/fmars.2017.00418, CC BY 4.0 p. 272-273 fig. 10.58, fig. 10.59 en fig. 10.60 © geografie.nl & B.J. Köbben p. 275 © 2012 NGI TopoMapViewer p. 284 fig. 11.20 © 2023 Worldmapper