Uitgelicht

Celcyclus

Al het leven is, letterlijk ‘in wezen‘, gebaseerd op het vermogen van cellen om zich te delen in genetisch gelijkwaardige ‘dochtercellen’. Het proces dat zich afspeelt vanaf het samensmelten van twee cellen tot haar eigen splitsing en weer verder…..

Een mens bestaat uit zo’n 37,2 biljoen cellen. (biljoen is miljoen x miljoen…..dus een mens heeft zo’n 37.200.000.000.000 cellen).

We gaan ons nu op nanoschaal begeven:

  • Eén nanometer (nm) is ’n miljoenste mm
  • Diameter menselijke haar is 80.000 nanometer

Een gemiddelde lichaamscel heeft een diameter van ongeveer vijftien micrometer:   15 μm = 0,015 mm. (1 μm is één micrometer = ’n duizendste mm) dat is net zo dun als de helft van een vel aluminiumfolie. Een gemiddelde cel weegt ongeveer vijf nanogram = 5 miljardste gram….

Het meest verbazingwekkende is, dat het nu volgende zich uiterst nauwkeurig en perfect op elkaar afgestemd afspeelt in een voortdurend continu en nauwgezet proces…ongewilde mutaties uitgezonderd, daarover later meer.

En om dit alles te begrijpen moeten wij een universitaire studie volgen, omdat het eenvoudige proces zeer ingewikkeld uitgelegd dient te worden met encyclopedische termen. Het is vooralsnog volslagen onbegrijpelijk, dat deze in wezen vanzelfsprekende processen plaatsvinden in een minuscuul celletje met een afmeting van slechts enkele duizendsten van een millimeter……

    Afbeeldingsresultaat voor menselijke cel

               cel door elektronenmicroscoop

Binnenin deze cel met een diameter van 0,015 mm bevinden zich maar liefst 13 Organellen met ieder een eigen cruciale functie.
Ongeveer 300 miljard cellen worden dagelijks vervangen. Al deze cellen worden niet even snel vernieuwd : volgens hun functie worden ze na enkele dagen al of pas na jaren vervangen. Cellen hebben dus een eigen leeftijd.

Skeletcellen kunnen enkele tientallen jaren leven, spiercellen uit het ademhalingsstelsel  15 jaar, en alle neuronen (zenuwcellen) zijn zo oud als jezelf bent. Van alle hartcellen wordt jaarlijks vanaf je twintigste ongeveer 1% vervangen.
De meeste cellen delen zich gemiddeld om de 3 tot 4 maanden…..dus vanwege de gigantische hoeveelheid van 37,2 biljoen cellen is er een voortdurend en continu proces gaande van vervanging of deling en van apoptose (het afsterven van een cel).

Celdeling

Afbeeldingsresultaat voor celdeling ask

Hoe weten cellen wanneer ze moeten delen?

Celdeling begint met chemisch signaal om tot reproductie over te gaan…..“Bereid je voor om je te reproduceren….”

Afbeeldingsresultaat voor kinase

  • Eiwitkinasen en fosfatasen reguleren biologische signalen door te werken als enzymen, die fosforylatie (activering) en defosforylatie (inactivering) in biologische organismen katalyseren (versnellen).  Kinase is een enzym dat een fosfaatgroep aan een molecuul toevoegt  Een fosfatase is een enzym dat een fosfaatgroep juist afbreekt van een molecuul. 
  • Fosforylering gekatalyseerd door proteïnekinasen zendt inkomende signalen opnieuw uit door de substraten van de proteïnekinasen te activeren. Signaaloverdracht zal worden beëindigd door defosforylering (inactivering) van hun substraten, een reactie die wordt gekatalyseerd door eiwitfosfatasen.
  • Een substraat is in de biochemie een stof die via een chemische reactie wordt omgezet met behulp van een enzym als katalysator. Het enzym gaat daarbij tijdelijk een verbinding aan met het substraat. Nadat het substraat is afgebroken komt het enzym weer vrij.

Iets simpeler uitgelegd:

De signalen werken als aan-/uitknoppen die de cellen ‘vertellen’ wanneer ze moeten beginnen en stoppen met delen. Cellen regelen hun celdeling door met elkaar te communiceren. Dit doen ze door middel van chemische signalen van speciale eiwitten genaamd cyclinen.

Cyclinen vormen een eiwitfamilie die een belangrijke rol speelt bij de celcyclus door het activeren van kinase-eiwitten. Kinase is een verzamelnaam voor een groep enzymen, die een fosfaatgroep kan aanbrengen op een ander eiwit. Een kinase verbruikt bij deze een katalysatiereactie….die de snelheid van een bepaalde chemische reactie beïnvloedt zonder zelf verbruikt te worden.

Deze schakelfunctie kan op deze manier chemische reacties in de cel aansturen en vormt een belangrijke factor in de cel-interne signaaltransductie, dit is het doorgeven van signalen binnen een cel. Deze signalen worden weer doorgegeven via ‘paden’ van voornamelijk eiwitten. Naast de signalen binnen de cel komen er ook signalen van buiten de cel met speciale signaalstoffen, zoals hormonen, neurotransmitters en andere moleculen.

Een eiwit kan bijvoorbeeld ‘geschakeld’ worden door een fosfaatgroep op een bepaalde positie aan te hechten door een kinase. Op die manier kan een signaal door de cel geleid worden naar de plek waar dat nodig is, waarna er iets met de cel kan gebeuren, bijvoorbeeld beweging, doodgaan (of niet), starten met deling, enz.

Fasen van celdeling

De celcyclus bestaat uit vijf delen. De G0-fase, de G1-fase, de S-fase, de G2-fase en de M-fase. De G1-fase, S-fase, en G2-fase bij elkaar noemen we de interfase.

Afbeeldingsresultaat voor fasen celdeling

Fasen van de celcyclus

G0-fase (G nul-fase)

Als een cel in de G0-fase zit, dan doet de cel gewoon zijn werk. Kliercellen produceren dan sappen, zenuwcellen geleiden dan elektrische impulsen en spiercellen zorgen dan voor beweging. De cellen in de G0-fase vervullen gewoon hun functie voor het organisme waar ze deel van uit maken. De cel bezit 46 strengen DNA, min of minder gecondenseerd, maar in het algemeen kan je spreken over chromatine..
G1-fase
Vanuit de G0-fase kan de cel terecht komen in de G1-fase. De cel gaat zich voorbereiden op een mogelijke celdeling. De cel heeft nog steeds 46 strengen DNA.
S-fase
In deze fase van de celcyclus gaat de cel zich voorbereiden op de naderende celdeling. Omdat na de celdeling alle dochtercellen weer 46 chromosomen moeten hebben, zorgt de cel ervoor dat in de S-fase al het DNA gekopieerd wordt. Voor een menselijke cel geldt dan dat er van elke streng DNA een kopie wordt gemaakt. Een cel in de S-fase van zijn leven heeft 92 strengen DNA in de celkern.
G2-fase
De cel gaat zich voorbereiden op de naderende kerndeling. De celkern heeft nog steeds 46 strengen DNA, die nog maar matig zijn opgerold tot chromatine.
De M-fase
De cel gaat zich daadwerkelijk delen. De celkern moet er zorg voor dragen dat het DNA nu heel goed opgevouwen wordt. De 92 strengen DNA wordt nu maximaal opgevouwen (gecondenseerd) tot 46 chromosomen. Elk chromosoom bestaat uit twee chromatiden. De twee chromatiden van het chromosoom zijn exacte kopieën van elkaar.

  • De duur van de verschillende fasen is afhankelijk van het celtype en het organisme. Gemiddeld duurt in een celcultuur een celdeling 12 tot 24 uur.
  • Om de cyclus goed te begrijpen moet het duidelijk zijn dat de erfelijkheidsdrager van de cel zich in verschillende (drie) fasen kan bevinden. Fasen mitose 

Chromosoom 1: Chromatide 2: Centromeer 3: Korte arm 4: Lange arm

Interfase en stadia van de mitose

Interfase (inter = tussen): Gedurende het grootste deel van de celcyclus in deze interfase, is het DNA langdradig en onzichtbaar aanwezig in de celkern. De langdradige DNA-kluwen in de celkern wordt chromatine genoemd. Binnen de celcyclus verkeren cellen de meeste tijd in het stadium interfase. Interfase wordt beschouwd als de fase waarin cellen hun “normale” celfunctie uitvoeren, met name nutriënten (voedingsstoffen) opnemen, groeien, DNA aflezen en eiwitten aanmaken en waarin ze zich op de mitose voorbereiden door hun DNA te repliceren. In interfase kunnen soms nucleoli  (kernlichaampjes) of een enkele nucleolus  in de kern door een elektronenmicroscoop als bolvormige objecten onderscheiden worden.

Profase: de voorbereidingsfase, het eerste stadium van de mitose (celdeling).           Vroege profase: de chromosomen beginnen te spiraliseren.                                       Midden profase: de kernmembraan en de kernlichaampjes  fragmenteren en verdwijnen. De centrosomen(spoellichaampjes bestaande elk uit een paar centriolen komen alleen voor in dierlijke cellen), die in de G2-fase verdubbeld zijn, gaan nu uiteen. Een centriool heeft de vorm van een cilindertje, opgebouwd uit negen groepjes van drie microtubuli (buisjes) die gerangschikt zijn als de schoepen van een watermolen. 

Afbeeldingsresultaat voor centrosomen   Afbeeldingsresultaat voor spoellichaam spindles zijn microtubili video

  • Microtubili zijn holle buisjes, opgebouwd uit een soort ‘nano-lego’ die stevigheid geven aan een cel. Ook vormen ze een soort rails waarlangs allerlei onderdelen binnen de cel kunnen worden getransporteerd. Bij de celdeling worden ze bijvoorbeeld gebruikt om de chromosomen van elkaar te scheiden.
  • (zie video microtubili) In dierlijke cellen ligt net buiten de kernmembranen, het centrosoom (spoellichaampje), dat zich bij de kerndeling verdubbelt, waarna elk centrosoom zich langzaam naar één kant van de kern beweegt. Geleidelijk ontwikkelt zich in de buurt van elk van de centrosomen een structuur van draden, de spoelfiguur. Als de centrosomen bij de dierlijke cel elk aan één kant van de kern aangekomen zijn, is er een netwerk van draden ontstaan dat de gehele kern omspant. Deze draden zorgen ervoor dat de chromosomen in de cel (die bij de celdeling los in het cytoplasma zitten) in het midden gehouden worden.

Late profase: alle chromosomen zijn gecondenseerd tot staafvormige structuren die onder een lichtmicroscoop zichtbaar zijn. Ze bestaan nu uit twee chromatiden die op het centromeer nog aan elkaar vastzitten. Het centromeer deelt het chromosoom in twee armen.

Mitosis, Ciclo celular, Fase M, El ciclo celular, Mitosis celular, Bilogia, Que es la motisis, Division celular, Citocinesis, celula diploide, Cromosomas, Haploide, Profase, Prometafase, Fases de la mitosis, Metafase, Anafase, Telofase, mitosis y meiosis, mitosis celular, mitosis celular en español, mitosis en español, mitosis fases, mitosis en español explicacion, mitosis y meiosis educatina, reproduccion celular, reproduccion celular biologia, Reproducción celular, Mitosis y Meiosis. metafase GIF

Metafase (meta = midden): de middenfase. De chromosomen gaan weer in het equatoriale vlak tussen de polen liggen. Deze fase is afgelopen zodra de chromatiden loslaten, doordat het centromeer zich in tweeën deelt. De twee chromatiden vormen nu elk een zelfstandig chromosoom. De metafase is de fase waarin de chromosomen het duidelijkst bestudeerd kunnen worden. In de metafase zijn de chromosomen volledig gespiraliseerd. Er ontstaat een spoelfiguur van microtubuli (draadvormige structuren bestaande uit tubuline polymeren) van pool tot pool en van pool tot centromeer.

metáfase mitosis, cell, cycle, prophase, metaphase, anaphase, telophase, cytokinesis, chromosomes, spindle, fibers, DNA metafase GIF

Anafase (ana = opwaarts): de verdelingsfase. Van elk chromosoom worden de twee chromatiden aan een spoelfiguur van microtubuli gehecht zijn, uit elkaar getrokken richting tegenoverliggende polen. Elk losse chromatide wordt vanaf nu weer als chromosoom beschouwd. De centromeren worden gesplitst en de chromatiden worden over de bedrading van de microtubili naar de tegenoverliggende polen getrokken

Afbeeldingsresultaat voor anafase

Telofase (telos = eind): de eindfase. Dit is de afrondingsfase van de kerndeling. De spoelfiguur verdwijnt, de chromosomen despiraliseren, er ontstaat een nieuw kernmembraan en de nieuwe kernlichaampjes (nucleoli) worden zichtbaar.
 Cel in telofase

Tijdens de telofase despiraliseren de chromosomen en worden weer lange dunne draden (chromatine), die niet van elkaar te onderscheiden zijn met de lichtmicroscoop. De nucleoli verschijnen weer. De chromosomen worden opnieuw ‘verpakt’ in een kernenvelop en de vorming van twee complete kernen is dan voltooid. Alle resterende microtubili van de spoelfiguur depolymeriseren (uit elkaar gaan). Nadat de telofase ten einde is gekomen, is het resultaat twee nieuwe kernen. Hiermee is de mitose beëindigd.

Cytokinese (kytos = leeg vat = cel, en kinesis = beweging): de verzelfstandiging van de twee dochtercellen. Gedurende de cytokinese, die op de eigenlijke mitose aansluit wordt het cytoplasma van de twee dochtercellen via een tussenmembraan gescheiden. De scheiding van de twee nieuwe cellen gebeurt door insnoering van de celmembraan.

Het DNA

Eerst even dit:

DNA moleculen ontdekt in interstellaire ruimte

Afbeeldingsresultaat voor Bouwstenen DNA en aminozuren ontdekt in de ruimte   Afbeeldingsresultaat voor Bouwstenen DNA en aminozuren ontdekt in de ruimte

Vooraf is het noodzakelijk te weten hoe het DNA is opgebouwd.

 Van DNA naar eiwit

Genen zijn stukjes DNA die coderen voor een erfelijke eigenschap. Het gehele menselijke genoom bestaat ongeveer uit 20.000 genen. Een mens is dus het product van 20.000 erfelijke eigenschappen die verdeeld liggen over 46 chromosomen. Het gen codeert voor het eiwit. Een eiwit kan een erfelijke eigenschap tot uiting brengen, zoals bloedgroep of ….de kleur van een bloem. In tegenstelling wat je zou vermoeden, bestaat slechts een klein deel van alle DNA in een cel uit genen. De rest is DNA dat niet codeert voor eiwitten.

Het genoom

  • Het gehele erfelijke materiaal van een individu/organisme. Het genoom van de mens bestaat uit 46 chromosomen met daarop ongeveer 20.000 erfelijke eigenschappen.

Nucleotiden

Nucleotiden zijn bouwstenen van het DNA bestaande uit een fosfaatgroep, een desoxyribose (eenvoudige koolhydraten) en een stikstofbase. Er zijn vijf nucleotiden. Guanine (G) Cytosine (C) Adenine (A) en Thymine (T) en Uracil (U).                     Nucleotiden ‘voelen’ dat ze energie en signalen af kunnen geven binnen een cel.

  • Fosfaat is een verbinding van fosfor met zuurstof. Fosfaatverbindingen spelen een belangrijke rol in de energievoorziening. Zo is het molecuul adenosinetrifosfaat (ATP drager van chemische energie). In ons bloed regelt fosfaat de zuurgraad. De grootste hoeveelheid fosfaat vinden we terug in onze botten en
  • Desoxyribosen zijn de eenvoudigste koolhydraten (suikers), het zijn verbindingen van koolstof-, waterstof- en zuurstofatomen
  • Stikstofbasen  de basen/onderdelen van het DNA. Er bestaan vier stikstofbasen voor de bouw van het DNA: Thymine, Cytosine, Guanine en Adenine.  In de volgorde van deze stikstofbasen liggen onze erfelijke eigenschappen geschreven.

Nucleobasen

De Nucleobasen voor DNA zijn de stikstofbasen adenine, thymine, cytosine en guanine….afgekort met de letters A, T, C en G.  Het zijn alle 4 stikstofbasen.
Aangezien het DNA bestaat uit een dubbelstreng, worden er tussen de basen waterstofbruggen gevormd.

Waterstofbruggen

Een waterstofbrug (H-brug) is een zwakke chemische verbinding die voorkomt tussen polaire -/+ moleculen.

Afbeeldingsresultaat voor waterstofbruggen dna

Een waterbrug ontstaat als een positief geladen waterstofatoom wordt aangetrokken wordt door een negatief geladen atoom van een ander molecuul. In levende cellen ontstaan waterstofbruggen meestal tussen negatief geladen zuurstof- en/of stikstofatomen.

DNA en chromosomen

Wat is nu eigenlijk het verschil tussen DNA en een chromosoom. Allebei zijn ze aanwezig in de celkern en beide zijn de erfelijkheidsdragers van het organisme. DNA is een extreem lang molecuul, van wel 2 meter lang….. Tijdens de deling in de celcyclus is het handig als de 46 lange strengen DNA netjes geordend worden. DNA kan zichzelf ordenen door zich dubbel te spiraliseren. Dit ordenen begint bij het binden van eiwitten (histonen) aan het DNA. Het zijn dan eiwitballetjes dat nog het meest op een kralenketting lijkt.

Afbeeldingsresultaat voor histonen

Deze kralenketting kan zich vervolgens gaan spiraliseren. Je spreekt dan niet meer van histonen omwikkeld door DNA, maar van chromatine. Als nu het chromatine zich ook nog eens gaat spiraliseren (tweede spiralisatie) dan ontstaat er een chromosoom. Een chromosoom is dan dus eigenlijk: dubbel gespiraliseerd DNA omwikkeld rondom eiwitten.

Het genoom, alle erfelijke eigenschappen bij elkaar, ligt op 46 chromosomen die zich in de celkern bevinden. Deze 46 chromosomen (2×23) bevatten gezamenlijk ongeveer 20.000 erfelijke eigenschappen. De bouw van het DNA-molecuul is in wezen verrassend simpel.

  • Een ruggengraat bestaande uit suiker- en fosfor moleculen en de treden van de trap die opgebouwd zijn met maar vier letters. G, C, A en T.
  • Het zijn deze vier letters van de treden van de trap, waarmee het leven van een organisme al 2,5 miljard jaar wordt geschreven in genetische codes.

De genetische code

Fragmenten van de genetische code – de vertaling van DNA naar eiwitten – die coderen voor een specifieke eigenschap wordt een gen genoemd. Op basis van deze code wordt door de Ribosomen, het Endoplasmatisch reticulum en het Golgiapparaat de eiwitten geproduceerd waar het organisme uit is opgebouwd.
In wezen is de genetische code een concept waarmee de cel eiwitten kan produceren.    Dit ontwerp is tijdens het ontstaan van het eerste leven op Aarde al in gang gezet.

Ontstaan aardse leven

Toen de Aarde zo’n 4,5 miljard jaar geleden ontstond, was leven nog niet mogelijk door de intense hitte en de giftige gassen. De voorwaarden voor leven moesten nog worden gecreëerd. Verspreid over het afkoelende en nog te vormen aardoppervlak kwamen rest-elementen terecht d.w.z. puin brokstukken en gesteenten die rond de Zon cirkelden in een zogenoemde accretieschijf. 

                           ontstaan-zonnestelsel

Bij stervorming ontstaan accretieschijven van rest-elementen (die later planeten zouden gaan vormen) en uit het dáárvan resterende puin ontstonden dan weer kometen als reusachtige steenachtige ijsrotsen. Tijdens het Late Heavy Bombardment 4 miljard jaar geleden, werd de Aarde voortdurend getroffen door talloze kometen en meteorieten die al het elementair puin op de zich vormende Aarde brachten. De gigantische hoeveelheden waterijs meegebracht door kometen vormden diepe oceanen.
20181213_125103 (1)

Uit onderzoek is gebleken dat er bij inslagen van kometen ook aminozuren kunnen ontstaan. Het zijn deze aminozuren die de basis vormen van eiwitten, onmisbaar voor het ontstaan van de allereerste levensvormen.

Wetenschappers van het Imperial College London, hebben in een gespecialiseerd laboratorium ontdekt dat de botsing tussen een ijsrijke komeet en een planeet kan leiden tot het ontstaan van aminozuren. Ze bootsten een meteoriet- of komeetinslag na door een klein stalen kogeltje met enorm hoge snelheid (zo’n 20.000 km/uur) af te schieten op ijsmengsels waarin eenvoudige chemische verbindingen zaten (onder meer methanol en ammoniumhydroxide). In sommige mengsels ontstonden door de schokgolf diverse aminozuren zoals glycine en D- en L-alanine, de bouwstenen van eiwitten, die op hun beurt een essentiële rol spelen in celprocessen. Bron: Astroblogs

Kometen

De aarde ontstond zo’n vierenhalf miljard jaar geleden, en de eerste levensvormen konden bijna een miljard jaar later al ontstaan op ’n continentale aardkorst ergens op de oceaan, een zogenoemd kraton. Dit was het oercontinent Ur. Sommige wetenschappers denken overigens dat er een continent voorafging aan Ur, namelijk Vaalbara.

Ur

Door tektonische plaatverschuivingen (enigszins te zien op het PaleoMap Project) zou mijns inziens dit oercontinentale gesteente aangetroffen kunnen zijn bij Isua, aan de Godthåbsfjord in West-Groenland, zie De Gebande IJzer Formatie natuurinformatie.nl. 

De eerste levensvormen leefden zonder zuurstof: het was in hoge concentraties zelfs giftig voor ze. Hier waren deze organismen zich al op één of andere manier “onbewust” van bewust. Dit onbewuste bewustzijn was volgens mij al in het DNA van de allereerste levensvormen aanwezig en heeft in alles ’n overheersende factor. We dienen ons echter wél realiseren, dat deze organismen en alle levensvormen erna inclusief de eerste menselijke wezens, zich slechts instinctief bewust waren van hun omgeving. Ze beschikten ook al over ’n noodzakelijk vermogen zich aan te passen áán die omgeving. Dit waren zeer langzame processen van (in ons tijdsbesef) misschien wel vele honderdduizenden jaren…..’al doende en ondervindend kwamen ze erachter hoe te overleven’.

Is leven een kenmerk dat alleen bij onze planeet hoort? Is het alleen op Aarde ontstaan? Dat dacht ik niet! Biogenese, het ontstaan van leven uit dode materie, is een proces dat overal in het universum kan plaatsvinden op elk van de vele honderden miljarden planeten die er nou eenmaal zijn! Levend organisme heeft het vermogen aangetoond om mengsels van koolstof, waterstof, stikstof en zuurstof tot complexe verbindingen om te zetten, zichzelf te beschermen tegen invloeden van buitenaf, zoals UV-straling , zuren en zouten.

Levende organismen zijn, door een membraan begrensde systemen die continu materie en energie met hun omgeving uitwisselen en zichzelf door het membraan kunnen beschermen. Bovendien wisten zij zichzelf te kopiëren….. ziehier het ‘onbewuste bewustzijn’ van levend organisme.

Het kunnen ontstaan van de eerste leven

Zowel anorganische als organische elementen waren, zoals gezegd, terechtgekomen in oceanen en vormden al vrij snel verbindingen. Door verdamping van het water, vooral in ondiepe wateren, werd de concentratie van het aantal organische verbindingen groter. Hierdoor was voor kleinere moleculen de mogelijkheid ontstaan om grotere verbindingen te vormen. Ook op bodems van oceanen kon leven ontstaan van bacteriën, voor wie zuurstof giftig was en die zich thuis voelden in extreme omstandigheden zoals bij Black Smokers, waar de temperatuur kan oplopen tot wel 400 graden…Video hydrothermal-vents-in-the-deep-sea

In óndiepe zeeën hadden zich allerlei organische moleculen, zoals eiwitten en organische zuren gevormd. Die werden onder invloed van energie (uit bliksem, vulkaanuitbarstingen en kosmische straling) gevormd uit anorganische stoffen. Het vroege DNA ontwikkelde het vermogen om zichzelf te verdubbelen en uiteindelijk om de aanmaak van eiwitten aan te sturen.
 Op die manier ontwikkelden zich de eerste bacteriën. 

DNA in een bacterie

Het erfelijk materiaal van de bacterie bestaat uit precies dezelfde bouwstenen als bij mens, dier en plant, namelijk uit DNA. De volgorde van de basen in het DNA bepaalt de volgorde van de aminozuren in het eiwit , en hiermee de eigenschappen van dit eiwit. Een eiwit is weer verantwoordelijk voor een bepaalde eigenschap, zoals Replicatie= kopiëren van het DNA

Replicatie

Replicatie van het DNA vindt plaats in de eerder genoemde S-fase in de celcyclus.

Mutaties

Bij de meeste mutaties die een rol spelen in de evolutie gaat het vaak om heel kleine veranderingen in het erfelijke materiaal. Het positieve effect over opvolgende generaties kan aanleiding geven tot heel nieuwe eigenschappen en op termijn zelfs tot een nieuwe soort. Vele mutaties ontstaan echter spontaan en zijn meestal het gevolg van toevallige foutjes bij het kopiëren van het DNA tijdens de S-fase van de celcyclus, maar ze kunnen ook ontstaan tijdens de normale werkingsfase van de cel. Andere worden veroorzaakt door fysische of chemische invloeden uit de buitenwereld.

Celdeling en de verdubbeling van DNA zijn zulke complexe processen dat het niet verwonderlijk is dat er af en toe iets fout gaat. Eigenlijk is het onvoorstelbaar dat het zo vaak goed gaat. Als er fouten gemaakt worden bij een volgroeid organisme, is dat meestal niet zo erg. Defecte cellen worden door cellen van het immuunsysteem ontdekt en onschadelijk gemaakt. Soms maken de defecte cellen zelf een einde aan hun leven (apoptose) door middel van enzymen of is er zelfs een herstelfase mogelijk….een reparatie van een verkeerde mutatie.

Het blijkt tóch om communicatie te gaan en de juiste informatie door te geven!

Zenuwcellen zijn de informatie- en signaalverwerkers van het lichaam: ze ontvangen signalen en geven signalen door. Een mens heeft ongeveer 100 miljard zenuwcellen, waarvan het merendeel zich in de hersenen bevinden: hersencellen oftewel neuronen.

Het kan volgens mij geen toeval zijn, dat de hersenstructuur identiek is aan de grootschalige heelalstructuur. Het denkvermogen dat de mens heeft ontwikkeld zou  identiek kunnen zijn aan bepaalde kosmische impulsen, die ook een aanvang hebben gekend bij het ontstaan van de allereerste sterren.

Afbeeldingsresultaat voor de allereerste sterren ontstaan

  • ………elke ster en elk sterrenstelsel zendt evenals elke zenuwcel bepaalde signalen uit…..elektromagnetisch en/of elektrochemisch…..

Met onze hersenen zijn we ons bewust wie, wat, waar en waarom we zijn. Bovendien kunnen we proberen (….) het heelal te begrijpen…als je het aandurft tenminste!!
Alles wat we zien, zijn, horen, ruiken, voelen en denken is uiteindelijk na miljarden jaren evolutie kunnen ontstaan vanuit ’n kosmologisch proces en dit vind je ook terug in alle biologische- en biochemische processen.

De lijn van ontwikkeling van het heelal, kán nou eenmaal niet anders verlopen, dan dat er op vele honderden miljarden planeten, willekeurig verspreid over het universum, uiteindelijk ergens heel simpel leven is kunnen ontstaan in een vanzelfsprekend proces – in diepe of ondiepe zeeën met welke vloeistof dan ook, waar organische en anorganische stoffen zich kunnen mengen om verbindingen aan te gaan. 

Dus krioelt ’t van leven in het universum. Elke levensvorm zal zich voortdurend blijven ontwikkelen en aanpassen aan de eveneens voortdurende veranderingen van z’n omgeving. Dit is een ingefluisterde wetmatigheid van het Universum. Deze wetmatigheden kunnen begrepen worden door de zich steeds  verder evoluerende hersenen. 

De mensheid op onze planeet heeft door de evolutie van de hersenen, ’n eigen manier van leven kunnen ontwikkelen. Op elke plek van onze aardbol hebben zowel mensen, dieren als planten zich aan weten te passen aan de ook weer voortdurend veranderende tektonische, klimatologische, atmosferische en biologische omstandigheden. Dat is ’n “Survival of the fittest”…..wat zich aanpast, overleeft……
Wij mensen hebben hiervoor ’n eigen en dus ’n zeer uiteenlopende manier van denken ontwikkeld, en ook in ons eigen denken kunnen voortdurend veranderingen en ontwikkelingen plaatsvinden……………..als we er tenminste voor open staan…….

Nog niet zolang geleden werd gedacht dat we met een bepaald aantal hersencellen werden geboren zonder dat er ook maar één hersencel bijkomt…….Tegenwoordig weten we dat er zich ook nog op latere leeftijd nieuwe cellen in ons brein kunnen ontwikkelen. Als gevolg van studie en hersentraining, ontstaan tussen de neuronen nieuwe verbindingen, terwijl andere verbindingen verstevigd worden.

      Impulsgeleiding in neuron

Neuronen, bouwstenen van ons brein

Bron: Natuurinformatie (gedeeltelijk overgenomen)

De hersenen van de mens zijn opgebouwd uit ongeveer 100 miljard neuronen. Deze zijn allemaal al bij de geboorte aanwezig. Bij alles wat er in de hersenen gebeurt draait het om de communicatie tussen de neuronen onderling. Er worden voortdurend miljarden chemische signalen en elektrische impulsen in millivolts rondgestuurd.

Complexe netwerken

Al bij het embryo wordt een begin gemaakt met het leggen van verbindingen tussen de neuronen onderling. Deze zijn geschikt voor het uitvoeren van een aantal basisfuncties die vlak na de geboorte nodig zijn. Na de geboorte gaat het aanleggen van verbindingen door en dat leidt uiteindelijk tot een complex netwerk waarin miljarden neuronen met elkaar zijn verbonden. Juist door zijn complexiteit is dit netwerk in staat gelijktijdig grote hoeveelheden informatie te ontvangen, te verwerken en door te geven.

      

  • Het netwerk is voortdurend aan verandering onderhevig. Afhankelijk van je ervaringen en leerprocessen worden verbindingen steeds aangepast. Dit wordt plasticiteit genoemd, een aanpassingsvermogen.

Neuronen delen zich na de geboorte niet meer zoals dit bij andere cellen gebeurt. Hun aantal neemt om die reden met het ouder worden fors af, hoewel de inzichten hierover aan het veranderen zijn:

  • Vroeger dacht men dat we met een bepaald aantal zenuwcellen worden geboren zonder dat er ook maar eentje bijkomt. Tegenwoordig weten we dat er op latere leeftijd nog nieuwe zenuwcellen bij kunnen komen. In de ventrikels (holtes/kamers) van de hersenen  liggen voorlopercellen (volwassen stamcellen) waaruit nieuwe zenuwcellen kunnen ontstaan. Als gevolg van leren en training kunnen tussen zenuwcellen nieuwe verbindingen gemaakt worden en anderen verstevigd worden. Dit wordt neuroplasticiteit genoemd plasticiteit-en-cognitiemaxresdefault Video Neuroplasticity
  • Een volwassene kan dus nog steeds nieuwe dingen leren, hoewel dit met het ouder worden steeds moeilijker wordt. Hoe meer we ons ontwikkelen hoe meer nieuwe verbindingen aangelegd worden. Hoe vaker bepaalde ‘routes’ in de hersenen gebruikt worden, hoe sneller contact met die bepaalde gebieden gelegd wordt. Omgekeerd worden weinig gebruikte, dus onrendabele, routes opgeheven.
  • Dankzij dit aanpassingsvermogen is er ook een kans (meer of minder) te herstellen van een beperkt hersenletsel. De complexiteit van het netwerk -er zijn veel meer verbindingen dan nodig zijn- maakt het mogelijk ‘omwegen’ aan te leggen als de ‘rechtstreekse route’ naar bepaalde hersengebieden afgesloten is. Reorganisatie, dat wil zeggen overname van functies door andere gebieden, en gebruik van onbenutte hersencapaciteit is dus mogelijk.

Bouw van het neuron

Net als andere cellen hebben neuronen een cellichaam met een kern. Alle onderdelen die ook bij andere cellen zorgen voor de cel huishouding zijn aanwezig. Het voornaamste verschil is de vorm: het cellichaam van het neuron heeft een aantal uitlopers: de neurieten. Het aantal neurieten kan per neuron verschillen.
Ook kan het cellichaam zich niet delen en vermenigvuldigen. Als het cellichaam beschadigd wordt bestaat het risico dat het hele neuron afsterft.

Celkern

In de kern is de genetische code, het DNA, opgeslagen die bepaalt hoe de cel zich ontwikkelt en hoe er duizenden chemische reacties worden verwerkt.

Mitochondriën

Dit zijn de energiecentrales van de cel. In de mitochondriën worden vetten en suikers omgezet in ATP, een chemische stof die de energie levert voor een groot aantal celfuncties.

Neurieten

Er zijn twee soorten neurieten: axonen en dendrieten. Neurieten kunnen zich door weefsels heen wringen om met andere neuronen in contact te komen. Zo kan het neuron via de axonen en dendrieten met andere neuronen communiceren.

Axon

Ieder neuron heeft maar één axon, deze vertrekt vanuit het cellichaam. Het is een kabel met meerdere eindvertakkingen. Een axon voert elektrische signalen vanuit het cellichaam weg naar andere neuronen.

Dendrieten

Ieder neuron heeft meerdere dendrieten. Dendrieten zijn korte twijgvormige uitlopers van het cellichaam. Deze uitlopers maken contact met de eindvertakkingen van de axonen van andere neuronen en ontvangen via hun receptoren de signalen die het axon aanvoert, dus naar het cellichaam toe. Maar deze signalen kunnen niet zonder meer van het ene aan het andere neuron worden doorgegeven, omdat neuronen omgeven zijn door een vlies ofwel membraan.

Synapsen

Glutamate-and-receptors-at-the-excitatory-synaps-Glutamate-released-in-the-synaptic

Het doorgeven van de elektrische signalen gebeurt op speciale verbindingspunten, waar de membranen van de neuronen elkaar heel dicht naderen: de synaps. Dit is dus de plek waar neuronen contact met elkaar maken. Dat gebeurt via chemische stoffen die neurotransmitters worden genoemd. Tussen de celmembranen van twee neuronen is een kleine opening die de synapsspleet genoemd wordt. Synapsen zijn contactpunten die op de eindvertakkingen van axonen zitten. Deze contactpunten bevatten blaasjes waarin de neurotransmitters zitten. Zodra een elektrisch signaal aankomt op het uiteinde van een axon worden er neurotransmitters vrijgemaakt, die ‘uitgestort’ worden in de synapsspleet, deze ‘oversteken’ en het ontvangende neuron activeren.

Afbeeldingsresultaat voor synaps Meer en sterke synapsen zorgen voor efficiënte informatieverwerking in je brein, omdat dit de volgende keer dat de neuronen gaan communiceren sneller gebeurt.

Neurotransmitter

Een neurotransmitter zorgt voor de signaaloverdracht tussen de neuronen onderling. Vrijgemaakte neurotransmitters binden zich tijdelijk aan de receptoren van het ontvangende neuron. Via een ingewikkeld chemisch proces wordt er dan een nieuw elektrisch signaal opgewekt. De receptoren geven dit signaal weer af en sturen het door. Daarna wordt de neurotransmitter weer losgekoppeld en afgebroken of gaat terug naar het neuron waar hij vandaan kwam.

Myelineschede

Afbeeldingsresultaat voor myelineschede

De myelineschede zorgt voor isolatie en bescherming van de axonen en voorkomt dat signalen van het ene neuron op het andere kunnen overspringen. Wanneer de myeline beschadigd raakt ontstaan er problemen met het transport van de elektrische signalen. Elke myelineschede is een millimeter lang.

Celstofwisseling

Stofwisseling of metabolisme betekent verandering of omzetting. Dit proces vindt plaats in cellen en organismen. Enzymen (eiwitten) spelen bij de omzettingen een cruciale rol. Enzymen maken reacties mogelijk of versnellen reacties zonder daarbij zelf te worden verbruikt (katalyserende werking).
Er is een verschil tussen de opbouw van stoffen met gebruik van energie: anabolisme en de afbraak van stoffen waarbij energie weer vrijkomt: katabolisme.

De bouwstoffen van DNA (de basen Adenine, Cytosine, Guanine en Thymine) hebben veel energie nodig om ze te laten ontstaan. ATP is hierbij de energiedrager.

Afbeeldingsresultaat voor atp

Adenosine is een bio-organische verbinding. Ribose is een eenvoudige suiker. P is een fosfaat, ’n organische verbinding met fosfor (P)

ATP

Door evolutionaire veranderingen (mutaties) ontstonden biopolymeren, die uit meerdere moleculaire delen bestaan. Deze konden iets heel bijzonders: ze maakten stoffen, die leken op de benodigde bouwstoffen en zetten deze stoffen om in de échte bouwstoffen!!
Daardoor groeiden deze “nep-bouwstoffen” sneller dan de echte, omdat ze eenvoudigweg meer bouwstenen ter beschikking kregen! Op deze manier konden deze ook worden gemaakt uit eenvoudige suikers, die veelvuldig aanwezig zijn. Wel was er veel energie nodig om al deze bouwstoffen te maken, maar de energie kwam vrij tijdens de afbraak van andere organische moleculen….parasiterend dus……….

Schema van de stofwisseling bij elk levend organisme
Het maken (de opbouw) van bouwstoffen heeft energie nodig: anabolisme (blauw)
Bij het afbreken van stoffen komt energie vrij: katabolisme (rood)

De celstofwisseling omvat vele duizenden chemische reacties die voortdurend in de cel plaatsvinden. Nieuwe moleculen ontstaan op vele manieren. Dat kan door het ombouwen van uit het uitwendige milieu opgenomen (= assimilatie) of reeds aanwezige stoffen, door samenvoeging van soms zeer vele kleinere brokstukken tot één groot molecuul (= anabolisme) of door splitsing van grote in soms vele kleine moleculen (= katabolisme). Als het bij dit laatste proces gaat om afbraak van structuurelementen, spreekt men van dissimilatie. Zie beschrijving hierboven en video celstofwisseling.

Het mechanisme dat nodig is voor al deze reacties, wordt gevonden in de vele verschillende door de cel geproduceerde eiwitten, die reacties kunnen laten verlopen die in de chemische techniek soms uitsluitend onder omstandigheden van hoge druk of hoge temperatuur kunnen plaatsvindt.

Enzymen

Enzymstructuur

De eiwitten die als katalysator fungeren om de reacties bij normale temperatuur en druk te laten verlopen noemt men enzymen; ze vormen het belangrijkste bestanddeel van het cytoplasma (celvloeistof). Veel enzymen komen verspreid in het cytoplasma voor, maar er zijn ook enzymen te vinden in organellen (cel-organen) en daar dan de specifieke functie bepalen.

Enzymen versnellen in onze cellen het metabolisme: het proces waardoor talloze biomoleculen in onze cellen voortdurend worden omgezet in talloze andere biomoleculen om ons in leven te houden.

Enzymen zijn de motoren van het leven en is ervan afhankelijk. Van de allereerste microben die uit de oersoep sijpelden, via dinosauriërs die door de Jurassische bossen denderden, tot ieder nu levend organisme. Elke cel in je lichaam zit vol met honderden of zelfs duizenden van die moleculaire mechanismen, die helpen om dat voortdurende proces van het samenstellen en recyclen van biomoleculen op gang te houden, het proces dat wij leven noemen. De taak van enzymen is om allerlei biochemische reacties te versnellen, te ‘katalyseren’, die anders veel te langzaam zouden gaan. Men spreekt daarom van enzymatische katalyse.

Quantumbiologische aspecten

Enzymatische katalyse is voor bijna alle levensvormen een biochemisch grondbeginsel omdat het specifieke reacties laat verlopen die nodig zijn voor hun metabolisme, homeostase (het vermogen van meercellige organismen om het interne milieu in evenwicht te houden) en de synthese van alle biomoleculen, waarbij de energie o.a. kan worden geleverd door zonlicht zoals bij fotosynthese.

Er zijn nu nog maar weinig wetenschappers die betwijfelen dat elektronen zich door middel van een quantum tunneleffect voortbewegen langs de ademhalingsketens van de mitochondriën.

Tunnelen is vergelijkbaar met geluidsgolven die door ’n muur gaan. Wil een deeltje op dit niveau tunnelen, dan moet het golfachtig blijven om door ’n barrière heen te kunnen sijpelen.

Hiermee komen de belangrijkste reacties waarbij energie wordt aangewend in dierlijke en (niet-fotosynthetische) microbiële cellen duidelijk binnen het domein van de quantumbiologie:

  • Omdat de zéér ingewikkelde, maar uiterst nauwkeurige oxidatieve fosforylering zich afspeelt binnen een miniem orgaantje met een diameter van ongeveer één micrometer oftewel ’n duizendste mm……Afbeeldingsresultaat voor mitochondriën.

Quantumtunneling werd een belangrijk aspect van de kernfysica. Het is fundamenteel voor het leven op aarde, omdat daardoor paren positief geladen waterstofkernen in het inwendige van de zon kunnen fuseren in de eerste stap van de omzetting van waterstof in helium, waarbij de enorme hoeveelheid energie van de zon vrijkomt. Maar tot voor kort dacht men niet dat het een rol speelde bij de processen van het leven!

Naar quantummaatstaven zijn levende cellen grote objecten, dus op het eerste gezicht lijkt het onwaarschijnlijk dat het quantum tunneleffect zou worden aangetroffen in warme, vochtige levende cellen waarvan de atomen en moleculen voor het merendeel op een incoherente (onsamenhangende) manier bewegen. Maar zoals we hebben ontdekt gaat het er in een enzym anders aan toe: daarvan voeren de deeltjes een gechoreografeerde dans uit en niet een chaotische rave. Bron: ‘Hoe het leven ontstaat’ van Jim Al-Khalili en Johnjoe McFadden

Zelf ben ik ervan overtuigd dat endosymbiose ook met quantumtunneling te maken heeft.

Afbeeldingsresultaat voor endosymbiose
  • de eerder genoemde barrière is hier het celmembraan van de gastcel

Quantumbiologische aspecten in de plantenwereld

Een ander quantumbiologisch aspect is de fotosynthese. Wie fotosynthese écht wil begrijpen, vindt antwoord in de kwantummechanica.

Sun rays through the woods 23597   Wallpapers landscape scenery

Elke seconde straalt de zon duizenden biljoenen lichtdeeltjes uit. Zonlicht landt op het blad in quantumpakketjes: fotonen. Dit is ’n zogenoemde lichtreactie.

Lichtdeeltjes zijn elektromagnetische golven met een welbepaalde energie. Allereerst komt deze energie aan bij een zogeheten ‘antenne’, ’n verzameling van honderdduizenden chloroplasten (bladgroenkorrels).

Gerelateerde afbeelding

Planten hebben een plantaardige celcyclus. In plantencellen bevinden zich bladgroenkorrels of chloroplasten. Bladgroenkorrels kennen ook een membraan, de thylakoid, die is opgebouwd uit eiwitten en vetten. Hierin liggen verzamelingen van enkele honderden chlorofyl-moleculen ingebed, de zogenaamde fotosystemen, dit zijn eiwitten en moleculen die samen de energietoelevering verzorgen voor de fotosynthese. Ze functioneren als ‘antennes’, die lichtdeeltjes van de zon opvangen. Fotosystemen absorberen vooral blauw en rood licht; groen licht wordt juist verstrooid. Daarom zijn planten groen.

Als het fotosysteem een lichtdeeltje (foton) opvangt, wordt de lichtenergie overgenomen door een electron, dat daardoor in een hogere baan komt. Dit verschijnsel heet excitatie. Het electron, in deze toestand wordt daarom ook exciton genoemd. Het exciton kan door trillingen van molecuul naar molecuul springen en zo door het fotosysteem bewegen.

Afbeeldingsresultaat voor aangeslagen elektronAan Afbeeldingsresultaat voor thylakoïde

Aan één zijde van de thylakoïde-membraan bevindt zich een gespecialiseerd molecuul, dat het reactiecentrum wordt genoemd. Het reactiecentrum kan het exciton binden en daardoor ontstaat een elektrische spanning over de membraan. Het fotosysteem functioneert dus als een foto-elektrische cel, die met behulp van licht een elektronenstroom genereert.

Gerelateerde afbeeldingReactiecentrum

De elektronen worden toegeleverd aan de fotosynthese reactie. Een elektron binnen deze bladgroenkorrels worden door het zonlichtdeeltje aangeslagen en in een hoger baan gezet…..

zonlicht (UV) botst op electron, zo ontstaat licht

…..en krijgt daardoor meer energie die wordt gebruikt om door het fotosysteem heen te ‘springen’ opzoek naar een overbrugging. Dit is voor te stellen als een “doolhof van touwbruggen” die, als de exciton de weg weten te vinden, leiden tot het zogeheten ‘reactiecentrum’.

How light energy is harvested by a reaction centre chlorophyll molecule - http://biomoocnews.blogspot.hu/2012/10/daily-newsletter-october-8-2012.html

In dit reactiecentrum vindt uiteindelijk een reactie plaats waardoor de energie van het foton wordt omgezet in chemische energie. Het reactiecentrum is te vergelijken met een batterij dat wordt opgeladen. Er zijn 2 verschillende reacties:

  • Tijdens de lichtreactie is de energie van het zonlicht omgezet in chemische energie en ‘opgeslagen’ in de moleculen ATP en NADPH (als in een batterij).
    ATP wordt in cellen gebruikt voor de opslag van energie
    NADPH is een molecuul dat in een chemische reactie elektronen kan afstaan en elektronen levert voor diverse andere reacties.
  • Tijdens de donkerreactie, de Calvinreactie genoemd die lichtonafhankelijk is, wordt de opgeslagen energie gebruikt om koolstofdioxide uit de lucht (CO2) biochemisch om te zetten in glucose en zuurstof.
    Glucose is de bron van energie voor de plant zelf, maar ook voor alle organismen die van de plant eten. Glucose wordt gebruikt bij de verbranding. Bij de verbranding wordt glucose met behulp van zuurstof afgebroken. Hierbij komt de vastgelegde energie weer vrij, samen met water en koolstofdioxide. Er wordt dus geen energie gemaakt, maar uit glucose gehaald, maar energie wordt vrijgemaakt. De zuurstof komt hierbij vrij als reststof/afvalstof.

Het overbruggingsgebied is een ware nachtmerrie, want ‘je moet er zo snel mogelijk door het doolhof heen zien te springen’.  De sprongen nemen alle energie op uit de lichtfotonen van de zon.

How light energy is harvested by a reaction centre chlorophyll molecule - http://biomoocnews.blogspot.hu/2012/10/daily-newsletter-october-8-2012.html

  • Als het namelijk te lang duurt om het reactiecentrum te bereiken heeft het exciton te weinig tijd om op tijd te komen en is al de energie reeds opgenomen
  • Slechts 1 nanoseconde heeft het aangeslagen electron hier de tijd voor, dit is ’n miljardste seconde……

Fotosynthese is een uiterst nauwkeurig, bijna uitgekiend biologisch quantumproces op ultra kleine schaal in ’n extreem kort tijdbestek, weliswaar……in een warme en natte omgeving….

  • …..onze hersenen hebben er moeite mee om ons dit alles bewust te worden, terwijl dit “ingewikkelde” biologische proces gewoon ’n eigen onbewuste en vanzelfsprekende misschien wel eigen intuïtief verloop kent…..

Symmetrie en Symmetriebreking

Symmetrie

Voor de meesten is symmetrie iets wat meteen opvalt. Onze hersenen zijn namelijk goed in het herkennen van patronen, en we kunnen snel zien wanneer iets symmetrisch is of niet. Bron afbeelding Zoda Przygoda Mahanna.

Symmetrie gaat over invarianten, over wat onveranderd blijft na verschuiving, draaiing of spiegeling van een figuur of object. Je verschuift, draait of spiegelt een object en je ziet geen verschil. Het is een transformatie, die het object op zichzelf invariant laat en daarbij isometrisch de afstanden behoudt. Om symmetrie van figuren te bestuderen, is kennis over meetkundige-transformaties nodig.

  • Invariantie onder een bepaalde verschuiving: translatiesymmetrie, wanneer het in een bepaalde richting verschoven wordt
  • Invariantie onder een bepaalde draaiing: draaisymmetrie,  als een object na draaiing over een bepaalde hoek identiek blijft.
  • Invariantie onder een bepaalde spiegeling: spiegelsymmetrie, een figuur die van zijn gespiegeld beeld niet te onderscheiden is. Het is de meest gebruikelijke soort symmetrie.
  • Invariantie onder een combinatie van translatie- en spiegelsymmetrie: glijspiegeling. De oriëntatie wordt dus verwisseld. Oriëntatie wordt ook wel (rechts- of links)handigheid of chiraliteit genoemd van een geordende basis: een soort van asymmetrie, die het onmogelijk maakt om een spiegeling te repliceren door een enkelvoudige rotatie. Alle basissen zijn asymmetrisch en hebben twee mogelijke oriëntaties, net zoals de rechter- en linkerhand van het menselijk lichaam. In het driedimensionale platte vlak worden de twee mogelijke basisoriëntaties rechtshandig en linkshandig genoemd.
Links wordt de linkshandige- en rechts de rechtshandige oriëntatie in het platte vlak (de Euclidische ruimte) weergegeven.

Wiskundige benadering symmetrie

In de wiskunde kent symmetrie een meer abstractere benadering: om te verwijzen naar een object dat onder bepaalde transformaties onveranderd blijft. Een transformatie is een partiëlefunctie f die een set X aan zichzelf toewijst, d.w.z. f : X → X. Partiële functie

Let op: bepaalde terminologie heeft een wiskundige betekenis. Wikipedia is hierin een doolhof, dus ik omschrijf zo veel mogelijk termen.

  • Een functie geeft de afhankelijkheid aan van één element met betrekking tot een ander element oftewel een afhankelijk verband tussen bepaalde elementen. Een functie f  is een relatie tussen twee verzamelingen X en Y met de eigenschap dat aan ieder element x  uit X precies één element  y uit Y is gekoppeld. Meestal wordt het begrip gebruikt in de context waarin deze elementen getallen zijn d.w.z. aanduidingen voor ’n bepaalde hoeveelheid. 
  • Een element is een onderdeel van een verzameling. Alle elementen samen vormen de verzameling.
  • Een set een goed gedefinieerde verzameling van verschillende objecten, beschouwd als een (wiskundig) object op zichzelf.
  • Afbeelding: in de wiskunde is het begrip afbeelding de verzamelingtheoretische interpretatie van het begrip functie (de afhankelijkheid aan van één element met betrekking tot een ander element)
  • Verzameling: is een collectie van verschillende elementen

Een object of een figuur dat niet door een bepaalde verschuiving of spiegeling op zichzelf kan worden afgebeeld, wordt dat mogelijk wél door de combinatie ervan, zoals bij isometrie in de euclidische ruimte (de vlakke ruimte die niet is gekromd).

Een isometrie of isometrische afbeelding is een functie (afhankelijke verband) die twee metrische ruimten (een verzameling) op elkaar afbeeldt en die daarbij de afstanden bewaart.

Een wiskundig object is een abstract object dat ontstaat in de wiskunde. Voorbeelden van wiskundige objecten zijn o.a. getallen, verzamelingen, functies en bepaalde verbanden (relaties). De meetkunde kent ook wiskundige objecten, zoals punten, lijnen, driehoeken, veelvlakken, cirkels, bollen en variëteiten.

In de gehele Arabische wereld, vanaf Marokko, langs geheel noordelijk Afrika, via Turkije tot in Iran en zelfs India, is ornamentale kunst overvloedig aanwezig: sierlijk gekalligrafeerde Arabische teksten, rijkelijk bewerkte plafonds en mozaïekvloeren en intrigerende veelkleurige wandversieringen in de vorm van regelmatige patronen. Deze ornamentale kunst is ook terug te vinden in Zuid-Spanje, Andalusië om precies te zijn, en de Mezquita, de kathedraal van Córdoba. In het jaar 711 waren namelijk de Moren, Noord-Afrikaanse berbers, het Iberische schiereiland binnen gevallen, vandaar de verspreiding van deze ornamentale kunst.

Het Alhambra, het rode Paleis in Andalusië.
granadas-alhambra-palace.
De Nederlandse kunstenaar M.C. Escher is bekend om zijn vlakke geometrische patronen en ruimtelijke onmogelijke bouwconstructies. Zijn grafisch werk maakte hem wereldbekend, maar de invloed van islamitische kunst op zijn werk is maar bij weinig personen bekend.

Eshers fascinatie voor vlakverdelingen in de islamitische kunst ontstond tijdens twee reizen naar Zuid-Spanje, in 1922 en 1936, waar hij het Alhambra van Granada en de Mezquita van Córdoba bezocht. De eindeloze herhalingen en regelmaat waarmee patronen gehele vlakken vullen, intrigeerden hem. Al snel maakte hij patronen met herkenbare dierenfiguren met de unieke veranderingen in de kunstwerken. Ook verdiepte hij zich in wiskundige benaderingen naar patroonvorming.

Hoe komt het dat deze abstracte kunstvorm zich juist in noordelijk Afrika, Egypte, Turkije en het oude Perzische rijk had ontwikkeld? De verspreiding van de islam over deze gebieden speelde hierbij een cruciale rol. Omdat deze religie afbeeldingen van mensen en dieren op religieuze gebouwen niet toestaat, werd gezocht naar andere vormen van decoratie. Maar er was ook nog iets anders waardoor het ontwerpen van geometrische patronen gestimuleerd werd.

In de culturele centra van de islamitische regio bloeide de wetenschap tijdens de middeleeuwen. Niet alleen de theologie en geneeskunde, maar ook astronomie, meetkunde en algebra ontwikkelden zich sterk. Er werden bijeenkomsten georganiseerd tussen wiskundigen en mozaïekontwerpers. Tijdens deze bijeenkomsten werden meetkundige problemen besproken. De ontwerpers gebruikten de informatie die ze kregen van de wiskundigen om nog mooiere patronen te ontwerpen.

Het ontstaan van de prachtige mozaïeken is dus te danken aan de samenwerking tussen ontwerpers en wiskundigen. Verder wijzen velen op het idee dat men juist met de abstracte, meetkundige ontwerpen wilde verwijzen naar de wijsheid en grootsheid van Allah. Zoals in het westen alle wijsheid toebedeeld werd aan God en in de oosterse religie aan Boeddha.

Wat bij die patronen vooral opvalt is de eindeloze variatie in de keuze van de motieven en kleuren. Maar ook de aard van de symmetrieën vertoont allerlei variaties. Je ziet vierkanten, zeshoeken, stervormige achthoeken, twaalfhoeken, zestienhoeken en allerlei andere motieven die kunstig ineen gevlochten zijn en zich tot aan de randen toe steeds weer blijven herhalen.

Sommige motieven zijn spiegelsymmetrisch, andere vertonen draaiingsymmetrie. Als je zulke patronen met wiskundige ogen bekijkt, zie je abstracte onderliggende structuren van symmetrietransformaties. Zoals bij alle abstracties, ontzie je de werkelijkheid: je dringt de specifieke vormen van de motieven in het patroon naar de achtergrond, en concentreert je op de rotaties en spiegelingen die het patroon als geheel in zichzelf overvoeren. Wanneer de motieven van een patroon zich in een of meer richtingen herhalen, zal de wiskundige het patroon in gedachten onbeperkt periodiek voortzetten, ook al is het in werkelijkheid begrensd. We denken ons in dat die begrenzing een soort ‘venster’ vormt waarachter het patroon zich onbeperkt voortzet. In dat geval heeft dat onbegrensde patroon ook translaties (verschuivingen) als symmetrieën.

Het is vrijwel zeker dat men destijds mozaïeken ontwierp door één of een paar zogenaamde cellen te tekenen met behulp van pen, passer en liniaal. Hierdoor ontstonden bepaalde patronen.

Een ‘cel’ is ’n deel van een mozaïek waarmee, samen met zijn spiegelbeeld, het gehele mozaïek opgebouwd kan worden. Als je van een cel en zijn spiegelbeeld stempels zou maken, dan zou je een compleet mozaïek kunnen stempelen! Meestal liggen de randen van een cel op symmetrieassen van het gehele mozaïek. Een cel is vaak vierkant of wat gebogen, maar kan ook een rechthoekige vorm hebben.

We zien hier een samenstelling van cirkels en sterpatronen binnen een rechthoekige begrenzing. Wanneer we dit samenspel in gedachten naar alle kanten onbeperkt voortzetten, zijn er tal van translaties (verschuivingen) die het patroon in zichzelf vermeerderen.

Ook onder een rotatie over 120° rond het middelpunt van zo’n samenstelling, gaat het patroon als geheel in zichzelf over. Er zijn verder rotaties over 180° en over 60° die het patroon in zichzelf vermeerderen. Zulke translaties en rotaties noemen we symmetrieën van het patroon. Ze brengen een groep voort, de symmetriegroep van het patroon. Alle transformaties die een zelfde figuur invariant (onveranderd) laten, horen samen. Ze vormen een groep. Als je ze omkeert of met elkaar samenstelt, blijf je altijd in die groep. Ook het begrip groep is één van de sleutelbegrippen van de wis- en natuurkunde.

Symmetriegroep

Definitie symmetriegroep:
De verzameling van alle symmetrieën van een bepaalde figuur wordt de symmetriegroep van die figuur genoemd.

De symmetriegroep van een object in één, twee of drie dimensies is de groep verzamelingen van al zijn mogelijke symmetrieën. In de wiskunde is een groep ’n bepaalde algebraïsche structuur (verzameling), waarop een of meer bewerkingen (operaties) gedefinieerd zijn die aan bepaalde wetmatigheden voldoen. Met andere woorden: een groep bestaat uit een verzameling (bijvoorbeeld G) en een operatie (groepsbewerking) die altijd op twee elementen van G werkt

Een verzameling G is een collectie van verschillende objecten, elementen (onderdelen ván die verzameling) genoemd, die zelf als een wiskundig object wordt beschouwd.

De doorsnede van de verzamelingen A en B wordt genoteerd als A B

Een operatie: In de simpelste vorm van zijn betekenis staat de term operatie of bewerking in de wiskunde en de logica voor een actie of procedure die uit een of meer invoerwaarden een nieuwe waarde produceert. Voorbeelden van operatie: machtsverheffen, plus-, min-, deel- en maalteken.

Symmetriebreking

Symmetriebreking kan worden onderscheiden in twee soorten, expliciete symmetrie breken en spontane symmetriebreking, gekenmerkt door het feit of de bewegingsvergelijkingen niet invariant zijn of de grondtoestand niet invariant is. Als een symmetrie expliciet gebroken wordt is het geen symmetrie meer van de theorie. Spontane symmetriebreking is wat subtieler en dit betekent niet, dat de theorie de symmetrie niet meer heeft, maar dat alleen bepaalde toestanden, zoals het vacuüm, de symmetrie breken.

Deze vorm van symmetriebreking komt veelvuldig voor in de natuur en vormt o.a. de verklaring voor het Higgs-deeltje! 

Een potlood op zijn punt laten balanceren.

Het principe van spontane symmetriebreking is gemakkelijk te begrijpen door een scherp potlood te nemen, en te proberen dit op zijn punt te balanceren. Als je een mooi rond potlood hebt, dat symmetrisch is omdat het er van alle kanten hetzelfde uitziet, zou het in principe mogelijk moeten zijn om het potlood rechtop op zijn punt te laten staan. Het zou daarbij in principe niet uit moeten maken hoe scherp het potlood is.

In de praktijk zal elk potlood dat je op een scherpe punt probeert te laten balanceren echter omvallen. De reden hiervoor, is dat wij als mensen niet zo goed zijn in het precies rechtop houden van een potlood. Naarmate we het potlood scherper en scherper maken, moeten we ook steeds preciezer het potlood rechtop zetten om te zorgen dat het niet omvalt. In de wiskundige limiet van een oneindig scherp potlood, is zelfs een oneindig kleine fout in het rechtop zetten voldoende om het potlood om te laten vallen. Een oneindig scherp potlood kun je dus onmogelijk op zijn punt laten balanceren, en het is alsof het potlood spontaan omvalt. De symmetrie wordt daarbij gebroken, omdat het potlood één bepaalde kant opvalt, waarna die richting er anders uitziet dan alle andere richtingen.

Dat objecten die bestaan uit veel quantumdeeltjes spontaan symmetrieën kunnen breken, geldt niet alleen voor stoelen en tafels die hierdoor een bepaalde plaats in de ruimte kunnen hebben. Het is ook de reden dat een magneet een noord- en een zuidpool kan hebben, en er daardoor niet hetzelfde uitziet in alle richtingen in de ruimte. En ook abstractere symmetrieën kunnen op deze manier gebroken worden. Bron: Kun je zitten op een stoel? The Quantum Universe

Verre bronnen van Kosmische straling ontdekt.

Een superzwaar actief zwart gat in de kern van het verre sterrenstelsel PKS 1441, een blazar, versnelt protonen (de gele p) naar de zeer hoge energieniveaus van kosmische straling. Door de NASA is deze blazar een Bonanza genoemd, een ‘goudmijn’ op een afstand van 7 miljard lichtjaar.
NASA-blazar-bonanza. Hierdoor wordt een complexe cascade gecreëerd, die gammastralen (magenta) en ook de ‘geheimzinnige’ neutrino’s (blauw) afgeeft, die rechte paden door de ruimte volgen.
De gekoppelde detectie van deze twee deeltjes stelde astronomen in staat om de blazar te identificeren als één van de vele bronnen van kosmische straling.


Terwijl materie in de richting van het superzware zwarte gat in het centrum van het sterrenstelsel valt, wordt een deel ervan naar buiten versneld met bijna de snelheid van het licht langs jets die in tegengestelde richting wijzen. Wanneer één van de jets toevallig in de richting van de aarde is gericht, kan deze gedetecteerd worden. Hierin wordt een complexe cascade gecreëerd.

Extensive Air Showers
Een deeltje (proton) dat door de atmosfeer beweegt,
botst op andere deeltjes en breekt in nóg kleinere deeltjes uiteen. Het hele proces blijft zich herhalen, waardoor er een lawine aan deeltjes ontstaat. Zo creëert één enkel proton uit het heelal miljoenen deeltjes die op de aarde terecht komen.

Wanneer hoogenergetische deeltjes (kosmische “stralen”) de atmosfeer binnenkomen, verliezen zij hun energie via interacties met luchtmoleculen. Zulke deeltjes raken hoog in de atmosfeer altijd een atoomkern in een molecuul lucht (meestal zuurstof of stikstof). Daarna treedt een kernreactie op, die secundaire deeltjes produceert (vooral pionen en muonen), die vervallen of opnieuw kernreacties aangaan met andere atoomkernen in de lucht. Deze nieuwe deeltjes maken vervolgens meer deeltjes, enz. Dit vermenigvuldigingsproces staat bekend als een deeltjescascade.
Dit proces gaat door totdat de gemiddelde energie per deeltje onder ongeveer 80 MeV (80 miljoen elektronvolt) zakt. Op dit punt leiden de interacties tot de absorptie van deeltjes en begint de cascade uit te doven. De deeltjescascade ziet eruit als een pannenkoek met deeltjes die met de snelheid van het licht door de atmosfeer reizen. Hoewel het aantal deeltjes in de pannenkoek afneemt, groeit de grootte van de pannenkoek altijd omdat de interacties ervoor zorgen dat de deeltjes zich vermengen.
Wanneer de pannenkoek de grond bereikt, is deze ongeveer 100 meter breed en 1-2 meter dik. Als het primaire kosmische deeltje een foton was, bevat de pannenkoek elektronen, positronen en gammastralen. Als het primaire kosmische deeltje een atoomkern was, bevat de pannenkoek ook muonen, neutrino’s en hadronen (protonen, neutronen en pionen). Het aantal deeltjes in de pannenkoek hangt af van de energie van de primaire kosmische deeltjes, de observatiehoogte en schommelingen in de ontwikkeling van de ‘shower’. Deze deeltjespannenkoek staat bekend als Extensive Air Shower, een uitgebreide luchtdouche.
Bron: Pierre Auger Observatorium en Kennisklink

Development-of-a-cosmic-ray-shower-over-the-pierre-auger-observatory

Deeltjesdetector Pierre Auger – Radboud Universiteit

Artist impression van de reis van een kosmisch deeltje van een ver sterrenstelsel in de richting van het Pierre Auger Observatorium in Argentinië. Dit observatorium is speciaal gebouwd om zulke showers te detecteren. Het bestaat uit een netwerk van detectors en telescopen over een oppervlakte van drieduizend vierkante kilometer, op een onbewoond stuk pampa in Argentinië. Het detectornetwerk moet zo groot zijn omdat deze deeltjes uitermate zeldzaam zijn: er komt ongeveer één ultrahoog energiedeeltje neer per jaar per vierkante kilometer aardoppervlak

Zoals je in de impressies hierboven ziet en leest, is kosmische straling helemaal geen straling zoals lichtstralen of gammastralen. Het is eerder een deeltjesregen dat bestaat uit de meest energetische deeltjes die er zijn.

Hun oorsprong is te vinden ver van de Aarde zoals bij Supernovae en, zoals hierboven vermeld, bij Blazars, Quasars en ook bij Pulsars. Pulsars zijn de snelheidsduivels van het heelal …

Deeeltjeslawines worden ook wel ‘extensive air-showers’ genoemd.
Video Waarom-is-kosmische-straling-levensgevaarlijk-voor-astronauten, maar niet voor gewone stervelingen die liever niet de ruimte willen verkennen….

Kosmische straling is dus afkomstig van bronnen buiten ons Zonnestelsel. Het grootste deel, de galactische straling, komt zelfs van bronnen buiten ons Melkwegstelsel. De galactische straling bestaat voor 90% uit protonen en elektronen, voor de rest uit lichte heliumkernen en kernen van koolstof en stikstof.

Als deze snelle deeltjes de aardatmosfeer binnendringen, kunnen ze met daarin aanwezige vloeistofdeeltjes en vluchtige stofjes zoals roet van het verkeer, botsen waardoor deze tot minuscule druppeltjes condenseren. En rond deze druppeltjes kunnen vervolgens wolken ontstaan.

Maar ook de Zon is een bron van lichte kosmische straling. Deze solaire straling bestaat vooral uit protonen en elektronen met lage energie. Deze deeltjes hebben te weinig energie om ver de atmosfeer binnen te dringen, maar ze beïnvloeden het magnetisch veld rond de aarde en daarmee indirect de intensiteit van de galactische straling. De hoeveelheid kosmische straling die de aarde bereikt, is niet constant: ze wordt beïnvloed door de zon. Als de Zon actief is, weert het zonne-magnetisch veld meer kosmische straling af dan tijdens rustige perioden en is er minder bewolking. Sterke zonne-activiteit verhoogt de bijdrage van solaire straling. Het magnetisch veld rond de aarde wordt door de zonne-activiteit zodanig beïnvloed dat de bijdrage van galactische straling afneemt.

Maar wat zijn nou die ‘geheimzinnige’ neutrinos?

Video juni 2018: Secrets of the universe may lie in an old gold mine in South Dakota The-international-hunt-for-the-ghost-particle.

Wetenschappers geloven dat gelijke delen gewone materie en antimaterie hadden moeten worden gecreëerd tijdens de vorming van het universum. Maar dat gebeurde niet en niemand weet waarom. In plaats daarvan wordt het zichtbare universum gedomineerd door gewone materie.

Neutrino’s kunnen de reden zijn waarom – natuurkundigen hebben er de komende 10 jaar alles voor over om uit te vinden.

Neutrino’s zijn lastige kleine dingetjes, die behoren tot de meest voorkomende deeltjes in het universum. Ze hebben nauwelijks interactie met wat dan ook en reizen met een gigantische vaart dat grenst aan de lichtsnelheid. Drie biljoen neutrino’s vlogen gewoon door je lichaam terwijl je de laatste twee zinnen las – en dát is de grote uitdaging voor de onderzoekers. Misschien zou het beter zijn als ze je gewoon passeren, maar als je ze probeert te meten, betekent dit dat je gigantische detectoren nodig hebt om slechts een paar interacties te zien en ze dan te kunnen meten.

The Super-Kamiokande neutrino detector in Japan

Om de kleinste dingen te meten, moet alles groter zijn: wetenschappers willen meer neutrino’s vangen met grotere detectoren. Want hoe groter de detector, hoe meer reacties er per jaar voorkomen. En alles moet diep onder de grond worden geplaatst om het tegen kosmische stralen te beschermen. In het komende decennium zullen geavanceerde, ultramoderne technologie gebruikt worden om de detector te bouwen en data-verzamelsystemen creëren die vastleggen en analyseren wat er binnenin gebeurt. Het ingewikkelde proces omvat een reeks taken, waaronder het maken van elektronica die kan werken bij temperaturen rond -150 graden Celsius. Voor de ‘grootste ijskist ter wereld’, is vloeibaar argon nodig, dat de koele omgeving vereist.

Vloeibaar argon, een edelgas, is wat neutrino’s – en antineutrino’s, hun tegenhanger, net als materie en antimaterie – in de detector tegenkomen, waardoor wetenschappers kunnen zien wat er gebeurt bij de zeldzame gelegenheid dat de mysterieuze deeltjes interageren met atomen. Verschillen in het aantal en de eigenschappen van neutrino’s versus antineutrino’s zouden kunnen aangeven waarom materie in ons universum domineert boven antimaterie en kunnen wellicht laten zien of neutrino’s een rol hebben gespeeld bij de vorming van het universum.

Even iets dichter bij huis:

Het neutrino is een elektrisch ongeladen subatomair deeltje, net als het elektron. De voornaamste interactie die neutrino’s vertonen is de zwakke kernkracht: neutrino’s zijn niet gevoelig voor de sterke kernkracht en ook niet voor elektromagnetische interacties. Doordat het neutrino zo weinig wisselwerking vertoont met materie, gaat het bijna ongehinderd door gewone materie heen. Een blok lood zou een lichtjaar (circa 9,5 biljoen km) dik moeten zijn om de helft van de neutrino’s die erdoorheen gaan tegen te houden.

De meeste neutrino’s die de aarde bereiken, zijn afkomstig van de Zon. Per seconde wordt elke vierkante centimeter van de ruimte in de nabijheid van de Aarde, die loodrecht op de richting van de zonnestralen staat, gepasseerd door 65 miljard zonneneutrino’s.

Zonneneutrino’s worden in de Zon geproduceerd als een product van kernfusie. Het elektron-neutrino ontstaat bij bètaverval.

Bij het β+ verval (ook positron-emissie of positron-verval genoemd), wordt via de zwakke kernkracht een proton omgezet in een neutron, waarbij een positron (het antideeltje van een elektron) en een neutrino vrijkomen.

Bij het β− verval wordt door de zwakke kernkracht een neutron omgezet in een proton, waarbij een elektron en een antineutrino vrijkomen.

Zonneneutrino’s worden in de Zon geproduceerd als een product van kernfusie.

In lichte sterren als de Zon verloopt de kernfusie van waterstof, volgens de proton-protoncyclus tot helium.

Waterstof heeft 3 isotopen: protium (1H), deuterium (2H) en tritium (3H).

  • Protium is een stabiel isotoop
  • Deuterium is een stabiele isotoop
  • Tritium is radioactief en vervalt door bètaverval naar Helium-3

Helium-3 of 3He is een stabiele isotoop van helium

Helium-4 of 4He is een stabiele isotoop van helium

Bètaverval is een radioactief verval, waarbij een bètadeeltje, namelijk een elektron (of een positron), wordt uitgestraald (bètastraling).

Bètastraling. β− verval: een neutron wordt omgezet in een proton, waarbij een elektron en een elektron-antineutrino vrijkomen.

Bij radioactief verval wordt een isotoop spontaan omgezet in een ander isotoop, waarbij een elektron, een proton of een alfadeeltje wordt uitgezonden,

Een alfadeeltje is identiek aan het helium atoom 4He (2 protonen en 2 neuronen).

Hiermee is aangetoond dat bètaverval het eerste natuurkundige bewijs gaf voor het bestaan van neutrino’s!

Neutrino’s breng ik nu nóg dichterbij!

Ze vliegen voortdurend om én zelfs door ons heen! Neutrino’s zijn, op fotonen (lichtdeeltjes/lichtgolfjes) na, de meest voorkomende deeltjes in het universum. Op dit moment gaan er elke seconde meer dan tien miljard door jouw lichaam….. Neutrino’s gaan bijna overal doorheen, en toch merken we daar niks van. Dit komt doordat zwaartekracht geen enkel effect op ze heeft. Ook zijn ze niet elektrisch geladen en worden dus niet beïnvloed door elektromagnetische krachten.

Een neutrino-detector ziet er uit als een futuristische kunstinstallatie of een vijfsterrenhotel uit een toekomstige menselijke beschaving op Mars. De duizenden glazen bollen zorgen ervoor dat de detector er zo cool uit ziet, maar ze zijn er niet voor de sier: het doel van deze bollen is om de lichtgevende golven van deeltjes die door de botsing tussen de neutrino en een ander deeltje ontstaan op te vangen en te verstreken. Hierdoor kan informatie worden verkregen over onder andere de energie en stuwkracht van de neutrino.

Neutrino’s veranderen van gedaante

Neutrino-oscillatie (fluctuatie) is een kwantummechanisch fenomeen. Het blijkt, dat wanneer een neutrino van een specifiek lepton-variant gemeten wordt  (elektron-, muon- of tau-neutrino) en later nog ‘ns, het een ​​ander neutrino-variant geworden is. De waarschijnlijkheid van het meten van een bepaalde variant van een neutrino varieert tussen de 3 bekende toestanden..
Neutrino-oscillatie is van groot theoretisch en experimenteel belang, omdat de precieze eigenschappen van het proces licht kunnen werpen op verschillende eigenschappen van de neutrino. In het bijzonder impliceert dit dat de neutrino een massa heeft.

Theorie
Neutrino-oscillatie ontstaat door het mengen tussen de varianten en massa-eigenschappen van neutrino’s. Dat wil zeggen dat de drie neutrinotoestanden (elektron-, muon- of tau-neutrino) die in wisselwerking staan ​​met de geladen elektronen, elk een andere superpositie zijn van de drie (zich voortspoedende) neutrinotoestanden met een bepaalde massa.

Superpositie: Quantummechanica gaat over kansen. Een quantummechanisch systeem hoeft niet in één specifieke toestand te zijn: het kan in zekere zin in verschillende toestanden tegelijk zijn. Door het doen van de meting “dwingen we (in dit geval) de toestand van de neutrino te kiezen”, en pas op dát moment is de neutrinotoestand niet meer in een superpositie, maar ofwel een elektro- muon- of tau-neutrino.

Terwijl een neutrino-superpositie zich door de ruimte voortplant, gaan de kwantummechanische fasen van de drie massastadia met iets verschillende snelheden vooruit, vanwege de kleine verschillen in hun respectievelijke neutrinomassa’s. Dit resulteert in een veranderend superpositie-mengsel van massa-eigenschappen terwijl de neutrino reist. Maar een ander mengsel van massa-eigenschappen komt overeen met een ander mengsel van soorttoestanden. Dus als een neutrino bijvoorbeeld ‘begon’ als een elektronenneutrino, zal een mengsel van elektron-, mu- en tau-neutrino enige tijd een afstand afleggen. Omdat de kwantummechanische fase op een periodieke manier voortschrijdt, zal de toestand na die afstand terugkeren naar de oorspronkelijke variant en zal de neutrino weer voornamelijk een elektronenneutrino zijn. Het elektronensoortgehalte van de neutrino zal dan blijven oscilleren – zolang het de kwantummechanische samenhang behoudt. Omdat massaverschillen tussen neutrino-soorten klein zijn in vergelijking met de grotere lengten voor neutrino-oscillaties, wordt dit microscopische kwantumeffect waarneembaar over macroscopische afstanden. Lees verder Natuurkundigen zien neutrino’s van gedaante veranderen.

Paleoklimatologie

De geschiedenis en de veranderingen van het klimaat.

Zo’n 2,5 miljard jaar geleden waren er al klimaatveranderingen. Aardwetenschappers van de Universiteit Utrecht en de Universiteit van Genève hebben voor het eerst aangetoond dat het klimaat op Aarde 2,5 miljard jaar geleden regelmatige veranderingen onderging. Lees het hele artikel op de website van de Faculteit Geowetenschappen van de Universiteit Utrecht.

Enorme ijsberg breekt af in het zuiden van Antarctica

Een enorme ijsberg van 1.636 vierkante kilometer groot drijft rond op de Zuidpool. De ijsberg is afgebroken van de Amery ijsvlakte. Het maakt deel uit van de natuurlijke cyclus en is dus niet het gevolg van de opwarming van de aarde. Het is echter wel een bijzonder fenomeen dat slecht om 60 à 70 jaar plaatsvindt. Smelten is een ander proces

IJs op Antarctica smelt toch minder snel dan gedacht. Relatief warm oceaanwater doet de ijsplaten van onderaf verwarmen. Door het dunner worden van de ijslaag vermindert de druk op de bodem waardoor de ondergrond de mogelijkheid krijgt om ‘op te veren’ (= omhoog komen). Het ‘opveereffect’ van de ondergrond zorgt ervoor dat het relatief warme oceaanwater minder de kans krijgt om het ijs van onderaf te laten smelten. Bron:geowijs1

Het klimaat heeft al 2 miljard jaar een golvend karakter van warme interglacialen, afgewisseld met koude glaciale perioden. Interglacialen werden bovendien afgewisseld met korte koude intervallen, terwijl glacialen korte warme tussentijden kende. Ook het interglaciale Holoceen van dit moment, na het Kwartaire glaciaal, kent een koude interval: een kortstondig ‘ijstijdje” van slechts 300 jaar.

In het verre verleden zijn er vaak hele warme perioden geweest met veel en soms wel zeer veel CO2 in de atmosfeer. Hoe verhoudt zich dat tot de huidige opwarming van de Aarde? De wetmatigheid van de natuur stelt nou eenmaal, dat een toename van CO2 in de atmosfeer leidt tot een toename van temperatuur. Dit gaat uiteraard ook op voor tijden, vóórdat er mensen waren!

Ik ga eerst heel ver terug in het verleden, als inleiding. Dan zal ik ’t wel ondervinden hoe ik verder ga om tot de klimaatveranderingen in de opeenvolgende tijdperken te komen.

De atmosfeer in het Hadeïcum 4,7 tot 3,7 miljard jaar geleden

Uit het binnenste van de jonge aarde ontsnapten gassen door de immense hitte. Zij vormden de Oeratmosfeer die bestond uit grote hoeveelheden waterdamp, stikstof, ammonia, waterstof, methaan, zwavelwaterstof en koolmonoxide. Een vergelijkbaar gasmengsel dat vrijkomt bij vulkaanuitbarstingen. Uit de Oeratmosfeer regende water op de Aarde neer. Het water van de inslaande kometen vormde de eerste oceanen: origins-of-oceans.

De aanblik van de aarde in het Archaeïcum van 3,7 tot 2,5 miljard jaar geleden

Aan het eind van het Hadeïcum, zo’n 4 miljard jaar geleden, waren de meteorietregens afgenomen, waarna de aardkorst afkoelde. Ook de waterdamp koelde af en werd vloeibaar water. De eerste oceanen werden gevormd. Onderzeese vulkaanuitbarstingen kwamen vaak voor. De hete lava stolde in zee en werd gesteente. De gesteenten klonterden samen en vormden de eerste kleine continenten, die hier en daar boven water uitstaken.

De atmosfeer in het Archaeïcum

De aarde was omgeven door een dikke laag gas met veel kooldioxide, stikstof en water. De samenstelling van deze oeratmosfeer zou voor het meeste huidige leven giftig zijn. Er zat nog geen zuurstof in de atmosfeer. Het was in zeer kleine hoeveelheden aanwezig, doordat het slechts werd geproduceerd bij de afbraak van waterdamp door UV-straling in de hogere delen van de atmosfeer. Dit zuurstofgas verspreidde zich in zeer lage concentraties in de atmosfeer, maar zodra het in aanraking kwam met gesteente aan het aardoppervlak reageerde het direct daarmee. Deze kleine concentratie zuurstof in de atmosfeer zorgde er bovendien voor, dat organische verbindingen door allerlei oxidatiereacties meteen afgebroken werden. Leven op het land was niet mogelijk, want er was nog geen ozonlaag, die de schadelijke UV-straling tegenhield.

Aan het begin van het Archeïcum bedroeg de lichtkracht van de Zon slechts 75% van de huidige waarde. De Aarde zou te koud zijn geweest voor vloeibaar water, terwijl het sedimentair gesteente uit deze tijd erop wijst, dat dit er wel degelijk al was. Het afzetten van sediment is namelijk een proces waarbij (koolstof)deeltjes bezinken of neerslaan in water.

  • Vermoed wordt daarom dat er heel veel koolstofdioxide (CO2) in de atmosfeer aanwezig moet zijn geweest, waardoor de Aarde warmte kon vasthouden! Mooi toch?

Het leven in het Archeïcum was slechts beperkt tot eenvoudige eencelligen, die nog niet ‘aan fotosynthese deden’. Dit is overigens wat we ons dienen voor te stellen als we denken aan buitenaards leven op miljarden planeten in het universum…..

Een miljard jaar later, aan het begin van het Proterozoïcum, ‘brak er een zuurstof-revolutie uit’ en de eerste generaties meercelligen hadden mogelijk het aardse licht al miljoenen jaren eerder gezien. De opkomst van de meercellige eukaryoten hield echter de verdere verspreiding van de cyanobacteriën niet tegen. Deze konden wél foto-synthetiseren, en zij waren het die de zuurstof-revolutie op wereldschaal hadden ontketend! Aanvankelijk reageerde al het zuurstof met zwavel, koolstof en ijzer: zwaveldioxide bij het nog steeds voortdurende vulkanisme / koolstofdioxide CO2 / ijzeroxide in Banded Iron Formaties zoals in Isua, West-Groenland .

Afbeeldingsresultaat voor banded iron formations isua
Het oudste rotsgesteente op Aarde is gevonden op isua, greenland

Toen de ‘afzetgebieden’ van zuurstof zowat allemaal bezet waren, en door het verschijnen van meerdere organismen de fotosynthese toenam, begon de zuurstofconcentratie in de atmosfeer te stijgen. Het organisme dat afstierf, werd in lagen ondergraven waardoor niet-geoxideerd koolstof verdween. Mogelijk de aanzet tot het kunnen ontstaan van het eerste methaangas?

Tijdens het Proterozoïcum groeide de gezamenlijke continentale massa sterk aan door de samenvoeging van microcontinenten (kratons). Ook kwamen gedurende het Proterozoïcum de eerste gebergtevormingen voor, die zorgden voor verplaatsende atmosferische variaties.

Het is met zekerheid vastgesteld, dat de eerste ijstijd heeft plaatsgevonden kort na het begin van het Proterozoïcum, zo’n 2,5 miljard jaar geleden. Tijdens het Neoproterozoïcum (1 miljard – 500 miljoen jaar geleden) waren er minstens vier ijstijden.

IJstijden en klimaatveranderingen werden toen ook al voornamelijk aangezet door de Milanković Cycli.

Milutin Milanković beschrijft in 1941 dat de variaties in de baan van de Aarde rond de Zon (excentriciteit), de variaties in de aardashoek (obliquiteit) en de tolbeweging van de aardas (precessie) van invloed zijn op de temperatuur op Aarde. Als gevolg van deze variaties varieert de temperatuur op aarde en zijn de laatste ijstijden gedurende 2,5 miljoen jaar tot heden te verklaren.

Excentriciteit, obliquiteit en precessie beschrijven de effecten van de aardse bewegingen op het wereldklimaat. Wanneer de drie cycli samenkomen, kan dit een aanwijzing zijn voor een ijstijd.

IJstijden en interglacialen worden primair in gang gezet door variaties in de baan van de aarde om de zon en de stand van de aardas ten opzichte van die baan. Als deze veranderingen ervoor zorgen dat de seizoenverschillen op het noordelijk halfrond klein zijn, treedt er een ijstijd op. Broeikasgassen zijn niet de oorzaak van de ijstijden, maar zij versterken de temperatuurveranderingen wel. Vulkanisme en meteorietinslagen zijn eerder oorzaken van plotselinge afkoeling, wat een naderend glaciaal zou kunnen gaan inleiden.

Het verloop van de temperatuur en CO2-concentratie in de laatste 420 duizend jaar laat zien dat beide met elkaar samenhangen. Een cyclus van een ijstijd en een interglaciaal (warme tijd tussen twee ijstijden) beslaat ongeveer honderdduizend jaar. Op die tijdschaal wordt klimaatverandering gestuurd door veranderingen in de baan van de aarde om de zon en de stand van de aardas ten opzichte van die baan. De ligging van de continenten en de mate waarin het land is ‘opgeveerd’ na beëindiging van de vorige ijstijd zijn mede bepalend of een volgende ijstijd mogelijk is.  

Excentriciteit.
De baan van de aarde rond de zon is een ellips. De excentriciteit is de mate waarin deze ellips afwijkt van een cirkel. De periodiciteit van de excentriciteit is 100.000 jaar.

Deze excentriciteit varieert in de tijd van bijna cirkel (excentriciteit van 0,005) tot licht elliptisch (excentriciteit 0,028). De huidige excentriciteit bedraagt 0,017. Deze variaties in excentriciteit ontstaan door de invloed van de zwaartekracht van de planeten Saturnus en Jupiter.

Obliquiteit.
De hoek die de aardas maakt met de loodlijn op het vlak waarin de aarde rond de zon draait varieert van 22,1° tot 24,5°, met een periodiciteit van 41.000 jaar.

Bij een grotere hoek nemen de verschillen tussen de seizoenen voor wat betreft de instraling van de zon toe. Zowel op het noordelijk als het zuidelijk halfrond worden de zomers dan warmer en de winters kouder. Momenteel neemt de obliquiteit af en is 23,44°

Precessie is de tolbeweging van de aardas en heeft een periodiciteit van ongeveer 26.000 jaar.

Precessie is het gevolg van de getijdenkrachten die zowel de zon als de maan op de aarde uitoefenen, versterkt door het feit dat de aarde niet perfect rond is.

Precessie is de beweging die de draai-as van een roterend voorwerp maakt onder invloed van een uitwendige kracht. Het eenvoudigste voorbeeld van precessie kan men zien aan een draaiende draaitol. Als de tol niet precies rechtop staat, zal de zwaartekracht proberen om de rotatieas ‘om te laten vallen’. Dat gebeurt echter niet: in plaats daarvan draait de rotatieas rond om de verticaal.

Gedurende de geologische geschiedenis schommelt de hoek die de Aarde maakt t.o.v. de ecliptica tussen de 21,5 en 24,5 graad. De Aarde is platter aan de polen dan aan de evenaar dus is er geen perfecte bolvorm. De Zon zal daarom door de aantrekkingskracht proberen de aardas loodrecht op de ecliptica te krijgen. Doordat de Aarde om haar as draait, is het resultaat dat de aardas zelf een kegel rondom de pool van de ecliptica beschrijft: nutatie. Dit uit zich in een cirkel rondom de hemelpool, momenteel een cirkel van 23,5 graden. De rotatie-as wijst momenteel in de richting van Polaris, de Poolster. Doordat de aardas in een 14.000-jarige cyclus ronddraait, wordt Vega op een gegeven moment de Poolster.

Er zijn echter meerdere processen die klimaatverandering aan kunnen zetten zoals CO2 en het zeer krachtige methaan. Beide broeikasgassen zijn effectief voor opwarming, zowel na een ijstijd als de huidige warmte toevoer. Grote hoeveelheden methaan uit het permafrost rond de arctische gebieden komen op dit moment (2019) vrij. Wat we ook steeds terugzien na een glaciale periode is fotosynthese, zowel cyanobacteriën als door planten en bomen.

Einde van een ijstijd. De overgang van ijstijd naar interglaciaal gaat veel sneller dan andersom. De volgende processen dragen bij aan het einde van een ijstijd:

  • Door een lager broeikasgehalte en het aangroeien van de ijskap dalen de temperaturen in principe steeds verder, maar valt er ook steeds minder neerslag waardoor de ijsgroei steeds minder wordt.
  • De zeespiegeldaling en de uitbreiding van het zeeijs leiden ertoe dat het wateroppervlak kleiner wordt, waardoor ook de CO2 opname afneemt.
  • Het landoppervlak daalt een paar honderd meter door het gewicht van de ijskap, waardoor de sneeuwgrens naar het noorden opschuift. Dit is geen doorslaggevende factor, maar draagt wel bij aan de beëindiging van een ijstijd.
  • Als uiteindelijk ook door veranderingen in de baan van de aarde om de zon de seizoensverschillen groter worden, leidt dat in de polaire zomer tot meer afsmelting en in de winter tot minder neerslag en dus tot minder aangroei van de ijskap.
  • Het lichtweerkaatsend vermogen van de ijskappen neemt sterk af zodra sneeuw en ijs aan de oppervlakte nat worden. Meer warmte vroeger in het jaar leidt dus direct tot een zeer snelle afname van de weerkaatsing van het licht en veroorzaakt een verder slinken van de ijskap.
  • Door de slinkende ijskap wordt het warmer en smelten op termijn grote partijen zeeijs. Zonne-energie wordt daardoor in de poolgebieden beter geabsorbeerd, waardoor de temperatuur nog verder stijgt.
  • De oceanen warmen op waardoor het opgeslagen CO2 weer vrijkomt uit de diepzee en de temperatuurstijging wordt versterkt. Bron: Klimaat voor Ruimte

Ik ga nu verder nadat de Aarde al is ontstaan.

Ten tijde van het Hadeïcum was de aardkorst vloeibaar en zeer heet. Vanuit de hete kern van de aarde ontstond er stroming van gesmolten gesteente naar de buitenste delen van de aarde. De aan het aardoppervlak afgekoelde gesteenten zakten naar beneden. Deze zogenoemde convectiestroming is vandaag de dag nog steeds aan de gang in de mantel van de aarde. Het zorgt ervoor dat het aardoppervlak in beweging blijft, waardoor ook de aardplaten bewegen. Ook meteorietinslagen veranderden zowel het oppervlak als de temperatuur van de Aarde.

Behalve de convectiestroming moet er ook al heel vroeg een magnetische veld zijn geweest, dat berust op de dynamowerking vanwege de vaste nikkel-ijzeren kern, met eromheen ’n buitenkern bestaande uit vloeibare ijzer en nikkel.

Mantelconvectie

Even dit letterlijk ‘ingewikkeld’ mechanisme uitleggen.

De stroming in de buitenkern wordt gericht door de draaiing van de aarde, waardoor de magnetische polen altijd in de buurt ligt van de geografische polen. Dit geldt zowel voor de Noord- als de Zuidpool.

Omdat de geomagnetische noordpool- en zuidpool door het aardmagneetveld ontstaat, en dit magneetveld al heel vroeg aanwezig was, is mijn conclusie dat zowel de excentriciteit de obliquiteit als de precessie al heel vroeg aanwezig waren.

Doordat de Aarde om haar as draait, is het resultaat dat de aardas zelf een kegel rondom de pool van de ecliptica beschrijft. Dit uit zich in een verplaatsing van de noordpool aan de hemel, zij beschrijft op dit moment een cirkel van 23,5 graden rondom de pool van de ecliptica. De periode van de precessie is 26.000 jaar.

Precessie is vergelijkbaar met de beweging van een tol.
R= rotatie
P= precessie
N= nutatie

Nutatie is de beweging van de omwentelingsas die optreedt wanneer het massamiddelpunt niet op de omwentelingsas ligt. De samenstelling van de Aarde was nog niet homogeen en de vorm van de planeet ten opzichte van de omwentelingsas was/is niet symmetrisch. Dit wordt veroorzaakt door de convectiestroming van opstijgend gloeiend en deels vloeibaar gesteente en neerdalend meer afgekoeld gesteente.

Afbeeldingsresultaat voor meteorietinslagen
Meteorietinslagen veranderden zowel het oppervlak als de temperatuur van de Aarde. Er kwam echter ’n zeer cruciale inslag aan:

Ongeveer 150 miljoen jaar na het ontstaan van het Zonnestelsel, zo’n 4,5 miljard jaar geleden, botste ’n kleine planeet ter grootte van Mars op de jonge Aarde. Het aardoppervlak veranderde door de inslag in één grote lavasoep. Een deel van het puin van de kleine planeet Theia, belandde op de Aarde, maar een groot deel verzamelde zich in een stofwolk om onze planet en klonterde samen om de Maan te vormen.

De kleine planeet Theia botst op de jonge Aarde.
Het aardoppervlak veranderde door de inslag in één grote lavasoep.

Het Late Heavy Bombardment duurde ongeveer 2 miljoen jaar. Sommige kraters van dit gigantische bombardement zijn zo groot als Aardse continenten.

Ik vind het vanzelfsprekend, dat de inslag van de ‘planeet Theia’ en het heftige bombardement, dat zo’n 2 miljoen jaar duurde (!!), de jonge planeet Aarde de nodige tikken hebben gegeven, dat de obliquiteit vanaf die periode eigenlijk al is bepaald. Deze heeft een periodiciteit van 41.000 jaar. Momenteel neemt de obliquiteit af en is 23,44°. Zou dat ’n tiende graad meer of minder zijn, dan is er al ’n andere instraling van de Zon, vooral op de beide polen…..

Eerst de grillen van de Zon zelf.

De Zonnecyclus is een proces van zonneactiviteit in een kortdurende cyclische variëteit van slechts 11 jaar. Samenhangend met deze periode, die ook wel ‘ns 14 jaar kan duren, is het aantal zonnevlekken dat varieert…..

.….op dit moment, op het einde van de 24e reeks, nog geen één!!

zon
Actuele Zon

Wat zijn Zonnevlekken?

Zonnevlek umbra and penumbra
Umbra is het donkerste deel van de schaduw, waar de lichtbron volledig wordt geblokkeerd.
Penumbra is het gebied waarin slechts een deel van de lichtbron zichtbaar is.

Zonnevlekken kunnen soms vele malen groter worden dan de Aarde zelf. Ze zijn donker van kleur aangezien dit “koudere” gebieden zijn op het zonneoppervlak. Een grote zonnevlek kan een oppervlaktetemperatuur hebben van 3700°C, als we dit vergelijken met de temperatuur van de fotosfeer 5500°C…..Zonnevlekken ontstaan waar magnetische veldlijnen vanuit het binnenste van de Zon naar buiten komen. Elke vlek heeft z’n eigen magnetische polariteit. Rond het zonneminimum zullen er weinig tot geen zonnevlekken te vinden zijn. Zonneactiviteit zal tot 2040 blijven afnemen – Alles over …sterrenkunde. Later, in het hoofdstuk over de Magnetosfeer, kom ik terug op de zonneactiviteit

Klimaatveranderingen in de opeenvolgende tijdperken.

We zien hierin duidelijk dat er sprake is van een cyclische, dus golvende klimaatstructuur. Glacialen en interglacialen gaan in elkaar over, in een geleidelijk proces van soms wel honderden miljoenen jaren…..

Het klimaat op aarde wordt in de eerste plaats door de afstand van de Aarde tot de Zon en de zonneactiviteit bepaald.

De hoek tussen de aardas en de aardbaan (precessie en obliquiteit), de verdeling van de continenten over het aardoppervlak en de invloed van broeikasgassen spelen en speelden altijd al een cruciale rol. Klimaatveranderingen werden in het verleden voor een groot deel bepaald door plaattektoniek en veranderingen van de samenstelling van de atmosfeer. Natuurlijke factoren en grote natuurrampen hebben in dit verleden vrijwel zeker klimaatveranderingen veroorzaakt of in gang gezet.

De snelheid waarmee klimaatveranderingen zich voltrekken varieert sterk. Deze veranderingen kunnen traag en geleidelijk verlopen maar ook snel en schoksgewijs. Bovendien verlopen klimaatveranderingen niet overal even snel en op dezelfde manier. Over de oorzaak van klimaatveranderingen in het verleden is niet altijd veel bekend. Hoe verder men teruggaat in het verleden, hoe moeilijker het onderzoek naar klimaatveranderingen wordt.

Het Hadeïcum is het begin van het Precambrium (4,5 – 3,8 miljard jaar geleden) wordt in de geologische tijdsschaal gebruikt om de periode aan te duiden tussen het ontstaan van de Aarde en het voorkomen van de eerste sedimentaire (vaste) gesteenten. Zoals eerder is gezegd had dit tijdperk een oeratmosfeer die bestond uit grote hoeveelheden waterdamp, stikstof, ammonia, waterstof, methaan, zwavelwaterstof en koolmonoxide

Het Archaeïcum (3,8 miljard tot 2,5 miljard jaar geleden), had inmiddels een klimaat dat zeer heet moet zijn geweest. De atmosfeer bestond waarschijnlijk uit een mengsel van gassen waaronder waterdamp, stikstof, waterstof, methaan, ammoniak, koolstofdioxide en koolstofmonoxide.

Continenten waren nog niet aanwezig en de dunne instabiele aardkorst bestond uit kratons (continentale aardkorst) die grotendeels onder water stonden. De oceaan was bezaaid met kleine eilandjes. Het klimaat was daardoor gelijkmatig verdeeld over de aardbol. De atmosfeer bevatte hoge concentraties broeikasgassen zoals koolstofdioxide, methaan en ammoniak. De activiteit van de Zon was nog gering, maar mede door de aanwezigheid van deze broeikasgassen was het zeer heet.

De eerste vormen van leven zijn waarschijnlijk al rond 3,6 miljard jaar geleden, halverwege het Archeïcum, ontstaan. Het betrof de eerste extremofiele soorten bacteriën.

Het Precambrium bevat alle tijd tussen het ontstaan van de Aarde 4,5 miljard jaar geleden en 542 miljoen jaar geleden.

Terwijl de Panthalassic Ocean altijd een ondiepe zee was met een diepte van niet meer dan twee kilometer, is de Panafrican Ocean een afgrond van mysterieuze wezens geweest. Op een diepte van vijf kilometer wemelde het van leven. Verschillende basale geschelpte weekdieren bewoonden alle rotsen, niet bedreigd door roofdieren, hun schelpen zijn een voldoende verdediging tegen de overlevenden van het begin van de eerste ijstijd. Roofkwallen zwommen vrij rond in de open zee.

De Precambriaanse tijd is ook bekend als de “Age of Early Life”. Het vroege leven trotseerde ijzige koude, die toen al afgewisseld werden met warme periodes. Er waren uitgebreide gletsjers in de buurt van de polen. Al met al was er in de precambrische tijd niet ’n stabiel klimaat.

Z540_zonef.jpg (61851 bytes)
540 miljoen jaar geleden

Het zout in oceanen.

Oceanen waren 3,5 miljard jaar geleden zouter. Het merendeel van de zout-ionen in oceanen bestaat uit natrium en chloor (die samen het ons bekende keukenzout vormen: Natriumchloride). Het chloor in de vroege oceanen moet grotendeels afkomstig zijn geweest van vulkanisme waarbij veel zoutzuur (Waterstofchloride) vrijkwam. Het natrium moet door uitloging van verweerde gesteenten in de oceanen terecht zijn gekomen. In de loop van de geschiedenis zijn er op tal van momenten en op tal van plaatsen grote hoeveelheden zout in oceanen neergeslagen, bijvoorbeeld door verdamping van water in ondiepe zeeën. Veel van die zoutafzettingen zijn later door andere gesteenten bedekt, maar ooit moeten ze deel van het in de vroegere oceanen voorkomende zout hebben uitgemaakt. Zouden al die ‘begraven’ zoutvoorkomens weer in oceanen oplossen, dan zou het zoutgehalte in oceaanwater met circa 30 procent toenemen. Daarnaast bevat al het grondwater bij elkaar nog eens zoveel zout dat, als dat ook in zee terecht zou komen, het zoutgehalte zelfs ongeveer zou verdubbelen.

Tussen 3,2 en 2 miljard jaar geleden nam het zoutgehalte in de toenmalige oceanen geleidelijk af, op het eind zó vlug, dat binnen zo’n 100 miljoen jaar de helft van alle bekende zoutlagen werden gevormd. Pas in de laatste half miljard jaar, bereikte het zoutgehalte in zee waarden die vergelijkbaar zijn met nu

Eerste IJstijd in het Precambrium.

  • De Huronische ijstijd is de oudste bekende ijstijd die duurde van 2,4 tot 2,1 miljard jaar geleden, aan het begin van het Paleoproterozoïcum.
  • Deze ijstijd was het gevolg van de eerste ‘zuurstofrevolutie’ veroorzaakt door krioelende legers van cyanobacteriën. De archeïsche atmosfeer werd fotosynthetiserend omgevormd tot een stikstof-zuurstofatmosfeer. De globale ‘vergiftiging’ van de atmosfeer met zuurstof leidde tot een ongekende massaextinctie van het anaerobe leven.
  • Aanvankelijk werd alle door cyanobacteriën geproduceerde zuurstof aan al het ijzer gebonden dat tijdens deze periode aan het aardoppervlak aanwezig was. Nadat alle ijzer aan het aardoppervlak was geoxideerd, steeg de zuurstofconcentratie in de atmosfeer
  • Vrijwel alle methaan, dat een sterk broeikasgas is, verdween uit de atmosfeer, waardoor de atmosfeer sterk afkoelde en geleidelijk deze ijstijd begon

Op het einde van het Precambrium traden nóg ‘ns twee ijstijdvakken op, resp. ongeveer 710 en 635 miljoen jaar geleden. Zowel de oudste (Sturtian) als de jongste (Marinoan) van deze twee ijstijdvakken worden ervan ‘verdacht’ zo koud te zijn geweest dat zelfs de oceanen bij de evenaar bevroren waren. Daarom wordt wel van ‘sneeuwbal aarde’ gesproken. Aan die volledige ijsbedekking wordt echter ook door veel deskundigen getwijfeld: sneeuwbal-aarde-verrassend-vriendelijk-voor-leven…

Cambrium 540 tot 500 miljoen jaar geleden

Na de eerste ijstijden was door het smeltende ijs was het zeeniveau tot grote hoogten gestegen: aan het einde van het Cambrium lag het enkele honderden meters hoger dan tegenwoordig. Zodra het ijs op de oceanen was weggesmolten nam de fotosynthese-activiteit van de cyanobacteriën en de eerste plantaardige cellen weer sterk toe. Deze levensvormen kregen weer voldoende zonlicht en er hadden zich bovendien veel voedingsstoffen in het water  opgehoopt. Het leven zou een explosieve impuls hebben gekregen, dus was er sprake van een “Cambrische explosie”. Maar het leven onderging eigenlijk helemáál geen ‘explosieve groei’ in het Cambrium:

“De ‘Cambrische explosie’ blijkt eigenlijk een gestage evolutie te zijn geweest, die ongeveer 100 miljoen jaar duurde” Bron:Kennislink en Nature ecology

In de daaropvolgende 50 miljoen jaar die het Ordovicium omspande, verplaatsten Baltica en Siberië zich naar het noorden. Baltica ontstond bij het uiteenvallen van het supercontinent Rodinia. Tegen het eind van het Ordovicium, 460 miljoen jaar geleden, begon de ene oerzee zich te sluiten, terwijl de andere zich begon te openen. Delen van Gondwana splitsten zich af van dit supercontinent. De resterende delen verplaatsten zich naar het zuiden, waardoor het huidige Noord-Afrika boven de Zuidpool kwam te liggen. Door tektonische krachten waren er perioden met grote vulkanische activiteit, die land toevoegden aan de oostkust van Australië, delen van Antarctica en Zuid-Amerika. Veel van wat we weten over de veranderingen in het klimaat en de positie van de continenten is afgeleid aan de hand van fossielen van kleine diertjes die leefden in de zeeën.

Veel wetenschappers denken dat de hoeveelheid koolstofdioxide in het Ordovicium zeer hoog was. Meer dan twintig keer zo hoog dan nu het geval is. Maar het is moeilijk om de nauwkeurige hoeveelheid koolstofdioxide uit oude gesteenten af te leiden. In de loop van het Ordovicium werd de temperatuur op aarde lager, en in het late Ordovicium was er zelfs sprake van een “korte” ijstijd.….dit is moeilijk voor te stellen in een wereld met veel broeikasgassen.…..

Iedereen is bekend met de massa-extinctie waardoor de dinosaurussen stierven, in het Krijt 60 miljoen jaar geleden. Maar ongeveer vierhonderd miljoen jaar daarvóór vond er een nog grotere massa-extinctie plaats: de Laat-Ordovicische massa-extinctie. Het klimaat zou vrij plotseling omgeslagen zijn naar ’n periode van nog geen 3 miljoen jaar, waardoor bijna alle zeedieren uitstierven. De oorzaak van de wereldwijde extinctie wordt gekoppeld aan de ijstijd die toen plaatsvond: Het Hirnantien. Een groot deel van de zeedieren heeft zich in de volgende miljoenen jaren kunnen herstellen of heeft zich verder ontwikkeld tot nieuwe soorten.

Stabiel
Onderzoekers ontdekten een patroon waaruit bleek dat er in die tijd niet zo heel veel broeikasgassen in de lucht zaten. Wel meer dan nu (doordat de zon toen veel minder fel scheen), maar veel minder dan wetenschappers dachten. Ook werd ontdekt, dat de Aarde in het Ordovicium ongeveer net zo op de kou reageerde als in ’n langere IJstijd.

In het patroon waarmee de Aarde op veranderingen reageert, is dus in al die miljoenen jaren nog niets veranderd. Daaruit blijkt wel hoe stabiel de Aarde en haar atmosfeer zijn. Men zou denken dat deze conclusie de wetenschappers optimistisch maakt: toen heeft de Aarde het ondanks de broeikasgassen gered, dus dan moet dat nu toch ook lukken? Toch zijn de wetenschappers niet overtuigd. De Aarde weet natuurlijke broeikasgassen prima te verwerken, maar hoe zit dat met de gassen die door toedoen van de mens in de atmosfeer belanden, zo vragen ze zich af. (Bron:Scientias)

Na de ijstijd aan het eind van het Ordovicium werd het in het Siluur opnieuw warmer. Doordat het zuurstofgehalte in de atmosfeer verder steeg, kon een beschermende ozonlaag ontstaan.

Nadat in de nieuw gevormde oceanen primitieve vormen van leven mogelijk werden, was de zuurstofproductie op gang gekomen (….als een bijproduct van de fotosynthese). Door de opbouw van zuurstof kon er ook ozon gevormd worden.

Nadat er voldoende ozon gevormd was werd het aardoppervlak beschermd tegen ultraviolette straling. Deze bescherming zorgde ervoor dat ook buiten de oceanen leven tot ontwikkeling kon komen.

De meeste ozon in de atmosfeer bevindt zich tussen 15 en 40 km hoog. Ozon is een uit 3 zuurstofatomen bestaand gas dat de meeste schadelijke ultraviolette stralen van de zon absorbeert en ook warmteverlies van de aarde voorkomt. Ozon op leefniveau is schadelijk omdat het smog vormt. Zomersmog ontstaat door chemische reacties in de lucht onder de invloed van zonneschijn waarbij ozon en andere stoffen (zoals deeltjesvormige luchtverontreiniging herkenbaar aan de heiigheid tijdens zomersmogdagen) worden gevormd.

In de stratosfeer, tussen 10 en 40 km boven het aardoppervlak, ontmoet het licht van de zon de eerste moleculen van de aardse atmosfeer. Een molecuul overleeft een botsing met energierijk licht meestal niet. Licht heeft vaak zoveel energie dat elke atoombinding in een molecuul stuk gaat. Dat kost steeds een molecuul, maar zo komt dit energierijke licht niet op aarde.
Als een zuurstofmolecuul door dit soort licht getroffen wordt, splitst het zich in twee losse atomen, die op hun beurt met andere zuurstofmoleculen kunnen reageren tot ozon. De totale hoeveelheid ozon tussen ons en de ruimte komt overeen met een laag van maar ongeveer 3 mm dik die rond de aarde draait, al is deze ozon in werkelijkheid gelijkmatig verspreid in de atmosfeer.

Tijdens het erop volgende tijdperk, het Devoon, werden extreem droge periodes afgewisseld met periodes van zware regenval. De Aarde werd steeds warmer, waardoor het meeste landijs smolt en het zeeniveau steeg. Laurentia,  Baltica en Avalonia vormden op de evenaar Euramerica: het Old Red Sandstonecontinent. Dit continent dankt zijn naam aan de rode kleur van de bodem. Daar vormde zich het Caledonische gebergte: caledonische_orogenese door het naar elkaar toe bewegen van de platen (de gebergtevorming was al in het Siluur begonnen).

Het leven in het Devoon

Tijdens het Devoon kwamen voor het eerst op ruime schaal landplanten en landdieren voor, zoals amfibieën en oervarens. In zee bleven de algen van grote betekenis en er ontstond een grote verscheidenheid aan vissen, vooral kaakloze vissen. Daarna traden de vissen met kaken op de voorgrond, zoals kraakbeenvissen (haaien) en longvissen. Ook  ongewervelden, zoals bijvoorbeeld ammonieten en koralen, kwamen tot bloei.

De vorming van Pangea nam ruim 50 miljoen jaar in beslag. Het zeer trage proces van het aaneengroeien van continentale platen.

306.jpg (127699 bytes)
255.jpg (119462 bytes)

Er waren weelderige moerasbossen rond de evenaar, dus de grondstof voor steenkool was in grote hoeveelheden aanwezig. Ook de warmere omstandigheden voor de vorming van steenkool waren in deze periode het meest gunstig. Ongeveer de helft van alle bekende steenkoolvoorraden op aarde is afkomstig uit het Carboon.

Halverwege dit tijdperk begon er op Gondwana een ijstijd. Met het periodieke afsmelten en weer aangroeien van de zuidelijke landijskappen steeg en daalde de zeespiegel vele malen sterk, waarbij de Tethys Zee ontstond. De Middellandse Zee is hier een overblijfsel van.

De twee gebeurtenissen hielden verband met elkaar. Door de enorme hoeveelheid planten was er veel fotosynthese, waarbij CO2 aan de atmosfeer werd onttrokken en zuurstof aan de atmosfeer werd toegevoegd. Omdat kooldioxide een belangrijk broeikasgas is, moet de gemiddelde temperatuur zijn gedaald waardoor de ijskap op de Zuidpool kon groeien. Tegelijkertijd moet het klimaat rond de evenaar warm zijn gebleven. Het Carboon was dus een tijdperk waarin grote klimaatverschillen bestonden, vergelijkbaar met de huidige situatie.

Jura 210 tot 140 miljoen jaar geleden

195.jpg (117442 bytes)
Dinosauriërs vormden de overheersende groep reptielen. Ze vertoonden veel verschillende vormen en levenswijzen. Dinosaurussoorten- Lees er alles over op Dinosaurus.nl

Tijdens het late Jura begon het wereldwijde klimaat te veranderen door het uiteenvallen van Pangea. De binnenlanden werden minder droog terwijl seizoensgebonden sneeuw en ijs de poolgebieden berijpten. Het algemeen heersende klimaat was nog steeds warm, zelfs in de buurt van de beide polen. Ongeveer 10% van de atmosfeer bestond toen uit koolstofdioxide (tegenwoordig is dat 4% maar….dat is behoorlijk aan het stijgen!). Kooldioxide houdt zonnewarmte vast, waardoor er toen ook al sprake was van broeikaseffect.

H160_zonef.jpg (73384 bytes)

Krijt 140 tot 65 miljoen jaar geleden

Steile krijtrotsen met wit strand en blauwe zee.
De krijtrotsen van Etretat, aan Normandische kust.

De oorsprong van deze krijtrotsen gaat terug tot 100 miljoen jaar geleden. Ze werden gevormd door een opeenstapeling van schelpen uit het Krijt. Normandië was toen bedekt met een ondiepe zee en er heerste een tropisch klimaat. Door daling van de zeespiegel en een stijging van de zeebodem kwamen deze, door schelpen opgebouwde rotsen later boven water te liggen.

066.jpg (121854 bytes)
De gemarkeerde punt is de Chicxulub-impact-visualization.

“Wel, misschien toch niet. Want uit nieuw onderzoek blijkt dat de dinosauriërs aan de vooravond van de grote massa-extinctie aan het einde van het Krijt nog in volle bloei verkeerden. Met behulp van grootschalige simulaties die in de paleontologie nog niet eerder zijn gebruikt, wijzen de resultaten van het onderzoek erop, dat de asteroïde de belangrijkste oorzaak van het uitsterven van de dinosauriërs was. Maar de studie laat ook zien wat er had kunnen gebeuren als deze plotselinge ramp niet zou hebben plaatsgevonden.

“Het meest ontroerende aspect van dit artikel is dat er meer dan genoeg habitats voor de dinosauriërs beschikbaar bleven, maar dat de dinosauriërs er simpelweg niet meer waren omdat ze door de asteroïde waren weggevaagd,” zegt hij. “Je wordt overvallen door een triest gevoel over al die dinosauriërsoorten die zich nog hadden kunnen ontwikkelen.”

De Aarde tijdens het Paleoceen 66 – 56 miljoen jaar geleden.

Het Paleoceen is de periode waarin de Aarde zich hersteld van de grote inslag die in een klap een einde maakte aan de wereld van de dinosauriërs. Maar ook in zee verdwenen allerlei groepen, zoals de ammonieten en verschillende zeereptielen. Na een kortstondige afkoeling herstelde ook het klimaat zich verrassend snel. De eerste paar miljoen jaar na de aanslag was de Aarde nog steeds de broeikaswereld als die van het Krijt.

De continenten dreven langzaam verder uiteen, de Atlantische Oceaan opende zich nog meer. Afrika en India dreven noordwaarts. De nadering van Afrika vertaalde zich later in de eerste gebergtevorming van de Alpen. India koerste met een razende vaart op Azië af. Bij de botsing die er op volgde, is de Himalaya ontstaan.

Gedurende het Paleoceen herstelde ook het leven zich van de Krijt-Paleogeen-massa-extinctie. Op het land waren de overlevenden van de catastrofe kleinere dieren die zich in holen of in het water konden verschuilen, de zoogdieren, amfibieën, kleinere reptielen en vogels. Na het uitsterven van de dinosauriërs konden al deze groepen zich gaan verspreiden en verbreden, vooral de zoogdieren ontwikkelden zich snel tot de dominante groep. Omdat de continenten uit elkaar lagen, zou de evolutionaire verscheidenheid van zoogdieren op elk continent op verschillende wijze plaatsvinden.

Purgatorius was een prehistorisch zoogdier dat ongeveer 65 miljoen jaar geleden leefde tijdens de late Krijtperiode. Fossiele resten werden voor het eerst ontdekt in de jaren 1960 in Purgatory Hill, Tullock-formatie in Montana Noord-Amerika, .

Als je dit dier alleen zou beoordelen op de verschillende Purgatorius-foto’s die je kunt vinden, zou je er waarschijnlijk niet teveel over nadenken. Je zou denken dat het gewoon een soort knaagdier was dat heel lang geleden leefde. Als je dit dier echter op deze manier hebt afgewezen, mis je een van de belangrijkste feiten over Purgatorius. Het feit dat dier kleine diertje het verre familielid van primaten is – inclusief dus van ons.

Sommige paleontologen denken dat dit dier – dat ongeveer 6 centimeter lang was en slechts een paar gram woog – zou evolueren tot resusaap, chimpansees en mensachtigen. Ze nemen dit aan, omdat het de tanden van primaten had en leefde in de bomen van wat nu Noord-Amerika is om zichzelf te beschermen tegen enkele dinosaurussen die in staat waren om het te doden – namelijk T-Rex’s en roofvogels.

Purgatorius heeft door het uitsterven van de dinosauriërs kunnen overleven vanwege zijn unieke vermogen om in bomen te leven, door zaden en noten te eten. Vervolgens zou het de niche vullen die ooit door de grote dinosaurussen werd bezet.

Het klimaat in het Paleoceen

E060_zonef.jpg (79100 bytes)
Het klimaat tijdens het Paleoceen, 61 miljoen jaar geleden, was veel warmer dan vandaag. Palmbomen groeiden in Groenland en Patagonië (het uiterste zuiden van Zuid-Amerika). De mangrovemoerassen van Zuid-Australië bevonden zich op 65 graden zuiderbreedte, in het zuidpoolgebied.

Aan het einde van het Paleoceen/begin Eoceen vindt opnieuw een dramatische gebeurtenis plaats: in zeer korte tijd raken oceanen vergiftigd, sterft een belangrijk deel van het nieuwe zeeleven uit en maakt de temperatuur een flinke sprong omhoog. Twee wereldwijde crises in slechts negen miljoen jaar!

Het Paleocene-Eocene Thermal Maximum

Het Paleocene-Eocene Thermal Maximum (afgekort PETM) is een grote, snelle en kortstondige wereldwijde klimaatverandering die 55,8 miljoen jaar geleden plaatsvond. De gemiddelde temperatuur was tijdens de laatste miljoenen jaren van het Paleoceen gestegen en lag veel hoger dan nu het geval is. Nadat de temperatuur op Aarde over een bepaalde drempelwaarde heen kwam, kwamen bepaalde gasverbindingen op de oceaanbodem vrij, met name methaanverbindingen, zodat grote hoeveelheden van het broeikasgas methaan in de atmosfeer terechtkwamen. Methaanhydraten zijn verbindingen van water rond het vriespunt (ijs) en methaan, dat in de moleculaire holtes van het water zit opgesloten.

  • Grote hoeveelheden methaan zouden in korte tijd omgezet zijn naar CO2 door een reactie van methaan met UV straling van de Zon.
  • Dit staat in schril contrast met wat we tegenwoordig zien: Permafrost gebieden aan de Noord- en Zuidpool worden een bron van het broeikasgas methaan als de oppervlakte ontdooit door temperatuurstijging.

Door het PETM kwamen er veranderingen in de atmosferische circulatie. Deze circulatie zorgde samen met de oceanische circulatie ervoor, dat warmte door wisselwerking en convectie wordt verspreid over het hele aardoppervlak. Tijdens de PETM steeg daarom de gemiddelde temperatuur in 150.000 jaar nog eens met ongeveer 6 tot 10 graden. De Aarde was in het Paleoceen dus een ‘broeikaswereld’, waarin beide polen ijsvrij waren. De sterke temperatuurstijging van 10 °C , waarbij watertemperaturen aan de Noordpool werden bereikt van meer dan 23 °C, waren onmogelijk alleen door broeikasgassen veroorzaakt. Ook andere factoren zouden een cruciale rol hebben gespeeld in deze plotselinge opwarming. Hierbij wordt gedacht aan ‘feedback mechanismen’ zoals polaire stratosferische wolken, of orkaan-geïnduceerde mengingen van oceaanwater.

Aan het begin van het PETM vonden gedurende 5000 jaar overal ter wereld belangrijke veranderingen plaats in de ligging van de zeestromen. Het diepe water van de Atlantische Oceaan stroomde in die tijd van noord naar zuid in plaats van zuid naar noord, zoals gewoonlijk. Deze omkering van belangrijke zeestromen hield 40.000 jaar lang stand, om daarna weer naar de normale situatie terug te keren. Gevolg van de tijdelijke omkering was, dat warm water naar de diepere delen van de oceanen gebracht werd, wat voor meer opwarming van het klimaat zorgde. Overigens zette in deze zeer warme periode het zeewater uit, wat een hoger zeeniveau tot gevolg had.

Tijdens het PETM werd kwam in korte tijd (1000 jaar) tussen de 1500 en 2000 miljard ton koolstof in de oceanen en atmosfeer vrij. Dat is een snelheid die overeenkomt met de huidige snelheid waarmee de mens door verbranding van fossiele brandstoffen koolstofdioxide de atmosfeer in pompt. Het PETM duurde overigens zo’n 150.000 jaar, met een opwarming tussen 5 en 8°C, en viel tijdens een ongeveer 6 miljoen jaar lange periode van opwarming. Deze warme periode zou later in het Eoceen Optimum (ECO) haar hoogtepunt bereiken. Tegenwoordig denken wetenschappers dat de warme condities tijdens het Vroeg- Paleogeen vooral veroorzaakt zijn door de hoge concentraties broeikasgassen, en de daarmee geassocieerde terugkoppelingen. Tijdens het PETM is de toegenomen hoeveelheid CO2 in de atmosfeer vergelijkbaar met een toename indien álle fossiele brandstoffen opgebruikt zouden worden. Daarom wordt deze periode wel gezien als de beste analoog voor toekomstige klimaatverandering.

Herstel van de opwarming door een terugkoppeling: fotosynthese

Uit bepaalde waarden van boorkernen blijkt dat het klimaat een periode van 150.000 tot 30.000 jaar nodig had zich te herstellen. Dit is relatief snel ten opzichte van de (huidige) aanwezigheid van de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer dat gedurende een periode van 100.000 tot 200.000 jaar zou moeten verdwijnen. Er moet een mechanisme zijn waardoor de situatie zich zo snel kon herstellen.

De meest aannemelijke manier waarop de extra kooldioxide weer uit de atmosfeer verdween is een toename van de fotosynthese. In het warmere klimaat en door de hoge concentratie CO2 groeiden meer planten en algen die de koolstof in de vorm van organisch materiaal terug brachten naar de zeebodem. Het warme en natte klimaat zorgde ook voor een grotere erosiesnelheid waardoor meer voedingsstoffen de zee in spoelden.

Het Eoceen, 56 tot 33,9 miljoen jaar geleden, was een warme periode.

D050_zonef.jpg (80428 bytes)
Het Eoceen, 56 tot 33,9 miljoen jaar geleden, was een warme periode.

Zo’n 50 – 55 miljoen jaar geleden begon India in botsing te komen met Azië en vormde het Tibetaanse plateau en de Himalaya. Australië, dat aan Antarctica vast zat, begon zich snel noordwaarts te bewegen. Tijdens de warmste periode van het Eoceen, in het Eocene Climatic Optimum omstreeks 54 miljoen jaar geleden, groeiden er zelfs palmen rond de Noordelijke IJszee en 50 miljoen jaar geleden was deze zee bedekt onder een dikke laag van de drijvende zoetwatervaren. Dit alles wijst op een neerslagpatroon in de seizoenen op noordelijke hoge breedtegraden. Van de evenaar tot aan de poolcirkels was de Aarde bedekt met tropisch regenwoud. Er waren loofbossen op de Zuidpool, het was er nat en warm.

De ontdekking dat Antarctica nat en warm was is des te opvallender omdat polaire gebieden voor de helft van het jaar door de stand van de zon donker waren. Om de hoge temperaturen tijdens het Eoceen op polaire breedtegraden te verklaren, werd een verklaring gezocht in de ligging van de continenten op het zuidelijk halfrond. Australië zat tijdens het grootste deel van het Eoceen nog min of meer vast aan Antarctica en de doorgang tussen Antarctica en Zuid-Amerika was gesloten; hierdoor was er geen – huidig aanwezige – isolerende Antarctische circumpolaire. Warme stromingen afkomstig van lage breedtegraden konden daarom destijds de Antarctische kustlijn bereiken en opwarmen. Maar zelfs in afwezigheid van een isolerende circumpolaire stroming zouden de warme oceaanstromingen op lage breedtegraden de Antarctische kustlijn niet hebben kunnen bereiken. In plaats daarvan circuleerde het oppervlaktewater in de vorm van grote kloksgewijs circulerende stromingen.

Antarctische circumpolaire

De westenwinden worden veroorzaakt door lucht die stroomt van de subtropische hoge druk naar de lage drukcellen in de Polar Frontal Zone (blauwe band). De wind wordt westwaarts omgeleid door de Coriolis-kracht. Koude valwinden met hoge snelheden (katabatische winden) die naar het noorden afdalen vanuit de hogedrukcellen boven de Antarctische ijskap, worden naar het oosten geleid en drijven de polaire stroom nabij de kustlijn van Antarctica (grote blauwe pijlen afb. rechts). Hier in de ‘Antarctische pool frontale zone’ dalen de oppervlaktewatertemperaturen heel snel.

Na de koele slotfase van het late Paleoceen (het Oligoceen) stijgt de gemiddelde jaartemperatuur in het Vroeg-Mioceen. Het Midden-Mioceen kent weer subtropische waarden. Ook op wereldschaal is het Midden-Mioceen de warmste tijd van het Neogeen. Het Neogeen is een geologisch tijdperk wat duurde van 23 miljoen tot 2,6 miljoen jaar geleden. Primaten en mensachtigen kwamen in het late Neogeen tot ontwikkeling. Verder ontwikkelden zich de grassen en de kruiden. De Alpiene Orogenese, die begon in het Krijt, had een voortzetting tijdens het Mioceen.

Een ander tijdvak in het Neogeen is het Plioceen, van 5,3 miljoen – 2,5 miljoen jaar geleden.

Tijdens het Plioceen koelde het klimaat geleidelijk af tot de ijskappen op het noordelijk halfrond begonnen te groeien. Het gevolg hiervan was een zeespiegeldaling van wel 50 meter! Op verschillende continenten bestonden al grote groepen zoogdieren. De eerste mensachtigen verschenen tijdens dit tijdvak.

Een belangrijke ontwikkeling tijdens het Plioceen was het ontstaan van de Landengte van Panama als gevolg van de convergente beweging van 2 platen. Hierdoor raakten Noord- en Zuid-Amerika met elkaar verbonden en sloot de verbinding tussen de 2 oceanen zich. Dit had een aantal grote gevolgen.

  • Ten eerste veranderde de zeestroming in de Atlantische Oceaan. In plaats van met het koude water van de Grote Oceaan te mengen zou het warmere water van de Atlantische Oceaan naar het noorden gaan stromen, waardoor de Warme-Golfstroom ontstond. Vooral West- en Noord-Europa kregen daardoor een warmer en natter klimaat. Aan de andere kant kwam de stroom van koud water uit de poolstreken naar het zuiden op gang, zodat het klimaat in de tropische gebieden rond de Atlantische Oceaan juist afkoelde.
  • Een ander gevolg was een grootschalige uitwisseling van diersoorten tussen Noord- en Zuid-Amerika, die de Great-American-Interchange genoemd wordt.

Het Pleistoceen is het tijdvak van 2,5 miljoen tot 11,7 duizend jaar geleden. Het is een onderverdeling van het Kwartair.

Het Pleistoceen was een periode waarin ijstijden (glacialen) optraden, afgewisseld met warmere perioden (interglacialen). Dit tijdvak valt uiteen in drie delen, of series. Elke serie kent meerdere kortere tijdseenheden ofwel etages. Ik verwijs liever voor ’n volledige indeling om het volgende te lezen: Het Pleistoceen – Natuurinformatie

Ik wil me beperken tot het Laat-Pleistoceen.

Het Laat-Pleistoceen omvat 2 tijdseenheden en vormt daarmee de laatste interglaciaal/glaciaal-cyclus van de recente geschiedenis.

  • Het Eemien – 130.000 tot 115.000 jaar geleden en
  • Het Weichselien – 115.000 jaar geleden tot 10.000 jaar voor heden

Het Eemien is het voorlaatste Kwartaire interglaciaal. Op dit moment zitten we in een interglaciaal ná de laatste ijstijd van het Weichselien. De naam Eemien is afkomstig van het riviertje de Eem dat stroomt bij Amersfoort door de Eemvallei naar het IJsselmeer. Door het afsmelten van de grote landijskappen in Noord-Europa en Noord-Amerika stijgt de zeespiegelweer aanzienlijk: 1 tot 2 meter hoger lag dan tegenwoordig. Grote delen van het Nederlandse vasteland worden daarbij, voor het eerst na bijna 1,8 miljoen jaar, weer door de zee overspoeld.

Het Weichselien is de laatste ijstijd en dankt zijn naam aan de rivier de Weichsel in Polen. Glacialen kunnen in stadialen, korte nóg koudere periodes, en interstadialen, korte iets warmere periodes ingedeeld worden. Stadialen zijn perioden waarin het landijs zich uitbreidt. Tijdens het koudste deel van het Weichselien kwam het Scandinavisch landijs tot aan Hamburg, maar bereikte ons land niet. Wel bedekte het Engelse landijs het noordelijk deel van de Nederlandse Noordzee. De ontwikkeling van het klimaat tijdens het Weichselien heeft een fluctuerend verloop. De fase met maximale koude wordt pas tegen het einde van het Weichselien, rond 18.000 jaar geleden, bereikt.

Gedurende het Kwartair is er sprake van een groot aantal ijstijden of glacialen, koude periodes waarin met name op het noordelijk halfrond vaak grote landijskappen ontstonden. Deze cyclische klimaatveranderingen werden allen veroorzaakt door de Milanković-cycli. Met name de Excentriciteit en de Obliquiteit (zie eerder in deze blog).

De glacialen werden afgewisseld met vele relatief warme interglacialen waarin het landijs zich weer terugtrok. In totaal zijn er zo’n 4 grote ijstijden geweest gedurende het Kwartair, maar waarschijnlijk hebben er in totaal ongeveer 20 (kleine en grote) ijstijden plaatsgevonden in deze periode. Op dit moment zitten we in een interglaciaal en komt er over zo’n 100.000 jaar weer een ijstijd. Het is echter ook mogelijk dat we in een interstadiaal zitten, ’n korte iets warmere periode en dat het al veel eerder weer koud wordt. Het Holoceen, dat alleen de laatste 11.700 jaar beslaat, vormt in feite het laatste en nog niet beëindigde interglaciaal waarin we ons nu bevinden.

Geologievannederland.reconstructies-Holoceen

De wereld van het Holoceen

Het Holoceen omvat de afgelopen ruim elfduizend jaar en is een interglaciaal tijdvak waarin de mens de aarde overneemt. Bijna alle uithoeken van de wereld raken bewoond en de natuurlijke ecosystemen worden steeds verder teruggedrongen. Een ecosysteem is het geheel van al het levende en niet-levende in een bepaald gebied: planten, dieren, bodem en klimaat. Al deze onderdelen hebben invloed op elkaar m.b.t. uitwisseling van voedingsstoffen en energie. Met de opkomst van de mens is overal ter wereld de biodiversiteit van dier- en plantensoorten aan het verdwijnen. Nergens in West-Europa kom je nog echt oerbos of roedels wolven tegenkomen, terwijl ze hier van nature wel thuishoren.

Zo’n zesduizend jaar geleden waren beer, eland, oeros en wolf nog onderdeel van de inheemse fauna. In de elfde eeuw werd de bruine beer in ons land uitgeroeid. De laatste wilde wolf werd in 1897 waargenomen in de buurt van Heeze, Noord-Brabant. Maar in juni 2019 was er een verheugende ecologische comeback op de Veluwe waarneembaar: Wolvenpaar-op-de-veluwe-heeft-drie-welpen. Het heeft natuurlijk wél een keerzijde voor de menselijk opgebouwde ecosystemen van toerisme en veehouderijen.

Wereldwijd is het Holoceen de tijd waarin de zeespiegel vrij snel steeg door het smelten van de poolkappen, om vervolgens te stabiliseren tot het huidige niveau. Tegen die tijd kwamen ook de grenzen van woestijnen en gematigde bossen, op hun huidige plaats te liggen. Wat het Holoceen als periode tussen 2 ijstijden in zo bijzonder maakt is dat het al vele duizenden jaren een redelijk stabiel klimaat kent. Eerdere interglacialen kenden forse, maar ook minder heftige klimaatschommelingen.

Binnen het Holoceen zijn er ook in Nederland, nog wel merkbare kleinere variaties geweest. Zo is er vroeg in het Midden-Holoceen (ca. 9200-5700 jaar geleden) een natte periode geweest die vrijwel zeker heeft bijgedragen aan een grote uitbreiding van het hoogveenareaal. Ook zijn er relatief kleine verschillen geweest in jaartemperaturen. Een bekend voorbeeld is de ‘kleine ijstijd’, tussen de vijftiende en negentiende eeuw. De gemiddelde jaartemperatuur lag toen ongeveer een halve graad onder het gemiddelde in het Holoceen. De beduidend strengere winters in die periode vinden we nog terug op schilderijen waarin heel Nederland op het ijs schijnt te leven.

In het Vroeg-Holoceen, zo’n 10.000 jaar eerder, was Engeland verbonden met Nederland via een brede landbrug. Dit was Doggersland, een uitgestrekt gebied op de bodem van de droogliggende zuidelijke Noordzee. Het bestond uit heuvelachtig laagland met hier en daar een rivier door een glooiend parklandschap. De zeer lage zeespiegel werd veroorzaakt door smeltende ijskappen in het Noordpoolgebied na de laatste ijstijd, het Weichselien. In het vroeg Holoceen was er nog een laatste staartje merkbaar van een mondiale opwarming!

Afbeeldingsresultaat voor doggerland
Doggerland of Doggersland was een uitgestrekt gebied tussen Engeland en continentaal Europa. In periodes met een lage zeespiegelstand was dit gebied onderdeel van de droogliggende bodem van de zuidelijke Noordzee. Dit was het geval tijdens elke ijstijd. De laatste keer vond dat plaats tijdens het Weichselien, de koude periode die zo’n 11.000 jaar geleden eindigde.

Doggerland had een rijk landschap van heuvels, rivieren en meren en een kustlijn met lagunes, moerassen en stranden. Het had bossen van eiken, iepen, berken, wilgen, els, hazelaar en dennen. Het was de thuisbasis van paarden, oerossen, herten, elanden en wilde varkens. Watervogels, otters en bevers wemelden in moerasgebieden en in ondiepe wateren, meren en rivieren wemelden ’t van vissen. Het was waarschijnlijk het rijkste jacht- en visgebied van Europa in die tijd en had een belangrijke invloed op het verloop van de prehistorie in Noordwest-Europa omdat maritieme en rivier-gebaseerde samenlevingen zich aan deze omgeving aanpasten.

Oceanische stromingen en de aanzet tot het huidige klimaat.

Zo’n 15.000 jaar geleden begon het klimaat op te warmen en de ijskappen begonnen te smelten. Twee duizend jaar later werd de opwarming plotseling onderbroken. Het vrijkomen van enorme hoeveelheden aan ijs gebonden zoet water, had invloed op de oceaanstromingen dus ook op de Golfstroom. Dit had weer gevolgen voor de grootschalige luchtcirculatie wat leidde tot een plotselinge afkoelperiode. Staat ons dit opnieuw te wachten?

Oceanische circulatie is samen met de Atmosferische circulatie de manier waarop warmte en afkoeling worden verspreid over het aardoppervlak.

Gerelateerde afbeelding

“Het belangrijkste klimaateffect waar Nederland mee te maken krijgt, is niet de temperatuurverandering maar de zeespiegelstijging. Daar maak ik me nog veel meer zorgen over. Er zijn hoe langer hoe meer indicaties dat het met Antarctica behoorlijk mis gaat. Met een blijvende instabiliteit van Antarctica, zal de snelheid van de zeespiegelstijging enorm toenemen. In het ongunstigste scenario hebben we zes meter stijging in 2200. Daar moet Nederland zich op voorbereiden.” aldus journalist en redacteur Han van de Wiel, auteur van een verslag in Down to Earth

Windgedreven oceaancirculatie

Figuur 1: Schematische weergave van de windgedreven oceaanstromingen aan het oppervlak [bron: NOC]
Bron KNMI

De oceaancirculatie vertoont grote variaties op diverse tijdschalen, en de afbeelding schetst dus een te eenvoudig beeld van de stromingen aan het zeeoppervlak. De aanwezigheid van deze variaties, in termen van wervels, heeft een beduidend effect op de gemiddelde circulatie. Wervels zijn bovendien van groot belang voor het warmtetransport in de oceaan, voor menging en voor het energieverlies door wrijving. Variaties in de oppervlaktecirculatie kunnen verschillende oorzaken hebben:

  • De oceaan kan passief reageren op veranderingen in de atmosferische windsterkte.
  • De variaties kunnen ontstaan door terugkoppelingen tussen veranderingen in de circulatie in de atmosfeer en in de oceaan, zoals bij El Niño en Moessons.
  • Interne processen in de oceaan zelf kunnen aanleiding geven tot variabiliteit.

Op de volgende koppeling zijn de zeestromingen en wervels in detail te volgen earth.nullschool.net. Klik op Earth en in het menu zie je Mode / Air –Ocean…..Animate Currents. Door met de cursor ingedrukt op de kaart te schuiven zie je de North Equatorial Current en Countercurrent en zelfs de Antarctic Circumpolar Current. Ook is de Agulhas Current te volgen, links van de Indian Ocean en zelfs dat deze stroming warm water lekt. In het volgende opmerkelijke artikel lees je hoe de-stromen-van-het-weer een cruciale rol spelen in de afkoeling en de opwarming van de Aarde.

Oceanen zijn de levensader van de Aarde, de natuur en al haar bewoners, omdat de wisselwerking van alle oceanen met de atmosferische circulatie een cruciale rol speelt in het klimaat van onze planeet. Zeestromingen bestaan uit horizontale en verticale componenten van het circulatiesysteem van oceaanwater dat wordt geproduceerd door zwaartekracht, windwrijving en variatie in waterdichtheid in verschillende delen van de oceaan.

De zeestromingen links van de kaart vervolgen in stromingen rechts van de kaart: 2 warm=19 warm // 3 warm =20 warm
major-global-ocean-currents

1. Pacifische Noordequatoriale stroom aangeduid als North Equatorial Current.

Deze zeestroming voert vanaf de westkust van Mexico (rechts) de oceaan over richting de Filippijnen (links). Het is voor een groot deel een voortzetting van de zuidwaarts gaande Californische stroom (rechts) en sluit uiteindelijk met de Noordequatoriale stroom weer aan bij de zeestroom Kuroshio (links). Ten zuiden van de Pacifische Noordequatoriale stroom ligt de Pacifische Equatoriale tegenstroom die in oostelijke richting stroomt. Ten noorden van de North Equatorial Current ligt de warme North Pacific Drift, die voornamelijk door de wind wordt gedreven.   

Gyre = ringvormige zeestroming. Noord-Pacific drift/gyre midden bovenste

De Equatoriale tegenstroom (counter current)

Pacific Noordequatoriale Tegenstroom: Pacific NECC is de belangrijkste oostwaartse>> oppervlaktestroming vanuit de warme <West Pacific (Azië) naar de koelere Oost-Pacific (Z-Amerika)>>. De NECC heeft een uitgesproken seizoensgebonden cyclus in de Pacifische Oceaan (alsook in de Atlantische Oceaan). De stroming heeft een maximale sterkte in de late noordelijke zomer en begin noordelijke herfst en een minimale sterkte in de late noordelijke winter en het noordelijke voorjaar.

De NECC is een bijzondere stroming omdat die, hoewel ‘t ‘n door de wind aangedreven circulatie betreft, water transporteert tegen de gemiddelde westwaartse windrichting in de tropen (de passaten). Bovendien verdwijnt deze tegenstroming in de Atlantische Oceaan in de late winter en het vroege voorjaar.

Theoretische achtergrond van deze tegenstroming

Het NECC is een directe reactie op de meridionale verandering van door de wind aangedreven wervelingen in de buurt van de Intertropical Convergentie Zone. Voor ’n deel dankt de tegenstroming zijn bestaan ​​aan het feit dat de ITCZ ​​niet op de evenaar ligt, maar enkele graden noordelijker. De verandering in de Coriolis beweging over de evenaar in combinatie met de ITCZ ​​is gelegen ten noorden van de evenaar en leidt tot een gebied van convergentie en divergentie in de verschillende oceanische lagen. Dit resultaat wordt verkregen door de Ekman spiraal.

Afbeeldingsresultaat voor ekman theorie oceaanstroming
De Ekman-spiraal beschrijft hoe de horizontale wind de oppervlaktewateren in beweging zet. Zoals weergegeven door horizontale lijnen, veranderen de richting en ook de snelheid van waterbeweging met toenemende diepte. Bron: Planeet Zee

Nog een opmerkelijk gegeven: De Pacific NECC is sterker tijdens warme oplevingen van de El Niño-Southern Oscillation (ENSO). Een sterker dan normaal NECC zou volgens de Amerikaanse oceanograaf Klaus Wyrtki wel ‘ns de oorzaak van een El Niño kunnen zijn vanwege het extra volume warm water dat het naar het oosten voert.

De aansluitende zeestromingen in de Pacifische Oceaan
  • Kuroshio (Japan Current 18 op kaart) is een warme golfstroom in het noordelijke deel van de Pacifische Oceaan en is een voortzetting van de Noord Equatoriale Stroom. De aanwezigheid van de warme Kuroshio heeft belangrijke klimaatbepalende gevolgen voor Japan, vergelijkbaar met het klimaateffect van de Warme Golfstroom in de Atlantische Oceaan voor Europa.

Het gebied ten zuiden van deze stroom tot aan de Noordequatoriale stroom staat ook wel bekend als een ‘zeewoestijn’ omdat er maar weinig grote vis in dit gebied zwemt. Er is daar wel een grote hoeveelheid plankton. Het gebied in het noorden van de Pacific is nu bekend door de enorme hoeveelheden plastic en ander afval dat daar bijeengedreven wordt. Het afval verzamelt zich juist op deze plek, doordat de grote ringvormige zeestroom in deze oceaan, het afval spiraliserend bij elkaar drijft.

  • De Oyashio (Okhotsk, 8 op kaart) is een koude subarctische oceaanstroom die zuidwaarts en linksom stroomt in de noordwestelijke Pacifische Oceaan. Ze botst met de Kuroshio om op deze manier de North Pacific Current te vormen. De koude stroom loopt via de Beringstraat in zuidelijke richting en brengt zo koud water uit de Noordelijke IJszee naar de Pacifische Oceaan. Het water van de Oyashio is rijk aan nutriënten (voedingsstoffen) en is bijgevolg rijk aan vissen. Uiteraard heeft ook deze stroming een belangrijke invloed op het klimaat in de regio.
  • De Kamchatka is een koude zeestroom die ten zuidwesten van de Beringstraat stroomt, langs de kust van de Siberische Stille Oceaan en het schiereiland Kamchatka. Een deel van deze stroom wordt dan de Oyashio-stroom, terwijl de rest zich aansluit bij de warmere Noord-Pacifische stroom.
  • De Alaska current is een warme zeestroming. De stroom vloeit voort uit de noordwaartse omleiding van de Noord Pacific Drift. De Alaska Current produceert 2 grote wervelingen met de klok mee: The Alaska Current en de Alaska Coastal Current
Afbeeldingsresultaat voor The Alaska Current en de Alaska Coastal Current
  • De Californische stroom is een zeestroom in de Pacifische Oceaan, die zuidwaarts beweegt langs de kust van Noord-Amerika tot het zuiden van Californië. Het is een van de grote opwellingsgebieden en vormt het oostelijke deel van de Noord-Pacifische gyre. Door de verplaatsing van relatief koud noordelijk water naar het zuiden is het kustwater aan de westkust van de Verenigde Staten kouder dan het water op dezelfde breedtegraad aan de oostkust. Opwelling van koud water uit de diepte zorgt voor een verdere afkoeling.

2. Pacifische Zuidequatoriale stroom aangeduid als South Equatorial Current. Onder deze zeestroom cirkelt de Zuid-Pacifische gyre.

De Humboldt- of Perustroom

Voor de westkust van Zuid-Amerika ligt een diepe kloof in de oceaanbodem die is ontstaan doordat twee tektonische platen tegen elkaar aanbotsen en (nog steeds) onder elkaar door schuiven. Dat zorgt aan de ene kant voor een enorm diepe kloof, aan de andere kant voor het ontstaan en het nog steeds verder aangroeien van het Andesgebergte. Zie ontstaan-van-het-Andesgebergte. Hier vinden we één van de grootste niveauverschillen ter wereld terug. Van het diepste punt van de kloof tot het hoogste punt van de Andes is ongeveer 15 km.

De Humboldtstroom is een koude golfstroom en heeft een laag zoutgehalte. Het koude water stijgt op en het opwellende water brengt mineraalrijk water van de zeebodem naar boven, wat aan fytoplankton voedingsstoffen biedt, zodat gebieden van opwelling rijk aan zeeleven zijn.

Omdat het een koude golfstroom is, levert deze stroming mist aan de nabijgelegen kust, maar helpt het tevens om de kust één van de meest intens droge gebieden ter wereld te maken. Want zowel Chili als Peru hebben te maken met een heel droog woestijnklimaat aan de kust. Ten westen van de smalle kuststrook van beide landen is er de koude golfstroom waardoor niet voldoende water verdampt om neerslag te vormen. Wat wel het geval is in Ecuador en Colombia waar de kustwateren warm zijn, wat meer verdamping dus neerslag geeft. Aan de andere kant van die smalle kuststrook ligt het hoog oprijzende Andesgebergte. Alle neerslag die van uit het oosten komt, bijvoorbeeld van over het Amazonegebied, botst letterlijk frontaal tegen de oostflanken van de Andes en valt aan die zijde uit als overvloedige neerslag. De oostzijde van de Andes is dan ook op veel plaatsen subtropisch.

De westkant daarentegen blijft dor. Beide fenomenen zorgen er samen voor dat weinig of geen neerslag de kusten van Chili en Peru bereikt en zorgen hier voor het ontstaan van twee van de meest droge gebieden ter wereld, de Sechura-woestijn in Peru en de Atacama-woestijn in noordelijk Chili. Sommige gebieden krijgen een half uur neerslag gespreid over twee jaar tijd!

Atacama-woestijn in Chili
Sechura-woestijn in Peru

De Sechura-woestijn beslaat een oppervlakte van 188 vierkante km. Hoewel geclassificeerd als woestijn vanwege de geringe hoeveelheid neerslag die jaarlijks wordt ontvangen, is deze woestijn blootgesteld aan stormen die voortvloeien uit de Stille Oceaan en overstromingen door rivieren. De woestijn wordt regelmatig overstroomd tijdens de El Niño-jaren. (later meer over El Niño)

Nabij Ecuador, het noordwesten van Zuid-Amerika, wordt de Pacifische Zuidequatoriale stroom direct aangedreven door passaatwinden die van oost naar west waaien. De Oost-Australische stroom, (East Australian Current), is een warme oceaanstroom die water ‘tegen de klok in’ naar de oostkust van Australië verplaatst. Het is de grootste oceaanstroom nabij Australië. Dit proces veroorzaakt draaikolken.

De Oost-Australische stroom vindt haar oorsprong in de tropische Koraalzee van waar ze water brengt dat arm is aan voedingsstoffen naar de koudere Tasmanzee. Dit proces veroorzaakt draaikolken.
Overigens aan de kust van Oost-Australië bevindt zich de Greatbarrierreef dat nu aan het verbleken is……

Video coral-reefs-climate-change

Video David-Attenborough-save-the-great-barrier-reef

Video The-perfect-coral-reef-David-Attenboroughs-great-barrier-reef-an-interactive-journey. David Attenborough over het kunnen overleven van het koraalrif:

“Is er nog een toekomst voor de koraalriffen, deze kostbare oceaanschatten? Dat hangt helemaal af van hoe snel de oceanen opwarmen en hoe warm de zeeën worden. Maar er is nog hoop, dankzij de manier waarop koralen zich voortplanten. Ieder jaar is er slechts één nacht waarin de volle maan ’n bijzondere gebeurtenis opwekt. Dan gaan de koralen paaien d.w.z. kuitschieten. Hele riffen planten zich op exact ’t zelfde moment voort. Miljarden en nog eens miljarden bevruchte eitjes drijven weg. Ze worden meegevoerd door oceaanstromingen. Dit gebeurt niet alleen bij koralen, maar ook bij veel andere bewoners van het rif. Jonge bevruchte eitjes worden door de oceanen meegevoerd, om veilige plekjes op te zoeken waar ze hun leven kunnen beginnen en riffen te vormen. We weten misschien niet hoe de toekomst van onze oceanen er uitziet, maar koralen kunnen opnieuw aangroeien. Zolang ’n paar riffen ’t overleven, is er nog een sprankje hoop

Maar er is gelukkig nog meer hoop! Sommige oorzaken dat koraalriffen achteruit gaan, kunnen door de mens worden weggenomen: https://www.coralgardening.org/nl/oorzaken/

Afbeeldingsresultaat voor tonga kaart
Locatie Tonga-Islands

Het nu volgende is ook een natuurlijk fenomeen, een cyclische ingreep op de passaatwinden, die gemiddeld elke 3 à 7 jaar plaatsvindt op de Pacifische Oceaan tussen de Zuid-Amerikaanse kust bij Peru en Australië/Indonesië aan de andere kant van de oceaan.

El Niño van 350.000 jaar geleden terug te vinden in koralen

De ‘jaarringen’ in fossiele koralen uit het tropische deel van de Stille Oceaan blijken karakteristieken te vertonen op basis waarvan het mogelijk is om de veranderingen in de temperatuur van het zeewater te reconstrueren. Daaruit komt naar voren dat El Niño ook al zo’n 350.000 jaar geleden terug te vinden is… Tom van Loon 06 mei 2004 Kennislink

El Niño

De El Niño van 1997-’98 wordt beschouwd als één van de krachtigste ENSO-gebeurtenissen uit de geschiedenis, wat resulteerde in wijdverspreide droogtes, overstromingen en andere natuurrampen over de hele wereld.
ENSO staat voor El Niño – Southern Oscillation.

El Niño betreft een klimaatcyclus in de Pacifische Oceaan dat zich eens in de 3 tot 7 jaar herhaalt. Deze cyclus wordt bepaald door de oostelijke passaatwinden, die van de Zuid-Amerikaanse westkust langs de evenaar in de richting van Indonesië waaien. De passaatwinden stuwen in cycli opgewarmd water op, waardoor de zeespiegel aan de westkant van de oceaan enkele decimeters hoger is dan in het oosten.

Passaatwinden aan de evenaar

Normaal gesproken wordt het water voor de westkust van Zuid-Amerika aangevoerd door de zuidelijke stroming van de Humboldtstroom die koud water uit het Antarctisch gebied brengt. Een El Niño begint met het opstuwen van warm oceaanwater door passaatwinden in de richting van Indonesië. Langs de westkust van Zuid-Amerika verschijnt koeler water aan de oppervlakte ter vervanging van het weggewaaide water.

Wanneer door natuurlijke factoren op gezette tijden, in de westelijke Pacifische Oceaan westerstormen zich gaan ontwikkelen die het warme water terugduwen naar Zuid-Amerika, en op deze manier de oostelijke passaatwinden verstoren, is El Niño begonnen. In een El Niño-jaar wordt er dus een stroming in gang gezet, die tropisch oceaanwater uit de omgeving van Indonesië en de Filipijnen westwaarts voert richting West-Amerikaanse kust. Dat warme water bevat veel minder voedingsstoffen en dus ook veel minder vis. Voor de Zuid-Amerikaanse vissers betekent dat een economische ramp.

Bovendien verdampt het opgewarmde oceaanwater sneller dan normaal, waardoor het normaal gesproken uitzonderlijk droge gebied in een jaar van El Niño wordt geteisterd door zware regenval. Aanvankelijk komt de regen goed van pas voor de landbouw, maar overvloedige regen leidt in de Andes vaak tot aardverschuivingen en modderlawines die in bewoonde gebieden rampzalige gevolgen kunnen hebben. Aan de andere kant van de Pacifische Oceaan, van Australië tot Indonesië, leidt El Niño juist tot een periode van uitzonderlijke droogte, met aldaar grote gevolgen voor de landbouw.

Maar in wezen is het een atmosferisch en oceanisch fenomeen, dat voor een natuurlijk evenwicht zorgt, links en rechts van de oceaan. El Niño’s zijn er niet op uit om mensen te treiteren en te ruïneren, zoals veel mensen dat wél doen….

El Niño behoort tot de grootste natuurlijke klimaatschommelingen op de aarde. Het is de benaming voor een buitengewone opwarming van het zeewater in de Pacifische Oceaan en de gevolgen daarvan. Normaal koelt warm zeewater relatief snel af. Bij ’n El Niño echter kan een afwijking van een paar graden, enkele maanden achtereen blijven bestaan omdat de opwarming ook de wind beïnvloedt. Tijdens El Niño wordt daardoor warm water aangevoerd naar de westkust van Zuid-Amerika en wordt verhinderd dat koud water uit de diepe oceaan omhoog komt. Ook het feit dat boven het warme water van een El Niño meer stormen voorkomen bleek een grote rol te spelen. Het is de sleutel voor maand- en seizoensverwachtingen en biedt mogelijkheden om ook de gevolgen van  weersomstandigheden, zoals aanhoudende droogte of overvloedige regen te voorspellen. Overigens met de opwarming van de Aarde is het maar de vraag, of er een verandering optreedt in de frequentie van ’n El Niño. El Nino in een veranderend klimaat (Kennislinkartikel van KNMI)

Het ontstaan van een El Niño is gekoppeld aan twee voorwaarden:

  • In de eerste plaats moet er in het westen van de Pacifische Oceaan meer warm water zijn dan normaal. De passaatwinden stuwen continu het door de zon opgewarmde oppervlaktewater richting Indonesië. Daar ontstaat een dikke laag warm water, terwijl langs de kust van Peru juist koel water bovenkomt.
  • Ten tweede moet het warmere water naar Zuid-Amerika teruggeduwd worden. In sommige jaren woeden in dit gebied gedurende de regentijd (oktober tot en met april), westerstormen die tegen de richting van de passaat in het water terugduwen naar Zuid-Amerika.

La Niña

Bij La Niña, de tegenhanger van El Niño, zijn de zeewatertemperaturen in een deel van de Stille Oceaan nabij de evenaar uitzonderlijk lager dan normaal. De oostelijke passaatwind is dan juist sterker. Door deze sterkere passaatwind komt meer koud water uit de diepe oceaan aan de oppervlakte. La Niña leidt in het voorjaar vaak tot kouder weer in het noorden van Zuid-Amerika terwijl Mexico een warmere lente mag verwachten. In de tropische en noordelijke Atlantische Oceaan, met uitzondering van de grote Antillen, wordt het voorjaar warmer dan normaal. Op de Filippijnen veroorzaakt La Niña vrijwel altijd meer regen dan normaal in de droge tijd die daar inmiddels is begonnen. Het noordoosten van Brazilië heeft meer kans op natter weer dan normaal.

ENSO

In plaats van El Niño is het beter te spreken over ENSO. (El Niño Southern Oscillation). Dit is een samenvoeging van El Niño, La Niña en de Zuidelijke Oscillatie in de atmosfeer. Drie verschijnselen die samen een onderling verband hebben. In de Stille Oceaan is altijd een van de drie situaties aanwezig. Om te weten in welke situatie we nu zitten, kijken we naar de NINO3-index. ENSO (El Niño / La Niña) – Vereniging voor Weerkunde en Klimatologie

Zuidelijke Oscillatie (NINO3=0)
Thermocline is de overgang tussen twee lagen water (of lucht) met verschillende temperatuur en dichtheid.


Aan de westkust van Zuid-Amerika komt koud zeewater omhoog. Oostelijke winden brengen dit water naar het westen. Tegen de tijd dat Azië wordt bereikt, is het zeewater vijf graden warmer. Boven dit warme zeewater stijgt lucht op en regent het vaker, dan bij het koude zeewater van Amerika. Door de opstijgende lucht wordt de luchtdruk lager en wordt de oostelijke passaatwind versterkt. Het patroon houdt zichzelf in stand.

El Niño (NINO3=hoog)

Tijdens deze situatie is de westkust van Zuid-Amerika opgewarmd. Hierdoor verandert de druk en wordt de oostpassaat minder sterk. Het zeewater stroomt niet zo snel meer weg en het warme water wordt nog warmer. De passaatwind wordt hierdoor nóg zwakker. Het regengebied dat normaal boven Indonesië ligt, is nu naar het midden van de Pacifische Oceaan verschoven. Uitlopers van deze regengebieden bereiken in de eerste maanden van een El Niño-jaar de kust van Zuid Amerika en ook landinwaarts. Deze regen kan veel schade aanrichten in de bergen van de Andes.

La Niña (NINO3=laag)
Tijdens deze situatie is de westkust van Zuid-Amerika koeler dan normaal. Hierdoor versterkt de oostpassaat en valt veel regen in Azië en Australië. De sterke oostpassaat stuwt veel warm water weg van de kust van Zuid-Amerika.

Invloed El Niño en La Niña op het weer in de wereld
Omdat El Niño een sterker verschijnsel is dan La Niña, is het verband met het wereldweer bij El Niño altijd sterker gebleken. Tijdens een El Niño blijkt vooral rond de evenaar veel invloed te zijn. Droogte komt voor in Indonesië, Noord-Australië en de Filippijnen. Aan de kust van Zuid Amerika en midden op de Pacifische Oceaan regen. Droogte komt ook voor in de Amazone en in zuidelijk Afrika. Oost Afrika heeft weer hevige regenval. Ook Noord-Amerika ondervindt invloed tot in Alaska aan toe. Ook heeft El Niño invloed op de orkaanactiviteit in verschillende delen van de wereld. 

Europa ligt buiten de belangrijkste banen met invloeden van El Niño. De effecten zijn hier dan ook zeer klein. In Spanje en Portugal valt in de herfst bij El Niño iets meer regen. In het voorjaar na een sterke El Niño krijgen we in Nederland en verder naar het oosten vaak een nat voorjaar, terwijl Oost-Spanje dan iets droger en warmer is. In delen van Scandinavië is de winter bij El Niño gemiddeld wat strenger dan normaal, maar op het winterweer in Nederland heeft El Niño geen aantoonbare invloed.

3. Indische Zuidequatoriale stroom aangeduid met South Equatorial Current

De rol van oceaanstromen en de Indische Oceaan:

  • Het oceaanstromingssysteem van de Indische Oceaan wordt grotendeels gecontroleerd en aangepast door landmassa’s en moessonwinden. De stromingen in de noordelijke Indische Oceaan veranderen hun stroomrichting twee keer per jaar als gevolg van noordoostelijke en zuidwestelijke moessonwinden.
  • Een moesson is een wind die waait in de tropen. De wind waait de ene helft van jaar de ene kant op en de andere helft van het jaar de andere kant op. Doordat de wind draait verandert het weer. Je hebt droge moessons en natte moessons. De bekendste moesson waait in het noorden van India. Van januari t/m maart waait hier een droge moesson vanuit het noordoosten. Van juni t/m september waait er een natte zuidwestelijke moesson. Deze wind brengt vanuit het zuidwesten hevige regenval mee. De moessonregens kunnen voor overstromingen zorgen, maar als ze uitblijven ontstaat er juist droogte. In zo’n moesson kan er soms net zoveel regen vallen als in een heel jaar in West-Europese landen valt.
  • Video uitleg moessons.

North-East Monsoon Current (Warm):

  • Noordoostelijke moessonwinden waaien vanaf het land naar de oceaan tijdens het winterseizoen op het noordelijk halfrond. Aldus worden in het westen noordoostelijke moessonstromen geproduceerd in de Indische Oceaan.

South-West Monsoon Current (Warm):

  • Omkering van de richting van de moessonwinden keert ook de richting van de oceaanstromingen van de Indische Oceaan tijdens het zomerseizoen om. Noordoostelijke moesson oceaanstromen verdwijnen en zuidwest moesson oceaanstromen worden ontwikkeld.
  • De algemene richting van de moessonstromen is van zuidwest naar noordoost, maar verschillende kleine takken komen uit de hoofdtak en verplaatsen zich in de Golf van Bengalen (rechts van India) en de Arabische Zee (links van India).
Het Himalaya-gebergte speelt hier een cruciale rol

Rol van de koude Somalische stroom:

  • De Somalische stroming verandert om de zes maanden van stroomrichting. Tijdens de noordoostelijke moesson stroomt de Somalische stroom naar het zuidwesten, terwijl het tijdens de zuidwestelijke moesson een belangrijke westelijke grensstroom is. Er komt een lagedrukgebied langs de oostkust van Somalië.
  • Na elke zes of zeven jaar, wordt het lagedrukgebied in de westelijke Arabische Zee een hogedrukgebied. Zo’n omkering resulteert in een zwakkere moesson in India.

Regensystemen en regenval

  • Er zijn twee regensystemen in India. De eerste is afkomstig uit de Golf van Bengalen en veroorzaakt regenval over de vlakten van Noord-India. De tweede is de stroom van de Arabische Zee van de zuidwest moesson die regen brengt naar de westkust van India.
  • De frequentie van tropische depressies die uit de Golf van Bengalen komen, varieert van jaar tot jaar. Het pad van deze depressies blijkt ook te veranderen met de positie van de ITCZ (Intertropische convergentie zone, waarover later meer). De hoeveelheid neerslag in Noord-India varieert met de frequentie van de tropische depressies. Gemiddeld worden elke maand één tot drie depressies waargenomen en de levensduur van één depressie is ongeveer een week.
  • Er kan echter een vertraging optreden in het moessonsysteem boven India. De belangrijkste reden voor deze vertraging is gelegen in de circulatie van de bovenlucht. Het blijkt dat het thermisch effect van de Himalaya’s op een hoogte van 5 km. net zo belangrijk is voor de ontwikkeling van de zomermoesson als de temperatuurverschillen tussen het Aziatische continent en de Indische Oceaan. Door de ligging van het hoge Himalaya-gebergte wordt vanaf het voorjaar veel warmte getransporteerd naar de bovenste lagen van de troposfeer (de onderste laag van de atmosfeer tot 18 km hoogte). Door dit warmtetransport ontwikkelt er zich een hogedrukgebied in de bovenlucht: Het Tibetan High. Hierdoor verschuift de westelijke straalstroom in de bovenlucht vrij plotseling naar het gebied ten noorden van de Himalaya’s en maakt plaats voor de Tropical Easterly Jet.
Afbeeldingsresultaat voor tropical easterly jet

De vorming van Tropical Easterly Jets resulteert in de omkering van bovenste luchtcirculatiepatronen: Hoge druk schakelt naar lage druk, en leidt tot het snel begin van moessons.

Waarnemingen hebben aangetoond dat de intensiteit en duur van de verwarming van het Tibetaanse plateau: Plateau-of-Tibet, een directe invloed heeft op de hoeveelheid regenval in India door de moessons.
Wanneer de zomertemperatuur van de lucht boven Tibet voldoende lang hoog blijft, helpt dit bij het versterken van de oostelijke jet en resulteert in zware regenval in India.
De oostelijke straalstroom zal niet ontstaan als de sneeuw op het Tibet-plateau niet smelt, en zal de regenval in India belemmeren.
Daarom zal elk jaar wanneer er veel en wijdverspreide sneeuw ligt op het Tibet-plateau worden gevolgd door een jaar van ’n zwakke moesson en weinig regenval.

Door de verandering van windrichting wordt er ook een andere luchtsoort aangevoerd, waardoor het weerbeeld sterk verandert. Daarom wordt ook wel gesproken van de natte moesson en de droge moesson. Tot begin juni is het noorden van India droog, maar in juni, juli en augustus valt er net zoveel regen als tijdens een volledig jaar in West-Europese landen. Daarna blijft het weer droog tot in juni de volgende moesson aanbreekt. Het klimaat wordt, vooral benoorden de evenaar, beheerst door het Aziatische vasteland. Voor Zuid-Azië splitst het zeegebied benoorden de 8 graden noorderbreedte in twee delen: de Arabische Zee en de Golf van Bengalen.

Arabische Zee
Golf van Bengalen

Door de ligging van het vaste land is het permanente hogedrukgebied op 30° Noorderbreedte (=Paardenbreedte tussen 25° en 45°) dat we op oceanen aantreffen, niet aanwezig.

Afbeeldingsresultaat voor paardenbreedten

Gedurende de noordelijke zomer ontwikkelt zich boven het vasteland van Azië een lagedrukgebied, waardoor de Intertropische Convergentiezone (ITCZ) van lage druk zich tot 30° noorderbreedte kan verplaatsen.

Afbeeldingsresultaat voor tropical easterly jet
Afbeeldingsresultaat voor itcz
De Intertropische convergentiezone (ITCZ) is de zone met stijgende luchtbewegingen in de buurt van de evenaar. De wind kan er soms dagen of weken zeer zwakjes waaien, of zelfs helemaal gaan liggen.
Uitleg-van-de-intertropische-convergentiezone-itcz.

De Agulhasstroom

Dit is een Live-beeld van de Agulhasstroom 25-8-2019 onder de punt van Zuid-Afrika.
Deze warme stroming varieert in ’n oppervlaktetemperatuur van 14 ° tot 26 °C.
Sea-surface-temperature-and-the-Agulhas-current.

Bij de Kaap de Goede Hoop,vroeger de Stormkaap genoemd, ontmoet deze stroming uit de Indische Oceaan, een veel koudere en snellere oceaanstroming afkomstig van de koude streken van de zuidpool, de Westendrift. Op het punt waar de golfstromen elkaar ontmoeten ontstaan immense krachten op schepen door de hoge opzwiepende golven en draaikolken. Voortgang onder gunstige wind kunnen door een plotseling zeestroomwijziging, zomaar weer ongedaan gemaakt worden. De Agulhas-stroom is met een breedte van 100 kilometer een smalle zeestroming, maar wel één van de krachtigste ter wereld met een geschatte stroomsnelheid van 9,3 km per uur.

Afbeeldingsresultaat voor meteo maarssen de vliegende hollander
De Vliegende Hollander, sage Bron: Meteo Maarssen

De Agulhasstroom lekt regelmatig om de paar maanden warm water, al héél lang……al tijdens de IJstijden! Mogelijk zetten deze lekkages aan tot het einde van ijstijden. En deze kunnen, zeker nu met de wereldwijde opwarming, ook direct de moessons in Azië gaan beïnvloeden en de koude Westenwinddrift rond Antarctica……

Westenwinddrift of Circumpolaire stroming

De Antarctische oostelijke kuststroming (3 dikke blauwe pijlen) is een tegenstroming van de westenwindstroom en wordt voornamelijk aangedreven door oostenwinden ten zuiden van 66 ° ZB: Polar Easterly’s.

Afbeeldingsresultaat voor polar easterlies

De stroming is Barotroop (dit is een aanduiding voor een gelaagdheid van de atmosfeer of hydrosfeer, waarbij de vlakken van gelijke druk, in dit geval hogedruk Polar High, samenvallen met de vlakken van gelijke dichtheid). Thermohaline-effecten (door dichtheid van het koude en zoute water) kunnen hierbij dus ook belangrijk zijn.

094.jpg (122794 bytes)

Zo’n 90 miljoen jaar geleden lag Australië en Zuid-Amerika nog tegen Antarctica aan wat er voor zorgde dat de oceaanstromingen heel anders waren.
Tegenwoordig stroomt de sterkste oceaanstroming van de aarde in de zuidelijke oceaan om Antarctica heen. Dit is de Antarctische Circumpolaire Stroming. Hier wordt het zeewater met de klok mee rond het continent gepompt. Deze stroming verplaatst wel 52 duizend zwembaden met water en dat iedere seconde!

De Antarctische circumpolaire stroming stroomt vrij snel rond Antarctica en daarmee wordt voorkomen dat warme stromingen vanuit tropische gebieden Antarctica kunnen bereiken en daardoor blijft Antarctica ijskoud, voorlopig althans!
Zo zie je dat de oceaanstroming in de zuidelijke oceaan bepaalt hoe Antarctica er nu uit ziet. Een wit en ijzig continent, maar dat is niet altijd zo geweest.
Zo’n 50 miljoen jaar geleden, toen Australië en Zuid-Amerika heel dicht tegen Antarctica aan lagen bestond de Antarctische Circumpolaire Stroming nog niet.
Het zeewater moet dus heel anders hebben gestroomd in die tijd. En als de snelle Antarctische Circumpolaire Stroming er toen niet was, was er dan ook geen sprake van een ijskoud Antarctisch continent?

Om al die vragen te beantwoorden wordt er onderzoek gedaan aan oceaanbodem-sedimenten uit de zuidelijke Oceaan. Die opgeboorde sedimenten bestaan uit zand, klei, maar ook kleine fossielen. Die zijn eigenlijk neer gedwarreld op de oceaanbodem in vele miljoenen jaren tijd. Nu is te zien dat sommige fossielen stekeltjes hebben, andere zijn rond en weer andere hebben geen stekels. En het blijkt dat fossielen met stekels karakteristiek zijn voor warme oceaanstromingen, terwijl die zonder stekels juist karakteristiek zijn voor koude oceaanstromingen. Dus kunnen kan er aan de hand van de samenstelling van die fossielen in die sedimenten gekeken worden hoe die oceaanstromingen destijds gelopen hebben. Bron: schooltv

4. Atlantische Zuidequatoriale stroom aangeduid met South Equatorial Current.

De Benguelastroom is gedeeltelijk afkomstig uit de koude zeestroom rond Antarctica, en gaat gepaard met hevige winden. Bij Kaap Hoorn ontmoet deze stroming de warme Agulhasstroom, die daar een draai maakt. Op de bovenstaande kaart is duidelijk de onstuimigheid die deze 3 stromingen veroorzaken te zien onder de punt van Zuid-Afrika. Aan de andere kant van de Oceaan sluit de warme Zuidequatoriale zeestroom aan bij de eveneens warme Braziliëstroom. De koude noordwaarts stromende Falklandstroom kan ijsbergen meevoeren vanuit de Weddellzee nabij het Antarctisch schiereiland.

Door de ligging van de continenten is er een voortdurende cirkelende stroming (’n gyre) op de zuidelijke Atlantische Oceaan. De Cape Horn Current is een koude zeestroom die van west naar oost rond de punt van Zuid-Amerika stroomt. Deze stroom wordt veroorzaakt door de intensivering van de Westenwinddrift (Antarctic Circle) omdat deze de kaap snel rondgaat (door draaiing Aarde).

5. Atlantische Noordequatoriale stroom aangeduid met North Equatorial Current.

Afbeeldingsresultaat voor rennell current
GS = Golfstroom / NAD = North Atlantic Drift / RC = de warme Rennell Current.


De Warme Golfstroom

De Warme Golfstroom bevat verschillende stromingen: de stroming in Florida , de Golfstroom zelf en een oostelijke uitbreiding, de Noord-Atlantische Drift .

De stroming in Florida is snel, diep en smal, maar na het passeren van Cape Hatteras (boven Florida) wordt de Golfstroom minder diepgaand en ontwikkelt een reeks grote meanders die zich op een gecompliceerde manier vormen, losmaken en opnieuw vormen. Na het passeren van Newfoundland (schiereiland N.O. Canada) vormt de stroming de diffuse, ondiepe, brede, langzaam bewegende Noord-Atlantische Drift.

Voor de Britse eilanden splitst de stroming zich in twee takken, de ene naar het zuiden (de Canarische stroom) en de andere naar het noorden langs de kust van W en N Europa, waar het een aanzienlijke invloed heeft op het klimaat tot in Noordwest-Europa. De Drift is bijvoorbeeld bijzonder belangrijk omdat hij veel Noorse havens het hele jaar door ijsvrij houdt.

Zonder de warme Noord-Atlantische Drift zouden West-Europa net zo koud zijn als Canada, op dezelfde breedtegraad d.w.z. enkele graden kouder.

Een live-beeld van de Warme Golfstroom 29-8-2019, die ontspringt in de Golf Van Mexico. Vandaar de naam ‘Golf’
De warme Golfstroom is een onderdeel van de Thermohaline Circulatie.
Wat-gebeurt-er-als-de-atlantische-oceaan-anders-gaat-stromen-einde-der-tijden.

De twee belangrijkste drijvende krachten zijn de heersende zuidwestelijke passaatwinden en de circulatie van het water ver onder het oceaanoppervlak, de Noord-Atlantische Deep Water circulatie oftewel de Thermohaliene circulatie. Water in de Noord-Atlantische Oceaan zinkt omdat het een grote dichtheid heeft. Deze wordt verhoogd door zowel het zoutgehalte als de temperatuur – hoe kouder en zouter het water, hoe dichter het is. Dit diepe zoute water stroomt vanaf het Zuidpoolgebied naar de Golf van Mexico. Daar warmt het weer op om vervolgens verder te stromen als Warme Golfstroom naar de Noorse Zee. Het warme water levert warmte aan de atmosfeer op de koude noordelijke breedtegraden. De afname in temperatuur, samen met het hoge zoutgehalte van het water van tropische origine, zorgt ervoor dat de dichtheid toeneemt. In de tropen is door hoge temperaturen veel verdamping en zorgt daar voor een hoog zoutgehalte van het oppervlaktewater.

Het complexe geheel aan watertransport op de Atlantische Oceaan wordt ook wel aangeduid met de term Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC). Het is een noordwaartse oppervlaktetestroming van warm water (op de kaart rood), met als tegenhanger een zuidwaartse stroming op diepte van koud water (blauw). De AMOC is het Atlantische deel van de Thermohaliene circulatie.

De Stromingen in de noordelijke Atlantische Oceaan zijn aan het vertragen

Ongeveer 11.000 jaar geleden viel de Thermohaliene circulatie vrij plotseling stil als reactie op subtiele verschuivingen in het wereldwijde klimaat. De circulatie vertraagde en leidde de loop van de Golfstroom zodanig af dat het regionale klimaat van de Noordoost-Atlantische Oceaan aanzienlijk koeler werd. Als gevolg hiervan zakte Noordwest-Europa binnen tientallen jaren terug naar de ijstijd.

Men vermoedt nu dat de opwarming van de aarde kan leiden tot een opnieuw stilvallen van deze circulatie en een vertraging of afleiding van de Golfstroom, wat ironisch genoeg zou leiden tot koudere klimaten in Noordwest-Europa. Bron: NRC Wetenschap

Het koude en vooral ook zoete smeltwater heeft een mindere dichtheid dan die van het warme zoute oceaanwater en vormt hierdoor een koude laag bovenop het zeeoppervlak. Die koude laag kan verhinderen dat het warme, zoute oceaanwater warmte naar de atmosfeer transporteert. Als het warme water geen warmte kan afgeven, kan het niet afkoelen en naar de bodem van de oceaan zinken. Het effect zou een afkoeling van de atmosfeer in de hogere breedtegraden betekenen. En misschien zelfs een opwarming van het Antarctisch gebied net als 15 miljoen jaar geleden: Warme oceaanstroming liet ijs Antarctica smelten

De ijskap van Groenland is op sommige plaatsen drie kilometer dik en bevat genoeg ijs om de zeespiegel wereldwijd met zeven meter te doen stijgen. Gedurende de twintigste eeuw is Groenland in totaal circa negen biljoen ton ijs kwijtgeraakt, wat heeft gezorgd voor een kwart van de wereldwijde zeespiegelstijging.

Er zou ongeveer 360 miljard ton ijs moeten smelten om de wereldzeeën met één millimeter te doen stijgen.

Wat veroorzaakt het smelten?

De opwarming van de aarde met slechts één graad Celsius is de grote boosdoener achter de versnelde afsmelting van de ijskappen. Op Groenland ontdekten onderzoekers dat de ijskap gedurende de zomers aan de oppervlakte afsmolt, als gevolg van een combinatie van hogere temperaturen en een negatieve fase in de Noord-Atlantische Oscillatie – een natuurlijke luchtdrukfluctuatie die tijdens zijn negatieve fase warm en zonnig weer naar het westen van Groenland brengt. Vóór 2000 leidde dit fenomeen niet tot een duidelijke afsmelting, maar sindsdien is de afsmelting tijdens de negatieve fase van de NAO enorm geweest.

Weliswaar de NAO-index in de winter, maar de warme invloed op West-Groenland is duidelijk.

En nu?

Als er niet snel maatregelen worden genomen om het verbruik van fossiele brandstoffen terug te dringen en daarmee de opwarming van de aarde tot staan te brengen, dan zou het ijs op Groenland voor een groot deel of geheel kunnen afsmelten en tot een zeespiegelstijging van zeven meter kunnen leiden. Dat zou plaatsvinden op een tijdschaal van eeuwen. Maar binnen tientallen jaren kan een opwarmingsdrempel worden bereikt, waardoor de afsmelting van het Groenlandse ijs onomkeerbaar zou worden als dat hoge niveau lang genoeg zou aanhouden,

Maar het ijs op Groenland valt in het niet bij de ijskap op de Zuidpool, die de wereldzeeën met 57 meter zou doen stijgen als hij geheel zou afsmelten. Alarmerend is dat ook op de Zuidpool meer ijs per jaar verdwijnt dan veertig jaar geleden.

In de afgelopen tien jaar bedroeg de gemiddelde afsmelting op de Zuidpool 252 miljard ton ijs per jaar.

De klimaatverandering doet zich voelen. De luchttemperatuur in de winter is sinds jaren vijftig met vijf graden gestegen. Onder invloed van de wind veranderen zeestromingen, waardoor warmer water uit de diepte naar boven komt, en dat heeft gevolgen voor het zee-ijs. Dat ontstaat nu later en dooit eerder weg. Het ijsvrije seizoen aan de westkust van het schiereiland duurt drie maanden langer dan in 1979.

De tegengestelde polen

De Noordpool warmt sneller op dan de Zuidpool

Het grote verschil, en dat is meteen het cruciale, is dat de Noordpool in een oceaan ligt, terwijl de Zuidpool op een diep bevroren continent te vinden is omgeven door oceanen. De basis van het warmtetransport begint in de tropen. Om tot een thermisch evenwicht te komen, zoekt de warmte een weg om koudere oorden warmte af te geven: door convectie via atmosfeer en oceanen richting het noorden en het zuiden. De beide polen zijn hierin de eindpunten van dat convectieve transport. Het Noordpoolgebied ontvangt warmte via atmosferische convectie én rechtstreeks van de Zon. Er wordt dus een dubbele versnelling in gang gezet.

  • Het terugkaatsende effect van de Zon op het witte (zee)-ijs, het Albedo-effect, verdwijnt omdat het zee-ijs wegsmelt door atmosferische opwarming
  • Zonnewarmte wordt geabsorbeerd door het steeds groter wordende wateroppervlak, dat voor meer afsmelting zorgt aan de randen van het zee-ijs.

Op en rond Antarctica is de situatie ingewikkelder. De stijging van de temperatuur en het verdwijnen van de albedo zijn hier niet de enige factoren die bepalend zijn. Ook veranderen er patronen van atmosferische en oceanische stromingen, waardoor ook de luchtdrukverschillen kunnen veranderen. Waar de dikte van het zeeijs in het noordpoolgebied in meters wordt uitgedrukt, loopt die van de Antarctische ijskappen op tot kilometers. Als zo’n ijskap begint te smelten, duurt het wel even voor het onderliggende landoppervlak bloot komt te liggen. Het effect op de albedo is er dus (nog) niet merkbaar.

Antarctica kent wel een bepalend windpatroon, die de afgelopen tijd wel degelijk is veranderd. De circulatie is zuidelijker opgeschoven in de richting van de pool en de windsnelheid is toegenomen. Dat heeft invloed op de beweging van het ijs dat op het oceaanoppervlak drijft. Het ijs drijft weg van het continent waardoor plekken met open water ontstaan, die opnieuw kunnen bevriezen. Het onvermijdelijke smeltwater aan de randen van het continent speelt ook een belangrijke rol m.b.t. het ontstaan van zee-ijs:

Smeltwater heeft invloed op de oceaan: het is kouder, maar door het lage zoutgehalte, lichter dan het water in diepere oceaanlagen. Daardoor komt er minder van dat diepere koude water aan het oppervlak, waardoor het lichtere “warmere” oppervlakte-water gemakkelijk kan bevriezen. Dat is dus de reden bij de toename van het Antarctisch zeeijs.

Er is nog een andere factor die van groot belang is bij een veranderend klimaat: Oceanen bevatten het overgrote deel van de warmte die in het klimaatsysteem zit. Oceaanstromingen bepalen in belangrijke mate waar die warmte terecht komt.

Afbeeldingsresultaat voor straalstroom
Voor de actuele straalstroom Earth Nullschool.
Klik op EARTH en bij MODE op AIR en vervolgens op 250 hPa

De straalstroom is een krachtige wind die met snelheden van 100 tot soms wel 400 kilometer per uur waait op grote hoogte. Deze straal stroomt van west naar oost op ongeveer 10 kilometer hoogte, in de troposfeer. Meteorologen onderscheiden een polaire straalstroom en een subtropische straalstroom. De ligging van de polaire straalstroom is van invloed op het weer in Nederland: ligt die ten noorden van ons dan is het warm, en ligt hij in het zuiden dan is het koud.

  • Een straalstroom brengt in de regel de ene depressie na de andere met veel regen en wind.

Het is van belang om te weten dat de straalstroom wordt aangedreven door het temperatuurverschil tussen de tropen en de polen, dus tussen de warmte en de kou. Die verschillen zijn de afgelopen jaren kleiner geworden gezien de opwarming van de beide poolgebieden.

De kracht van de straalstroom zit nu juist in de temperatuurverschillen tussen het noorden en het zuiden. In de zomer zijn/waren de verschillen tussen noord en zuid kleiner dan in de winter. Je zou dus zeggen dat de straalstroom in het winterhalfjaar sterker is.

Meridionale stroming (van noord naar zuid / van zuid naar noord)

  • De straalstroom is zwak en loopt als een kronkelende rivier met verschillende bochten. Die kronkels vormen een meanderend patroon. Bij zo’n patroon is het weer vaak grillig en wisselvallig.

Zonale stroming (van west naar oost)

  • De straalstroom is dan sterker en loopt in een relatief rechte lijn. Kronkels en bochten komen dan niet of nauwelijks voor. Deze situatie doet zich vaker in de winter dan in de zomer voor en staat voor een stabieler weertype: dat kan dus ook dagenlang stabiel slecht of nat weer betekenen.

Het gaat hierbij om de slingeringen van de straalstroom, die Rossby-golven of planetaire golven worden genoemd. Het zijn atmosferische golven, die makkelijk te herkennen is als grootschalige slingeringen van de straalstroom. Bij het ontbreken van Rossby-golven hebben we een strakke straalstroom: zonaal in een strakke lijn van west naar oost. Depressies komen dan snel op ons af. Maar bij flinke Rossby-golven ontstaan grote slingers dat de snelheid eruit gaat: meridionale stroming van noord naar zuid en dan kunnen er blokkades ontstaan. Wanneer blokkades lang stand houden ontstaat stabiel weer. In de winter hebben we dan veel koud weer en in de zomer veel warmte. Er zijn aanwijzingen dat er iets verandert in het gedrag van die Rossby-waves en dat dit invloed heeft op het weer. Als deze golvingen heftiger worden, zorgen ze voor het scheiden van koude en warme luchtmassa’s, waaruit luchtstromingen om hoge- en lagedrukgebieden ontstaan (cyclonen en anticyclonen).

Een Anticycloon is een Hogedrukgebied…een Cycloon een Lagedrukgebied

Het zijn dus juist weerpatronen hoog in de atmosfeer die sturend zijn voor de ontwikkelingen aan de grond. De straalstroom, die de koers van lagedrukgebieden en (bijbehorende) storingen bepaalt, wordt op grote hoogte aangestuurd door de Polar Vortex. Dit is een belangrijk onderdeel van het omvangrijke complexe systeem in onze atmosfeer dat resulteert in ons weerbeeld aan de grond.

De ‘Polar Vortex’ wordt gevormd door koude lucht rondom de polen,  vanaf 5 kilometer boven het aardoppervlak. Deze aanwezigheid van kou levert lagedrukwerking op in de bovenlucht.

Afbeeldingsresultaat voor polar vortex zuidpool

Dit is de poolwerveling op het noordelijk halfrond met een uitgesproken lagedruk, maar vanzelfsprekend gelden dezelfde basisprocessen op het zuidelijk halfrond, dus ook een lagedruk. Alleen wat ‘ingewikkelder’ omdat Antarctica een met ijs bedekt continent is.

Voor het nu volgende wil ik verwijzen naar de bron: scriptiesonline.uba.uva.nl

Antarctica heeft een oppervlakte van 20.000.000 km2 en is omsloten door 3 oceanen. 70% van het zoete water op de wereld is opgeslagen in gletsjers, waarvan 90% zich op Antarctica bevindt. Smelten van al het ijs op Antarctica kan een zeespiegelstijging van 70 meter tot gevolg hebben. De temperatuur komt nauwelijks boven nul, slechts het noordelijke deel van het Antarctic Peninsula (westelijke schiereiland) kan net boven het vriespunt komen. De hoger gelegen delen van Antarctica kunnen in de wintermaanden een temperatuur van -90 °C bereiken.

West-Antarctica kenmerkt zich door de ijsplaten die over het water reiken , maar nog vastzitten aan het landijs. Het Peninsula is een bergachtig gebied, heeft een milder klimaat en er is begroeiing als korstmossen mogelijk, ook doordat er ijsvrije rotsen zijn. Oost-Antarctica is het grotere gebied van Antarctica en is permanent bedekt met ijs. Het is er extreem koud en droog.

Verandering in de Polaire Vortex.

Ondanks de opwarming van de Aarde, blijken sommige gebieden van Antarctica juist langzaam af te koelen. Een normale vortex volgt een meanderend patroon, deze meanders worden de al eerder besproken Rossby golven genoemd. Deze golven nemen warme lucht uit het noorden mee naar het continent. Een sterkere vortex die evenwijdig loopt met de breedtegraden, neemt minder warme lucht uit het noorden mee en zorgt zo voor afkoeling. De vortex is sterker geworden door afkoeling van de atmosfeer, wat op zijn beurt het gevolg is van het gat in de ozonlaag boven Antarctica.

Polar Vortex volgt, zonder golven de breedtegraden. Temperatuur in Kelvin:
210K = – 63oC
180K = -93oC

De vliesdunne ozonlaag bevindt zich in de stratosfeer en ligt ze op een hoogte van 30 km boven het aardoppervlak. In principe is ozon niets anders dan zuurstof (O2) waaraan zich door elektrische hoogspanning een extra zuurstofatoom heeft gekoppeld waardoor ozon (O3) ontstaat. In de natuur wordt ozon geproduceerd bij bepaalde chemische reacties. Het bekendste voorbeeld is natuurlijk de ozonlaag, waar ozon wordt geproduceerd door de ultraviolet stralen (UV-stalen) van de zon. Maar ozon wordt ook aangemaakt bij bijvoorbeeld onweersbuien en watervallen. Bij onweersbuien ontstaat de ozon door de extreem hoge voltages die daarmee gepaard gaan. De speciale frisse geur die men ruikt na een onweersbui is ozon. Het woord ozon is afgeleid van het Griekse woord ozein en betekent ruiken.

De dikte van de ozonlaag heeft effect op de lokale temperatuur en dus het afsmelten van landijs op Antarctica. Dit heeft te maken met een proces dat in de winter plaatsvindt. ‘s Winters daalt de temperatuur onder -78 °C waardoor polaire stratosferische wolken kunnen ontstaan.

Gerelateerde afbeelding

Parelmoerwolken kunnen ontstaan in gebieden waar het op grote hoogte in de atmosfeer extreem koud is. Dus ook boven de zuidpool is het ’s winters hoog in de atmosfeer koud genoeg om wolken te vormen. Hier worden ze Polaire Stratosfeer Wolken genoemd en zijn ze groter dan de parelmoerwolken. Deze wolken bestaan niet alleen uit ijskristallen van water, maar bevatten ook verbindingen van salpeterzuur en water. De massale vorming van deze wolken leidt uiteindelijk tot afbraak van ozon en de vorming van het “ozongat” boven de Zuidpool.

Dikte van de ozonlaag door het jaar heen (seizoen dynamiek). Hierbij wordt weergeven dat de hoeveelheid in het begin van de lente extreem afneemt.

De polaire vortex boven de Zuidpool heeft invloed op het landijs van Antarctica. Het zorgt door föhnwinden voor een verwarmd klimaat op het peninsula en zorgt voor een pool-waardse stroom van warm zeewater op West-Antarctica, wat leidt tot meer afkalving onder de ijsplaten. Door het afkalvingsproces worden deze ijsplaten instabiel, wat zorgt voor afbraak van ijs. De versterking van de polaire vortex wordt beïnvloed door de atmosfeer. Het gat in de ozonlaag zorgt ervoor dat een deel van Antarctica – Oost-Antarctica – afkoelt, doordat warmte van de zon dat wordt teruggekaatst door het albedo effect, niet meer wordt vastgehouden. Dit afkoelen zorgt ervoor dat er eerder en langer polaire stratosferische wolken worden gevormd, dat weer leidt tot meer ozon afbraak. Het versterken van de polaire vortex, zorgt ook voor minder toevoer van warme windstromen vanuit het noorden, dat opnieuw leidt tot afkoeling van Oost-Antarctica, wat het proces hierboven benoemd weer versterkt. Hoewel kwantitatief onderzoek nodig is, laat dit literatuuronderzoek zien dat er een correlatie is tussen de polaire vortex en het afnemen van de totale ijsmassa van Antarctica, en dat dit mogelijk desastreuze gevolgen kan hebben op de rest van de wereld.

We zien momenteel (begin september 2019) rond het zuidpoolgebied plotseling een zeer sterke Stratosferische Opwarming (SSW) optreden. Dit veroorzaakt hoge temperaturen in de stratosfeer boven Antarctica.

Afbeeldingsresultaat voor (SSW) boven antarctica 2019
SSW op het zuidelijk halfrond: zeldzaam | NoodweerBenelux

Een gevolg van de SSW is het veel kleinere ozongat dan normaal. De ozonafbraak wordt normaal gesproken in gang gezet door zeer lage temperaturen in de stratosfeer van het zuidelijk halfrond. Die lage temperaturen zijn er op dit moment niet, waardoor er veel ozon overblijft. De ozonlaag is daardoor veel dikker dan gebruikelijk.

De lagen in de atmosfeer

De atmosfeer boven ons heeft veel verschillende lagen. Alle wolken en het weer dat we voelen, gebeurt in het laagste deel van de atmosfeer, de troposfeer genoemd. Het reikt tot 8 km hoogte over de polen en tot 14-16 km hoogte boven de evenaar. Daarboven is een veel diepere laag die de stratosfeer wordt genoemd. Deze laag is ongeveer 30 km diep en is erg droog. De druk op de top van de stratosfeer is 1000 keer lager dan op de grond. Anders dan in de troposfeer stijgt de temperatuur in de stratosfeer met de hoogte. Op ongeveer 50 km waar de temperatuur weer met de hoogte begint te dalen, eindigt de stratosfeer en begint de mesosfeer langzaam na de stratopauze. Stratosfeer is vooral bekend door de ozonlaag die het bevat, die ons beschermt tegen schadelijke effecten van UV-zonnestraling. Boven de zuidpool vinden we het beruchte “ozongat”, dat elk jaar in juli verschijnt en tot december duurt.

Uitleg over het fenomeen SSW (Sudden Stratospheric Warming)

Een SSW ten zuiden van de evenaar is behoorlijk zeldzaam. Sinds het begin van de metingen zijn er maar twee geweest: één in september 2002 en één in september 2010. Daarbij moet aangehaald worden dat de stratosferische metingen boven het zuidelijk halfrond pas sedert de eeuwwisseling plaatsvinden. We hebben dus een relatief kleine steekproef als basis waarmee we kunnen meten.

  • Maar een gemiddelde van één keer per 7 à 8 jaar in deze eeuw zegt eigenlijk alles over de zeldzaamheid van dit fenomeen. Ter vergelijking: op het noordelijk halfrond vindt er bijna elk jaar wel een SSW plaats.

In de stratosfeer kan het onvoorstelbaar koud zijn. Soms echter voltrekt zich een bijzonder sterke opwarming waarbij de temperatuur in enkele dagen met wel 50 graden kan stijgen! Dit fenomeen is doorgaans het gevolg van weersystemen in de troposfeer (vaak zijn het grootschalige hogedrukgebieden) die de ‘Polar Night Jet’, een van west naar oost waaiende straalstroom die de Noordpool omcirkelt, verstoren.

Afbeeldingsresultaat voor Polar Night Jet

De Polar Night Jet is een Jet Stream die zich tijdens de Poolnacht in de stratosfeer zo’n 30 km boven de Noordpool vormt. De stratosfeer boven dit poolgebied wordt erg koud tijdens deze periode. Er ontwikkelt zich een polaire vortex. Dat wil zeggen, er ontwikkelt zich een koud lagedruksysteem. Deze draaikolk heeft winden die rond het centrum draaien. Het midden van dit lagedruksysteem op het hoogste niveau bevindt zich precies boven de Noordpool. De winden van de draaikolk worden aangedreven door de drukverschillen tussen de koude lage druk over het poolgebied en de warmere hogedruksystemen naar lagere breedtegraden. De draaikolkende winden worden de “Polar Night Jets” genoemd. Niet te verwarren met de Polar Jet Stream die zich onderaan in de troposfeer ontwikkelt. De Polar Vortex strekt zich echter vaak uit tot in de troposfeer. Bepaalde processen kunnen ervoor zorgen dat de draaikolk afbreekt en de koude lucht naar het zuiden ontsnapt naar de middelste breedtegraden.

Vervolgens implodeert als het ware de aanwezige lucht in de stratosfeer boven de poolkap en door deze compressie voltrekt zich een sterke opwarming (SSW). Uiteindelijk kunnen de ‘Easterlies’ op grote hoogte ook het weer in de troposfeer beïnvloeden met als gevolg een verzwakking van ‘onze straalstroom’, subtropical jetstream. De Polar Jet Stream begint dan sterk te golven en net als op het strand worden deze gebroken met als gevolg een sterke verzwakking of zelfs een omslag van de heersende ‘Westerlies’ naar ‘Easterlies’ in de hoge atmosfeer. Let op! Op het zuidelijk halfrond is door het Coriolis-effect (door de draaiing van de Aarde) deze windrichting juist andersom! Dat resulteert dikwijls in een geblokkeerd stromingspatroon waardoor oostenwinden koude continentale vrieslucht naar het westen kunnen transporteren. Rondom Antarctica worden de koude westelijke winden in dat geval zwakker.
Een SSW hoeft per definitie niet altijd automatisch winterweer tot gevolg te hebben, maar een vorstperiode is in 2002 en 2010 voorgekomen.

The air above Antarctica is suddenly getting warmer

6-9-2019. De opwarming begon in de laatste week van augustus, toen de temperaturen in de stratosfeer hoog boven de Zuidpool snel begonnen te verwarmen in een fenomeen dat ‘plotselinge stratosferische opwarming’ werd genoemd. Verwacht wordt dat de opwarming in de komende weken zal toenemen, en de effecten ervan zullen zich naar beneden naar het aardoppervlak uitbreiden, wat de komende maanden veel van Oost-Australië vergt.
The Bureau of Meteorology voorspelt de sterkste opwarming op Antarctica ooit, waarschijnlijk hoger dan het vorige record van september 2002.

Wat is er aan de hand?
Elke winter ontwikkelen zich westelijke winden – vaak tot 200 km per uur – in de stratosfeer hoog boven de Zuidpool en omcirkelen de poolstreek. De wind ontwikkelt zich als gevolg van het temperatuurverschil over de pool (waar geen zonlicht is) en de Zuidelijke Oceaan (waar de zon nog schijnt).
Terwijl de zon in het voorjaar naar het zuiden verschuift, begint het poolgebied op te warmen. Deze opwarming zorgt ervoor dat de stratosferische draaikolk en bijbehorende westelijke winden geleidelijk afzwakken gedurende een periode van enkele maanden.
In sommige jaren kan deze verdeling echter sneller gebeuren dan normaal. Luchtgolven uit de lagere atmosfeer (van grote weersystemen of stroom over bergen) verwarmen de stratosfeer boven de Zuidpool en verzwakken of “mixen” de snelle westelijke winden.

  • Zeer zelden (in cycli van 7 tot 10 jaar), als de golven sterk genoeg zijn, kunnen ze de polaire vortex snel afbreken en de richting van de wind omkeren, zodat ze oostelijk worden. Dit is de technische definitie van “plotselinge stratosferische opwarming”.

Hoewel we de afgelopen 60 jaar veel zwakke of matige variaties in de poolwervel hebben gezien, was de enige andere echte plotselinge opwarming van de stratosfeer op het zuidelijk halfrond in september 2002.
In tegenstelling, hun noordelijke tegenhanger komt om de twee jaar of zo tijdens de late winter van het noordelijk halfrond vanwege sterkere en meer variabele troposferische golfactiviteit.

Effecten op het ozongat en Antarctisch zee-ijs

Een positieve noot van plotselinge stratosferische opwarming is de vermindering – of zelfs helemaal afwezigheid – van het ozongat in de lente van Antarctica. Dit is om twee redenen:

  • Ten eerste betekent de snelle stijging van de temperaturen in de bovenste atmosfeer dat de superkoude polaire stratosferische ijswolken, die van vitaal belang zijn voor het chemische proces dat ozon vernietigt, zich misschien niet eens vormen.
  • Ten tweede vervoeren de verstoorde winden meer ozonrijke lucht van de tropen naar het poolgebied, waardoor het ozongat wordt hersteld.

Er wordt echter ook een verhoogde achteruitgang van het Antarctische zee-ijs verwacht tussen oktober en januari, met name in de oostelijke Rosszee en de westelijke Amundsenzee, omdat meer warm water richting Antarctica stroomt vanwege de zwakkere westenwinden.

Dankzij verbeteringen in het modelleren en de nieuwe supercomputer van het Bureau kunnen dit soort evenementen beter dan ooit worden voorspeld. In vergelijking met 2002, toen we pas wisten over het evenement nadat het was gebeurd, hadden we deze keer bijna drie weken bericht dat er een zeer sterk opwarmend evenement op komst was. We weten ook veel meer over het proces dat in gang is gezet en dat ons weer in de komende één tot vier maanden zal beïnvloeden.

Ik heb me beperkt tot de Stratosfeer. Hieronder de overige luchtlagen:

Afbeeldingsresultaat voor luchtlagen

Mesosfeer
Boven de stratosfeer bevindt zich de mesosfeer. Hier neemt de temperatuur af tot –90 °C. De afname stopt op ongeveer 80 km hoogte. Het is in de mesosfeer dat meteorieten, die de atmosfeer binnendringen, beginnen op te warmen. Ze komen met een zeer grote snelheid de atmosfeer binnen, waarbij ze te verhitten door de wrijving met de luchtmoleculen in de mesosfeer. Meteorietenregens zijn bekent als ‘vallende sterren’ vallendesterren.info
Thermosfeer
In de thermosfeer (ook wel ionosfeer genoemd) neemt de temperatuur sterk toe tot zo’n 1500 °C. Omdat de lucht hier ijl is, merkt men bijna niets van deze hitte. De straling van de zon ontleedt er moleculen, in positieve ionen en negatieve elektronen. Deze ionen en elektronen weerkaatsen radiogolven van bepaalde golflengten terug en maken zo radiocommunicatie over lange afstanden mogelijk.

De Kármánlijn. Het is een denkbeeldige grens om een onderscheid te kunnen maken tussen luchtvaart en ruimtevaart. Het ISS bevindt zich in de Thermosfeer op een hoogte van ongeveer 355 km. De Kármánlijn wordt beschouwd als het “begin van de ruimte”, maar eigenlijk “begint die pas” na de Exosfeer (de atmosfeer kent overgangen en heeft geen grenzen, evenals de ruimte…. De lijn is overigens gedefinieerd op initiatief van de Hongaars-Amerikaanse natuurkundige Theodore von Kármán).

Overdag is de lucht blauw omdat de atmosfeer zonlicht verstrooit. Voorbij de Kármánlijn is de atmosfeer zó ijl dat de blauwe kleur verdwijnt. De donkere ruimte en de sterren zijn dan zelfs overdag zichtbaar.

Vanuit de Thermosfeer is ook het Poollicht zichtbaar, daarover later meer.

Afbeeldingsresultaat voor poollicht

Exosfeer De buitenste laag, de exosfeer, is zeer ijl. Dit komt door de extreem lage druk van de aanwezig gassen. De temperatuur bereikt hier waarden tot boven de 1600 °C.

Afbeeldingsresultaat voor exosfeer

In dit buitenste deel van de dampkring kunnen atmosferische gassen, atomen en moleculen ontsnappen aan de aardse zwaartekracht, de ruimte in. Het grootste deel van de gassen in de exosfeer zijn lichte gassen, voornamelijk helium, koolstofdioxide en, in het laagste deel van de exosfeer, atomair zuurstof. Er zijn zo weinig deeltjes in deze ijle laag aanwezig dat ze zonder met elkaar te botsen door de laag kunnen bewegen. Ze volgen een eigen bepaalde baan.

Ionosfeer

Dit is het deel van de atmosfeer dat ligt op een hoogte van ongeveer 70 – 400 km boven de aarde. Onder invloed van zonnestraling worden de daar aanwezige gassen, met name zuurstof en stikstof, geïoniseerd. Dat wil zeggen dat uit de gasmoleculen elektronen worden vrijgemaakt. Hierdoor is de ionosfeer in staat radiogolven van richting te veranderen of te reflecteren. Dit maakt het mogelijk om over zeer grote afstanden te communiceren.

Afbeeldingsresultaat voor ionosfeer

Magnetosfeer

Zonder deze “magnetische bel” zou de Aarde onleefbaar zijn door de invloed van de voortdurende zonnewind.

De zonnewind is een voortdurende stroom plasma van geladen deeltjes protonen en elektronen. Deze worden door de aan aanwezigheid van een ‘boeggolf’ (beige band op de afbeelding) om de Aarde heen geleid met een gemiddelde snelheid van wel 450 km/s. Een kleine hoeveelheid van die deeltjes kan echter wél de magnetosfeer binnendringen, en veroorzaakt het poollicht. Op momenten dat de Zon zeer actief is, is de zonnewind sterker: er woedt dan een magnetische storm. Deze stormen veroorzaken elektrische velden in de magnetosfeer, wat storingen kan opleveren voor satellieten. Ook het poollicht neemt dan in hevigheid toe en komt op lagere breedtegraden van de Aarde terecht.

Een verschijnsel dat gepaard gaat met de zonnewind, is een Bow Shock, een ‘booggolf’. Het is als een boeggolf vóór een snel varende boot. Een Bow Shock wordt gevormd door de botsing met zeer hoge snelheid van de stellaire wind met een ander medium. Dus in het geval van de Zon: wanneer de supersnelle zonnewind botst met de eveneens voortbewegende Aarde. Hierbij worden de zonnewinddeeltjes vertraagd en vervolgens gedwongen een omweg te volgen rond de Aarde via de magnetosfeer. Deze magnetische bel creëert aldus een beschermde zone rond de Aarde.

De Bow shock dwingt de zonnewind om de magnetosfeer heen te buigen.
Het is als een golf die vóór een varende boot verschijnt…..
Deze afbeelding heeft een leeg alt-atribuut; de bestandsnaam is bowshock_inpixio-deze.jpg
…..en is vergelijkbaar met de golf voor een rots in een stroom waar het water omheen moet stromen.

Ook de “lege ruimte” bevat protonen, elektronen, atomen, moleculen en andere materie. Wanneer planeten, sterren en ook plasmawolken uitgeworpen uit supernovae met hoge snelheid door de ruimte vliegen, worden in dit medium kosmische Bow Shocks gecreëerd.

Op momenten dat de Zon zeer actief is, is de zonnewind sterker. Wanneer is de Zon actief?

Allereerst: de Zon heeft dankzij haar enorm geleidend gasvormig inwendige, een zeer krachtig magneetveld.

Magnetische veldlijnen die diep in het inwendige van de Zon ontstaan door voortdurende bewegingen van gas met geladen deeltjes (protonen en elektronen). Vervolgens treden deze veldlijnen door het oppervlak naar buiten in de vorm van lussen.
Gerelateerde afbeelding
Wanneer krachtige zonnevlammen en zonneuitbarstingen zichtbaar zijn, spreken we van een actieve Zon.
Video: Surface-of-the-sun-as-youve-never-seen-it.

Het zonsoppervlak verkrijgt z’n hitte doordat hete gasbellen uit het binnenste opstijgen en hun warmte aan het oppervlak door convectie afgeven. Wanneer er storingen in het sterke magnetische veld van de Zon optreden, kan het gebeuren dat lokaal de hete gasbellen de fotosfeer niet kunnen bereiken, waardoor deze afkoelt. Op die manier ontstaat een koeler gebied op het zonsoppervlak, dat wij zien als een zonnevlek.

Afbeeldingsresultaat voor zonnevlekken
Op dit moment (2019) zijn er geen ‘storingen’ in het sterke magneetveld van de Zon zichtbaar als zonnevlekken!!
Zie daarom de actuele zonnebeelden op SOHO, Solar and Heliospheric Observatory van de NASA.
Zonnevlekken zijn niet zwart en niet koud. De temperatuur in een zonnevlek is lager dan die van de omgeving en daarom is een vlek donkerder dan het heldere zonsoppervlak. Umbra is het donkere en penumbra het lichtere deel van de schaduw.

Zonnevlekken worden dus veroorzaakt door magnetische storingen. Diezelfde storingen veroorzaken ook uitbarstingen op de Zon, waarbij vaak een stroom geladen deeltjes van het oppervlak van de Zon af wordt geschoten. Wanneer zo’n wolk deeltjes in de richting van de Aarde komt, en de magnetosfeer binnendringt, kunnen de deeltjes in de buurt van de Noord- en Zuidpool in botsing komen met deeltjes in de aardatmosfeer (zuurstof en stikstof), en het poollicht doen oplichten. De elfjarige cyclus van de zonnevlekken duidt op een cyclus in de activiteit van de Zon, en op een cyclus in het voorkomen van poollicht: wanneer er meer zonnevlekken zijn, is er een grotere kans op aurora.

Aurora

Afbeeldingsresultaat voor youtube poollicht
Video Poollicht
De kleuren van poollicht
Bron: Spacepage
Uitleg Kleuren in het noorderlicht en zuiderlicht.

In de periode 1650–1700, vlak nadat Galileï was begonnen met de eerste sporadische waarnemingen van de Zon, kwamen er relatief weinig zonnevlekken voor. Dit wordt het Maunder Minimum genoemd, en valt samen met een periode waarin er in West-Europa relatief strenge winters voorkwamen. Er waren toch wel grote verschillen tussen de seizoenen. Zo bleken in West-Europa vooral de winters kouder te zijn geweest en was dit in de zomers veel minder het geval. Lees verder →

Voor de schommelingen in het klimaat in die periode zijn meerdere factoren aan te wijzen: in dezelfde periode was er namelijk een hoge vulkanische activiteit!

Wat de zonneactiviteit betreft was er recentelijk in 2008 een minimum te zien in het aantal zonnevlekken. Rond 2014 was er een zonnemaximum, dat echter beduidend minder hoog was dan de afgelopen maxima. Op dit moment is er geen enkele zonnevlek te zien!!! Wat de oorzaak hiervan is, is nog onduidelijk……

Computersimulaties van het National Center for Atmospheric Research in Colorado voorspellen dat een ‘grand minimum’ in het midden van de 21ste eeuw de door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde zou vertragen met enkele tienden van een graad. Maar op het einde van dat ‘minimum’ zou de opwarming van de aarde gewoon weer verdergaan. Prof. dr. Valentina Zharkova, hoogleraar Wiskunde aan de universiteit van Newcastle, doet een opmerkelijke voorspelling, dat er is een zonneminimum op komst is, die zal starten in 2020 en zal duren tot 2055!

Haar systeem van berekeningen bevestigt ook de zonneminima uit het verleden, zoals het Homer minimum (800-900BC), het Oort minimum (1000-150) en het Maunder minimum (1645-1715).

Het aantal zonnevlekken in de jaren 2020 en volgende zijn vergelijkbaar met het minimum aantal zonnevlekken in de Daltonperiode van 1790 – 1830. Ook NASA en NOA voorspellen een zeer lage zonneactiviteit voor de volgende zonnecyclus nr. 25, het laagste minimum in de afgelopen 200 jaar. In Juni 2010 hebben prof. dr. S. Duhau en prof. dr. C. de Jager in het Journal of Cosmology het artikel, ‘The Fortcoming Grand Minimum of Solar Activity’, gepubliceerd, waarin zij voorspelden dat er na cyclus 24 (de huidige cyclus) een langere periode van geringe zonneactiviteit op komst is. Over dit onderwerp worden nog vele discussies gevoerd. Sommige wetenschappers zijn ervan overtuigd, dat zonnevlekken kunnen zorgen voor een klimaatverandering op Aarde, maar anderen zijn het hier niet mee eens…..de tijd zal het leren. Bron: Climategate.nl


Kosmische straling
Het ‘grand minimum’ heeft nog een ander gevolg, meer bepaald voor de kosmische straling vanuit onze Melkweg. Normaal gesproken wordt onze planeet daarvan beschermd door het sterke magnetische veld van de Zon en z’n felle winden. Maar als de zonneactiviteit vermindert, krijgen we meer van die straling te verduren. Recent onderzoek toont aan dat kosmische straling de vorming van wolken op Aarde in de hand werkt. En die schermen ons af van de Zon en koelen de Aarde af.

Volgens sommige wetenschappers zou dat fenomeen alle andere klimaatfenomenen domineren de komende decennia.

Afbeeldingsresultaat voor kosmische straling veel bewolking


Golvende structuurvorming

Voortplanting in golven is een eigenschap die het heelal zelf deed ontstaan. Golvende straling en de fundamentele krachten kwamen in een zucht vrij. In een lange periode van vele miljarden jaren die volgde, konden zeer geleidelijk atomaire en subatomaire deeltjes hieruit gevormd worden. Golvend verspreidden deze deeltjes zich in omvangrijke koele gaswolken en de eerste moleculen kregen structuur. Na nog ‘ns miljarden jaren in een proces van ster- en planeetvorming, vonden deeltjes en moleculen vaste vochtige bodem op talloze planeten en manen, om leven structuur te geven.

Deze afbeelding brengt de ‘tijdloze’ dimensie het meest treffend in beeld, en zal ik daarom vaak terug laten komen in verschillende blogs. Deze ultrakorte golfuitbarsting van slechts 10−35 seconde, heeft mijns inziens zelfs het bewustzijnsveld golvend de ruimte ingeslingerd.
Visualization-of-gravity-and-curving in 3D

Het duurde ruim 9 miljard jaar voordat de pas gevormde Aarde, golvend om de Zon, zich óók moest gaan onderwerpen aan de natuurwetten.

In de eerste 50 – 100 miljoen jaar na het ontstaan van de planeet regende het planetoïden, meteorieten en kometen op Aarde. Het was ’n eerste kennismaking met objecten, die de banen van de planeten in andere golvingen doorkruisen. Door de onophoudende bombardementen werd de temperatuur in de jonge aardse atmosfeer extreem hoog, zodat de aardkorst gloeiend vloeibaar bleef.

De vroege Aarde werd tijdens het Late Heavy Bombardment (4,1 – 3,8 miljard jaar geleden), bestookt met planetoïden, meteorieten en kometen.
Afbeeldingsresultaat voor late heavy bombardment
Er zijn twijfels over lange duur het Late Heavy Bombardment. De oorsprong van de Maan is gerelateerd aan dit bombardement. Er zijn na de Apollomissies maangesteenten onderzocht en er bleken dataverschillen te zijn.
Het was eerder een “tijdelijke” maar stabiele gebeurtenis van bijna 100 miljoen jaar. Er is meer dan voldoende bewijs met behulp van kratertelling en relatieve datering dat de LHB wél heeft plaatsgevonden. (klik op afbeelding)

Uit verder onderzoek aan de maanstenen die mee zijn genomen met Apollo-missies. bleek dat het maangesteente vrijwel exact dezelfde samenstelling heeft als vergelijkbare gesteenten op Aarde. Alle andere hemellichamen in het zonnestelsel vertonen lichte afwijkingen in samenstelling van gesteenten.

In de prille aanvang van het zonnestelsel, toen er nog veel grote ‘proto-planeten’ rondcirkelden, kwam de pasgevormde Aarde in botsing met een ander hemellichaam met de naam Theia, ongeveer zo groot als de planeet Mars.

Ten gevolge van de botsing werd een groot deel van de aardmantel de ruimte in geslingerd. Uit de afkoelende brokstukken klonterde later de Maan samen, vóór het Hadeïcum, het tijdvak van circa 4,7 tot 3,7 miljard jaar geleden. Het Hadeïcum is genoemd naar de Griekse god Hades, de god van de onderwereld. De vroege Aarde was een onherbergzaam gebied, met gloeiend gesteente en giftige gassen.

Vanwege de ontstellende inwendige hitte, ontstond er een warmtestroming vanuit de kern naar de buitenkant van de Aarde. Je zou kunnen zeggen ‘de Aarde kende de eerste golvende voortplanting’ ten gevolge van enorme temperatuurverschillen. Het vloeibare gesteente stroomde naar de buitenkant, terwijl het afgekoelde gesteente naar beneden zakte. Deze zogenoemde convectiestroming is vandaag de dag nog steeds aan de gang in de aardmantel en laat ook de aardplaten bewegen.

Video plate-tectonics door convectie. Duidelijk zichtbaar is de golvende voortplanting van heet en afkoelend gesteente.

Uit het binnenste van de jonge Aarde ontsnapten gassen en vormden de atmosfeer. die bestond uit grote hoeveelheden waterstof, waterdamp, stikstof, ammonia, methaan, zwavelwaterstof en koolmonoxide. Een vergelijkbaar gasmengsel komt ook nu nog vrij bij vulkaanuitbarstingen.

Uit de oeratmosfeer regende vermengd water op de Aarde neer. Samen met het water dat door inslaande planetoïden en kometen op de Aarde terechtkwam, vormde dit de eerste oceanen. Ook kwam er water vrij bij vulkaanuitbarstingen.


De atmosfeer bevatte nog geen zuurstof. Daardoor kon er ook nog geen ozonlaag gevormd worden, die de schadelijke UV-straling van de Zon tegenhield. De straling en de giftige gassen maakten de aarde verder ongeschikt voor praktisch alle vormen van leven zoals we die nu kennen…...op misschien de microworld na!

In een geleidelijk proces van miljoenen jaren begon het aardoppervlak af te koelen. Het aanvankelijk vermengde regenwater veranderde van samenstelling en de hete dampen waren neergeslagen in de omvangrijke oceanen. Onderzeese vulkaanuitbarstingen brachten hete magma aan de oppervlakten en stolde tot lavagesteente.

En dan zien we, naast de golvende voortplanting, ook ander eigenschappen die ’t heelal kenmerken: samenklontering en zwaartekracht. Het gebeurde al vele miljarden jaren eerder toen gigantische gas-en stofwolken zich gingen verdichten en samenklonterden om sterren te laten ontstaan. Aan het begin van het Archeïcum klonterden lavagesteenten samen.

  • Lava vloeit uit en vormde de eerste kleine continenten, die hier en daar boven water uitstaken.
Het eerste continent Ur

In de vroege stadia van de formatie van de Aarde was de hittestroming zo intens dat het de stabiliteit voor continenten niet kon bieden. Uiteindelijk koelde de aarde af en dit was een noodzakelijke stap voor de vorming van continenten.

Drie miljard jaar geleden werd Ur het eerste supercontinent op Aarde. Het was waarschijnlijk kleiner dan Australië. Twee miljard jaar later voegde Ur zich met enkele andere kratons (stukken continentale aardkorst) samen om het grotere Rodinia te vormen. We vinden op dit moment segmenten van het eerste continent in zowel in Afrika, als in Australië en ook in India. Sommige wetenschappers denken echter dat Vaalbara, een theoretisch supercontinent, Ur misschien is voorgegaan. De naam Vaalbara is een samenvoeging van het Kaapvaal kraton in Zuid-Afrika en het Pilbara kraton in West-Australië. Dit is niet verwonderlijk: door tektonische verschuivingen gedurende honderden miljoenen jaren is het voor te stellen dat deze stukken aardkorst aan elkaar vast hebben gezeten.

Het bestaan en de ligging van de verschillende kratons en (super)continenten zijn gereconstrueerd met behulp van Paleomagnetisme. Gebaseerd op een nieuwe methode van paleomagnetische data-analyse, werd een reconstructie van de Kaapvaal, Pilbara en andere kratons in het Archeïcum getest. De meest waarschijnlijke posities van de verschillende kratons binnen de supercontinenten Kenorland en Rodinia zijn voorgesteld. Nieuwe paleomagnetische gegevens verkregen op basis van de archeïsche complexen maakten het mogelijk de beweging van kratons te berekenen op 4-9 cm per jaar. De paleomagnetische reconstructie is in goede overeenstemming met de structureel-geologische eigenaardigheden van de gezamenlijke complexen. Er zijn verschillende reconstructies voorgesteld voor de precieze onderlinge ligging van de kratons die samen Rodinia vormden. Op welke manier de kratons precies aan elkaar gelegen hebben, is niet geheel duidelijk. Belangrijk was wél dat Rodinia zich in de tropen bevond, waar het klimaat warm en nat is vergeleken met hogere breedtegraden.

Kenorland werd gevormd 2,7 miljard jaar geleden
De kratons die Rodinia vormden werden samengevoegd tussen 1,3 en 0,9 miljard jaar geleden.

Bij het zoeken naar bewijs van voorbije supercontinenten vonden geologen in mineralen van magmatische gesteenten van Rodinia, zirkoonkorrels, een duurzaam mineraal dat zich vormt bij gesmolten gesteenten bij hoge temperaturen.

Zirkonen geven een beeld van de eerste drie- tot vierhonderd miljoen jaar van de aarde,

De onderzoekers hebben aangetoond dat Rodiniaanse mineralen, die de elementen niobium en yttrium bevatten, vergelijkbare hoge concentraties van het element zirkonium bevatten. Bovendien komen deze pieken goed overeen met hogere wereldwijde concentraties van yttrium, niobium en zirkonium in de gevonden magmatische gesteenten van Rodinia, in vergelijking met alle andere supercontinenten. Om deze bevindingen te verklaren, veronderstellen de onderzoekers dat Rodinia tijdens zijn vorming mogelijk een beperkt boogmagmatisme heeft meegemaakt: Continental arc, een keten van vulkanen in een boogvorm. (de rode stippen en de groene gordels op de afbeelding van Rodinia)

Na zo’n 300 miljoen jaar dreven de kratons die dit supercontinent vormden uiteen. Dit had verstrekkende gevolgen voor de hele planeet: deze veranderde in een bevroren Aarde! Het opbreken van Rodinia zorgde ervoor dat een groter oppervlak van het continent aan de weer-elementen werd blootgesteld. Door het uiteenscheuren van Rodinia was er veel vulkanische activiteit, dus regen was bijzonder zuur. Het oppervlak van de continenten bestond voor het grootste deel uit jong basalt dat gemakkelijk erodeert. De natte, sterk geërodeerde gesteenten begonnen CO2 uit de lucht te halen, waardoor de temperatuur op aarde rap daalde.

De naam Rodinia is afgeleid van het Russische woord voor “voortbrengen”: het bracht met het uiteendrijven een (grotendeels) bevroren Aarde voort, 600 miljoen jaar geleden. Mogelijk was het een periode van wel 12-miljoen-jaar!

Afbeeldingsresultaat voor sneeuwbalaarde
Bevroren Aarde kende warme plekken waardoor er tóch een weercirculatie mogelijk bleek te zijn. (klik op afbeelding)

De vulkaanuitbarstingen op de verschillende kratons zorgden voor een stijging van het koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer, waardoor er  een broeikaseffect ontstond.
Als gevolg van het broeikaseffect nam de temperatuur op aarde toe en het ijs begon te smelten.

Afbeeldingsresultaat voor pannotia supercontinent
Kratons dreven uit elkaar door de voortdurende tektonische golvende bewegingen en brachten gedurende miljoenen jaren nieuwe continenten bij elkaar. Soms in het poolgebied, dan weer rond de evenaar. 600 miljoen jaar geleden was dit de formatie van Pannotia, waarvan het bestaan betwist wordt. (klik op afbeelding)

Het supercontinent Pannotia kwam in feite tot stand toen Rodinia zichzelf binnenstebuiten keerde. In plaats dat Laurentia het centrum van dit supercontinent werd, zoals het geval was met Rodinia, stond Afrika centraal, omringd door de rest van Gondwana (India, Antarctica, Australië, Madagascar, Arabië en Zuid-Amerika). Dit gebeurde omdat Pannotia werd gevormd door de subductie van uitwendige oceanen (die Rodinia uit elkaar haalde en Pannotia samen duwde). Pannotia was relatief kortdurend en kwam ongeveer 650 miljoen jaar geleden samen met de Pan-Afrikaanse orogenie (gebergtevorming) en brak toen ongeveer 560 miljoen jaar geleden uit elkaar met de opening van de Iapetus Oceaan.
Gedurende de periode zweefde Laurentia, Baltica en Siberië rond de buitenranden van Pannotia maar in dezelfde positie als zij hadden genoten in Rodinia. Het uiteenvallen van Pannotia en de opening van de Iapetus Oceaan leidden tot de explosie van het leven in het Cambrium, aangezien de oceaanbassins wijd verspreidden met de ondiepe continentale plankmarge die de verspreiding van enorme aantallen soorten planten en dieren in zee toeliet.

Afbeeldingsresultaat voor cambrische explosie
‘Cambrische explosie’ een achterhaald begrip. (klik op afbeelding)

Met de opening van de Iapetus Oceaan, Baltica en Siberië gescheiden van Laurentia en dreef in een tegenovergestelde richting. De Iapetus Oceaan sloot opnieuw in de vorming van het kleine supercontinent Laurasia ongeveer 420 miljoen jaar geleden. Laurasia werd later het noordelijke onderdeel van Pangaea.

Ongeveer 400 miljoen jaar geleden botste daarna Laurentia, dat vanzelfsprekend na miljoenen jaren ’n andere ligging had verkregen, tegen het continent Baltica. Hierbij vond orogenese plaats. Deze gebergtevorming wordt de caledonische_orogenese genoemd. De botsing zorgde voor het ontstaan van een gebergte, dat zich van de provincie Brabant tot in het zuiden van Engeland uitstrekte: Het Massief van Brabant is een reeks van plooien (en dus ondergrondse golvingen!).

Golvend Massief van Brabant.
Deze kaart illustreert het uiteenvallen van het supercontinent, Rodinia, dat 1100 miljoen jaar geleden ontstond. Het late Precambrium was een ‘Ice House’-wereld, net zoals het nu is/was met een bevroren Noord- en Zuidpoolgebied.
Alle zuidelijke continenten samen hebben ooit één geheel gevormd. India, Antarctica en Zuid-Afrika bevonden zich 140 miljoen jaar daarvóór rond de evenaar (zie kaart erboven). Het supercontinent Gondwana bevond zich vlakbij de zuidpool.
Gondwana lag rond de plek van het huidige Antarctica, maar het klimaat was redelijk mild. De blauwe stip is de Zuidpool.

De naam Gondwana komt van het gebied Gondwana in India, omdat één van de eerst gevonden rotsformaties van dit supercontinent in dat gebied zijn onderzocht. Om inzicht te krijgen in een vele miljoenen jaren lang proces van plaattektoniek:

Gondwana begon in het late Jura (ongeveer 160 miljoen jaar geleden) uiteen te vallen, toen Afrika zich losmaakte en langzaam naar het noorden begon te bewegen. Het volgende grote blok dat afbrak was India, samen met Madagaskar, in het vroege Krijt (ongeveer 125 miljoen jaar geleden). Later maakte India zich los van Madagaskar en dreef naar het noorden. Australië brak 96 miljoen jaar geleden van Antarctica af en Nieuw-Zeeland volgde ongeveer 80 miljoen jaar geleden.

Van het late krijt ga ik nu ‘even’ 161 miljoen jaar terug, toen in het late Perm, het grootste en het meest tot de verbeelding sprekende supercontinent Pangea was gevormd.

Vanaf 600 miljoen jaar geleden brak het vorige supercontinent Rodinia geleidelijk in verschillende kleinere delen uiteen. Uiteindelijk werd uit deze delen 300 miljoen jaar later, Pangea gevormd, dit gebeurde tijdens de hercynische_orogenese. Wat de Caledonische orogenese deed met het Massief van Brabant, deed de Hercynische orogenese met de Ardennen. Veel gebergten die bij de vorming van Pangea gevormd werden bestaan nog steeds, voorbeelden hiervan zijn de Oeral en de Appalachen.
Oeralgebergte in Rusland. Een van noord naar zuid gevormd gebergte met een lengte van 2500 km. Het was het gevolg van een beweging naar het zuidwesten van de Siberische plaat, waarbij de kleinere landmassa Kazachstanië bekneld raakte tussen deze plaat en het bijna samengestelde supercontinent Pangea.
Appalachen in oosten van N-Amerika heeft een lengte van 2400 km. Het reliëf vertoont ’n oude plooiing, waarbij de geplooide lagen overspoeld werden door de zee, afgevlakt werden en bedekt werden met nieuwe sedimentlagen. Na opheffing vormden zich een nieuw rivierpatroon. Zie kaart: Het Central Pangean-gebergte

Gebergtevorming zie ik als een golvende voortplanting van gesteentelaag over gesteentelaag in proces van ’n continentale verschuiving gedurende vele miljoenen jaren. Hierbij ontstaan glooiingen en steile hellingen.

Gebergtevorming wordt orogenese genoemd. Gebergten van betekenis worden doorgaans gevormd door het botsen van tektonische platen. De tektonische krachten zijn sterk genoeg om gebergteketens te vormen van kilometers hoog. De spanningen tussen de platen waren er al vanaf de prille wrijvingen die de eerste continenten bij elkaar dreven en zullen in de verre toekomst eenzelfde spanningsveld meedragen met voortdurende plate-tectonics (men vindt dat er perse muziek bij moet?!)

In de aardgeschiedenis hebben drie hoofdfases plaatsgevonden waarbij de meeste gebergten zijn ontstaan. Tijdens de Caledonische orogenese werden in het Paleozoïcum onder andere de Appalachen gevormd. In de Hercynische orogenese tijdens het boven Carboon werden diverse gebergten gevormd die inmiddels weer zijn verdwenen door erosie. Gesteentenresten zijn op sommige plaatsen nog terug te vinden en worden gebruikt voor datering van de oorspronkelijke gesteenten.

De Alpiene Orogenese begon halverwege het Krijt-tijdperk, en duurt in feite nog steeds voort. Bij de botsing van de Afrikaanse en Euraziatische plaat, ontstonden de eerst de Alpen, vervolgens de Karpaten, de Kaukasus en de gebergten in Turkije en Iran. De Middellandse Zee werd gevormd toen de tektonische platen van Afrika en Europa met elkaar botsten. Dit veroorzaakte een scheur waardoor het water van de Atlantische Oceaan in het Mediterraans gebied stroomde. Dit was de grootste overstroming ooit, deze duurde 2 jaar en de zeespiegel steeg met 10 meter per dag!

Bij de botsing van de twee platen werden ook gebergten op het Iberisch schiereiland en de Pyreneeën gevormd. In Noord-Afrika werd door de botsing het Atlasgebergte gevormd.

Tijdens de Alpiene Orogenese, waarin de Alpen hun vorm kregen, tilde de botsing tussen de beide platen ook het Ardennengebied naar zowat 700m hoogte. Op de kaart is ook duidelijk te zien, dat tijdens deze platenbotsing ook het Zwitserse- en Oostenrijkse hooggebergte zich heeft kunnen vormen.

Afbeeldingsresultaat voor geologie ardennen
De Ardennen werden omhooggeduwd door de hercynische_orogenese tijdens het Carboon, 300 miljoen jaar geleden, door het naar elkaar toe bewegen van de supercontinenten Gondwana en Euramerica.

Atlasgebergte

Het Atlasgebergte ligt in het noordwesten van Afrika en loopt van west naar oost door Marokko, Algerije en Tunesië. De hoogste toppen reiken tot boven 4.000 meter

Het gebergte is grotendeels het resultaat van de alpiene gebergtevorming, in het Krijt 70 miljoen jaar geleden.Tijdens de Hercynische orogenese zorgde de botsing tussen Gondwana en Laurazië voor de vorming van een lange bergketen (zoals bij de Himalaya) De Anti-Atlas zijn daarvan de restanten. De actieve orogenese strekte zich uit over een tijdsspanne van ongeveer 90 miljoen jaar.

De bergketen kan onderverdeeld worden in meerdere gebergten. De grootste en belangrijkste zijn, grofweg van west naar oost: Anti-, Hoge- en Midden-Atlas. De geologische sokkel, het grondgebergte van het Atlasgebergte, is ontstaan tijdens het Precambrium. De uitbreiding van het Atlasgebergte kwam 400 miljoen jaar later.

Het grondgebergte (de sokkel) werd 650 miljoen jaar geleden al gevormd

400 miljoen jaar later. Pangea heeft zich gevormd. Het Central Pangean-gebergte was een uitgestrekte bergketen. Restanten hiervan zijn de Appalachen en Anti-Atlas.
Het Centraal Pangea Gebergte werd gevormd als gevolg van een botsing tussen Laurazië (ofwel Euramerica) en het Supercontinent Gondwana tijdens de vorming van Pangea.

Het Himalaya-gebergte en het Tibetaanse Hoogland

Afbeeldingsresultaat voor mount everest
Een regio in het Himalayagebergte zou tegen het einde van de eeuw bijna helemaal vrij van gletsjers kunnen zijn, blijkt uit een nieuw onderzoek. Een mogelijke stijging van de sneeuwgrens naar 7000 meter, zou 90% van het huidige gletsjergebied blootleggen en smelten. De sneeuwophopingen zouden dan tijdens de moesson ernstig]] beperken. Nu ligt die grens tussen 3.200 en 5.500 meter.

Het Himalaya-gebergte is ontstaan toen een supercontinent uiteen viel in meerdere delen. Het gedeelte dat e nu kennen als India, is toen met hoge snelheid naar het noorden gedreven en is met volle snelheid op een groter continent, Eurazië geklapt.

Deze afbeelding heeft een leeg alt-attribuut; de bestandsnaam is ontstaan-hymalaya.jpg
Nog altijd bouwt zich een enorme spanning op tussen de platen. Als die spanning vrijkomt, voelt dat als een aardbeving. Het gebeurt bij de Himalaya nog steeds redelijk vaak, doordat de Indische plaat zo groot is.
Uit een simulatie blijkt dat dit soort bergen ontstaan bij een botsing tussen twee aardplaten die niet onder elkaar schuiven, maar met de zijkanten tegen elkaar blijven liggen.
De bergen worden daardoor als het ware uit de grond ‘geperst’ van het continent dat de klap opvangt.
Afbeeldingsresultaat voor mount everest
Mount Everest is 8848 meter hoog en ligt op de grens van Nepal en Tibet.
Uit een nieuw onderzoek blijkt, dat een regio in het Himalayagebergte, de thuisbasis van de iconische top van de Mount Everest, tegen het einde van de eeuw bijna helemaal vrij van gletsjers zou kunnen zijn.
Afbeeldingsresultaat voor Himalaya's ijskappen smelten - Geografie.nl
Himalaya’s ijskappen smelten

Waarom-is-Andes-berg-en-geen-zee?

Afbeeldingsresultaat voor raadsel andesgebergte ontrafeld
De Andes is een wat merkwaardige bergketen. Mysterie ontrafeld: waarom het ‘onmogelijke’ Andesgebergte tóch bestaat
nieuwe-theorie-over-vorming-Andes. De vrij vlakke topografie van de Andes lijkt er op te wijzen dat er een zeer visceuze stroming van korstmateriaal ook een grote rol heeft gespeeld.
Afbeeldingsresultaat voor Nieuwe theorie over vorming Andes
De Andes vanuit de ruimte. Het raadsel van de vlakke aardplaten onder het Andesgebergte ontrafeld.
Gerelateerde afbeelding
De Naczaplaat duikt onder de Zuid-Amerikaanse Plaat, en veroorzaakt daarmee veranderingen in de stroming van de mantel. In computersimulaties werd duidelijk, dat de verstoorde mantelstroming Zuid-Amerika naar het westen dreef, en de duikende Nazca-plaat op sommige plekken terug naar het oppervlak duwde, waardoor de Andes omhoog rimpelde.

Machu Picchu in het Andesgebergte

Machu Picchu — the ancient city of the Inca Empire.
With special thanks to AirPano
www.airpano.com/360photo/Machu-Picchu-Peru

De stad Machu Picchu is voornamelijk opgetrokken uit graniet. Onderzoek vond twee mijnen in de nabijheid waar het graniet vandaan kwam. Het graniet is een stollingsgesteente dat geïntrudeerd (het magma is in vast gesteente binnengedrongen) en gestold is tussen het late Perm en het midden Jura, zo’n 200 miljoen jaar geleden. In die tijd was er een rift die min of meer gelijk loopt met de hedendaagse Andes. Een rift is een gebied in een continent waar aardkorst-verdunning plaatsvindt. De plaatbeweging is er divergent, uit elkaar bewegend. Onder invloed van dit proces wordt een langgerekte laagte in het landschap gevormd, een riftvallei verzonken of ingedrukt beneden het omliggende gebied.

Tijdens het Eoceen (150 miljoen jaar later), transformeerde dit riftsysteem ten gevolge van de (in feite) nog steeds voortdurende Alpiene orogenese. De transformatie zorgde ook voor heel wat breuken. Machu Picchu is gelegen tussen twee breuklijnen waardoor ze in een slenk ligt, een tektonische vallei ontstaan door twee ‘evenwijdige’ afschuivingsbreuken waarbij delen van een planeetkorst uit elkaar worden getrokken. Je zou kunnen zeggen, dat het omhoog bewogen gebergte waar Machu Picchu en de Huayna Picchu, een horst vormt met steile hellingen.

Rocky Mountains

Met zijn 4401 m is Mount Elbert de hoogste berg van de Rocky Mountains

De Rocky Mountains worden over het algemeen gedefinieerd als zich uitstrekkend van de Brits-Columbia in het noorden tot New Mexico in het zuiden.
De gesteenten die in de Rocky Mountains aan het oppervlakte liggen werden gevormd vóórdat de bergen omhoogkwamen door tektonische krachten.
De basement van de Rockies werd 1,7 miljard jaar geleden golvend neergelegd: rockies-thrust-up-national-geographic.
Het oudste gesteente is op grote diepte gemetamorfoseerd in het Precambrium onder hoge druk en zeer hoge temperatuur. Het is de kern van het Noord-Amerikaanse continent.

De opbouw van de Rocky Mountains werd veroorzaakt door een ongewone subductie, waarbij een plaat onder een kleine hoek naar beneden dook onder de Noord-Amerikaanse plaat. Deze kleine hoek verplaatste de focus van bergvorming veel verder landinwaarts dan de normale 300 tot 500 km. De kleine hoek van de subductie deed de wrijving en andere interacties met de overrijdende plaat sterk toenemen. Enorme overschuivingen stapelden laag op laag waardoor de Rocky Mountains een buitengewone brede en hoge vorm hebben gekregen.

Gedurende het late Precambrium, 650 miljoen jaar geleden, lag westelijk Noord-Amerika onder een ondiepe zee. De planeet was een ‘Ice House’-wereld, met Europa 0p de Zuidpool!!
De huidige zuidelijke Rockies werden opwaarts gedwongen door de sedimenten van de voorlopers van de Rocky Mountains uit het Perm (300 miljoen jaar geleden). Dergelijke sedimenten werden vaak gekanteld onder steile hoeken langs de flanken van de huidige bergketen en ze zijn nu zichtbaar op veel plaatsen in de Rockies.

De Laramide orogenese was een periode van bergvorming in het westen van Noord- Amerika, die duurde van 80-50 miljoen jaar geleden. Tijdens deze orogenese werden de Rocky Mountains gevormd, maar de orogenese heeft invloed gehad van Mexico tot Alaska. Onmiddellijk na de Laramide orogenese waren de Rockies te vergelijken met het huidige Tibetaans Plateau, een hoogvlakte. In de laatste 50 à 60 miljoen jaar heeft erosie het gebergte afgesleten en het huidige landschap van de Rocky Mountains gevormd. De erosie heeft een grote verscheidenheid aan gesteenten blootgesteld aan het oppervlak. Dit is zichtbaar gemaakt in het filmfragment.

Monument Valley.
De vallei, gelegen op het Colorado Plateau op een hoogte van zo’n 1700 meter, bestaat uit zandsteen en siltsteen (een overgangsgesteente van kwarts en klei). De karakteristieke rode kleur is te danken aan het in de bodem aanwezige ijzeroxide. Door erosie van de bodem hebben zich zandsteenformaties gevormd die tussen de 100 en 300 meter hoog zijn.
Het gebied rond Monument Valley was eens een laagland. Gedurende miljoenen jaren werd er, door erosie van de toen nog jonge Rocky Mountains, materiaal gedeponeerd waardoor langzaamaan een plateau ontstond dat bijna 5000 meter boven zeeniveau reikte.
Tijdens de laatste 50 miljoen jaar is veel van dit materiaal op zijn beurt weer geërodeerd. De zachtere lagen waren meer aan erosie onderhevig dan de hardere gesteenten.

Grand Canyon

How-the-Grand-Canyon-formed. De Grand Canyon vormde zich vanaf 17 miljoen jaar geleden. In de kloof stroomt de rivier de Colorado, die zich in de loop van miljoenen jaren tot een diepte van 1600 m. in het gesteente heeft uitgesneden. De Grand Canyon is bijna 450 km lang en heeft een variërende breedte tot bijna 30 km.
De bron van de Colorado rivier ligt in de Rocky Mountains.

De Colorado-rivier is een 2300 km lange rivier in Noord-Amerika die door delen van de Verenigde Staten en Mexico stroomt.

De rivier begint in Rocky Mountain National Park, gelegen in de noordelijke regio van de Amerikaanse staat Colorado. De bovenloop lijkt heel anders dan de meer bekende delen van de rivier. In feite is de start van de Colorado-rivier slechts een kleine afwateringslijn die wordt gevoed door een natte weideomgeving in het park. De primaire waterbron van deze weide is het meer La Poudre Pass. Het oppervlak van het meer heeft een hoogte van 3048 m boven de zeespiegel in een bergpas. De Colorado-rivier loopt door vijf Amerikaanse staten en twee Mexicaanse staten voordat ze aankomt in de Golf van Californië.

Gerelateerde afbeelding
Moeilijk te geloven, dat de machtige Colorado-rivier hier ergens ontspringt!
De horizontaal gelegen gesteentelagen hebben een ouderdom tussen de 250 miljoen en 1,7 miljard jaar, van respectievelijk boven- tot onderaan. Deze lagen zijn al veel eerder gevormd dan de kloof zelf en waren al versteend voordat de insnijding begon. De meeste gesteenten zijn afgezet in een toenmalige oceaan, gezien het sedimenttype en de fossielen die erin worden gevonden.

In de loop van miljoenen jaren heeft het water van de Colorado deze kloof in het landschap vorm gegeven. Deze extreme erosie werd mogelijk doordat het gebied waarin de kloof ligt steeds verder omhoog rees. De Colorado erodeert ongeveer 16 cm per 1000 jaar. Het gesteente dat nu bloot komt te liggen is volgens metingen circa 2 miljard jaar oud. De geologische structuur is onderdeel van de Grand Staircase.

Rode punten van links naar rechts zijn: Pink Cliffs, Grey Cliffs, White Cliffs, Vermilion Cliffs, Chocolate Cliffs

Kleuren en leeftijd van de Grand Staircase

De Grand Staircase bestaat uit vijf gekantelde, naar het zuiden gerichte, steile hellingen die traptreden worden genoemd. De trappen van de Grand Staircase worden beschreven in hun kleuren: chocolade, vermiljoen, wit, grijs en roze. De onderste trede is gemaakt van kalksteen en staat bekend als de North Rim Grand Canyon.

  • De onderste laag is de Chocolate Layer – Grand Canyon – Chocolate Cliffs – De noordrand van de Grand Canyon is de oudste laag van de Grand Staircase. Het werd gevormd door zandige Kaibab-kalksteen tussen 200 tot 225 miljoen jaar geleden.
  • Vermillion Layer – Vermillion Cliffs – Deze roodachtige of vermiljoen gekleurde kliffen zijn ongeveer 165 tot 200 miljoen jaar oud. Ze bestaan ​​uit afgezet slib en woestijnduinen.
  • White Layer – White Cliffs – Dit zijn witte torenhoge zandstenen rotsen van Navajo. Deze witte, afgetopte dunne laag werd ongeveer 150 miljoen jaar geleden op de top van de tempelkap gedeponeerd gedurende de tijd dat water door de Navajo-woestijn stroomde en later bedekt door grote zandduinen.
  • Gray Layer – Grey Cliffs – Deze stap bestaat uit zachte krijtachtige leisteen en zandsteen die ongeveer 130 miljoen jaar geleden werd gestort. Het is zo oud als de dinosaurus!
  • De bovenste laag is de Pink Layer – Pink Cliffs – Deze rotsen zijn 50 tot 60 miljoen jaar oud (Claron formation)
Spooky-gulch-reflection-canyon.-grand-staircase-escalante-national-monument. Golvende structuren gestroomlijnd in een proces van vele miljoenen jaren

Ring of fire

Video The-depths-below-ring-of-fire

De Ring van Vuur is een belangrijk gebied in het stroomgebied van de Stille Oceaan, waar een groot aantal aardbevingen en vulkaanuitbarstingen plaatsvinden. In een hoefijzervorm van 40.000 km wordt het geassocieerd met een bijna ononderbroken reeks van oceanische greppels, vulkaanbogen, vulkanische gordels en plaatbewegingen. Het heeft 452 vulkanen (meer dan 75% van ’s werelds actieve en slapende vulkanen). Video Ring-of-fire-abbreviated

Ongeveer 90% van de aardbevingen in de wereld en 81% van ’s werelds grootste aardbevingen vinden plaats langs deze Ring van Vuur. Het hierna volgende meest seismisch actieve gebied (56% van de aardbevingen en 17% van ’s werelds grootste aardbevingen) is de Alpide-gebergtegordel, die zich uitstrekt van Java tot de noordelijke Atlantische Oceaan via de Himalaya en Zuid-Europa.
Alle maar drie van ’s werelds 25 grootste vulkaanuitbarstingen van de afgelopen 11.700 jaar deden zich voor bij vulkanen in de Ring van Vuur. [6]
De Ring van Vuur is een direct gevolg van plaattektoniek: bewegingen en botsingen van lithosferische platen. Het oostelijke gedeelte van de ring is het resultaat van de Nazca-plaat en de Cocos-plaat die onder de naar het westen bewegende Zuid-Amerikaanse plaat bewoog.
De Cocos-plaat wordt onder de Caribische plaat, in Midden-Amerika, ondergedompeld. Een deel van de Pacifische plaat en de kleine Juan de Fuca-plaat bewogen onder de Noord-Amerikaanse plaat.

Antarctica

Gerelateerde afbeelding

But this was the beginning

Om het Supercontinent Rodinia te vormen, 1,1 miljard jaar geleden, botste Laurentia (het huidige Noord-Amerika) op Antarctica. Hierdoor ontstonden
500 miljoen jaar later lag Antarctica op de evenaar

Antarctica is het koudste, droogste, hoogste en meest stormachtige continent. Het beslaat een oppervlakte van 13 miljoen km² – dit is groter dan Europa – en wordt bedekt door bijna 30 miljoen km² ijs – ongeveer 90% van de totale hoeveelheid ijs en 70% van de totale hoeveelheid zoet water op Aarde. Het ijs is gemiddeld 2,5 km dik met een maximale dikte van 4,8 km. Met een gemiddelde neerslag overeenkomend met minder dan 150 mm water is Antarctica een van de droogste woestijngebieden ter wereld. Minder dan 2% van het landoppervlak – het Transantarctisch Gebergte en de bergketens van het Antarctisch Schiereiland – is ijsvrij. De laagste temperatuur ooit gemeten in een weerstation was bij het Vostokstation Russia/Vostok op 1000 kilometer van de Zuidpool: −89,2 °C

Onder het Vostokstation op een diepte van bijna 350 meter ligt het grootste meer van Antarctica onder de ijskappen verborgen.


Het Vostokmeer is een in 1996 ontdekt meer dat zich onder ’n meer dan vier kilometer dikke ijskap bevindt. Met een oppervlakte van 15.690 km² heeft het een gemiddelde diepte van 344 m en een geschat volume van 5400 km³. In mei 2005 werd een eiland ontdekt in het midden van het meer.
Geheime bergketen ontdekt.
Wetenschappers hebben een gebergte onder Antarctica ‘ontdekt’ ter grootte van de Franse Alpen. Het gigantische bergmassief ligt begraven onder ’s werelds grootste ijslaag op vier kilometer diepte.
De onderzoekers moesten tijdens hun expeditie temperaturen van dertig graden onder nul trotseren om dit Gamburtsev gebergte in kaart te brengen. Wat ze daar aantroffen overtrof hun stoutste verwachtingen.
  • Welke tektonische krachten creëerden deze enorme bergketen?
  • Wat gebeurde er nog meer op deze planeet om deze gebeurtenis te activeren?
  • Wanneer zijn deze bergen ontstaan? Was het 500 miljoen jaar geleden of 50 miljoen jaar geleden?
  • Hoe lang zijn de bergen al ingesloten door het ijs?

Een 50-jarig mysterie over hoe bergen onder het Antarctische ijs gevormd zijn, kan eindelijk opgelost zijn. Onderzoekers denken te weten dat het Gamburtsev Subglaciaal gebergte, dat zich onder de enorme Oost-Antarctische ijskap bevindt, mogelijk is ontstaan ​​na een reeks dramatische tektonische gebeurtenissen.
Wetenschappers hebben zich afgevraagd hoe de bergketen in het minst onderzochte gebied op aarde werd gevormd sinds ze in 1958 werden ontdekt.
In de periode 2007-2009 werden de bergen die onder 3 km ijs liggen, geanalyseerd door een team van wetenschappers uit zeven lande, met behulp van gespecialiseerde radar en andere apparatuur aan boord van lichte vliegtuigen.

“Het begrijpen van de oorsprong van de Gamburtsevs was een hoofddoel van onze International Polar Year-expeditie”, aldus Dr. Fausto Ferraccioli, van de British Antarctic Survey en de hoofdauteur van het rapport
“Het was fascinerend om te ontdekken dat het Oost-Antarctische kloofsysteem lijkt op het Oost-Afrikaanse kloofsysteem – en dat dit het ontbrekende stuk van de puzzel is dat het Gamburtsev Subglaciaal gebergte helpt verklaren. Het systeem bleek ook grote subglaciale meren te bevatten. “
Door de gegevens te onderzoeken, ontdekten onderzoekers hoe in de afgelopen miljard jaar een stabiele aardkorst werd gevormd onder de bergen en het kloofsysteem in Oost-Antarctica. Deze kloof strekte zich uit over 3.000 kilometer, helemaal tot aan India.
In het Precambrium, botsten verschillende continenten, waardoor de oorspronkelijke bergen en de stabiele aardkorst ontstonden. Tussen de 250 miljoen tot 100 miljoen jaar geleden, tijdens de tijd van de dinosauriërs, zijn de bergen uiteindelijk geërodeerd en brak het Gondwana-supercontinent, inclusief Antarctica, waardoor de stabiele aardkorst door tektonische krachten werd opgewarmd. Dit veroorzaakte later extra opheffing, dus om opnieuw bergen te vormen , die werden geconserveerd door de enorme ijskap. Met 10 miljoen km² zo groot is als Canada. Gletsjers en rivieren vormden diepe valleien die de toppen omhoog trokken om het verbazingwekkende landschap te vormen dat wordt vergeleken met de Alpen op het Europese continent.

Het Transantarctisch Gebergte is een van de grootste bergketens ter wereld. De bergketen heeft een lengte van 4800 kilometer. Het verdeelt Oost- en West-Antarctica.

Het Transantarctisch Gebergte is ongeveer 65 miljoen jaar oud, veel ouder dan andere bergketens op Antarctica, die voornamelijk vulkanisch van oorsprong zijn. De bergen bestaan voornamelijk uit sedimentair zandsteen, afgezet door wind, water en ijs, en uit een stollingsgesteente (doleriet), dat zich ongeveer 400 miljoen jaar geleden gevormd heeft (door stolling van magma).

Afbeeldingsresultaat voor mount kirkpatrick antarctica
De top van het Transantarctisch Gebergte is Mount Kirkpatrick en is 14.865 meter hoog.
Tallest Mountains in Antarctica
Antarctische circumpolaire stroom (Westenwinddrift). Door de stroming kan warm oceaanwater niet in de buurt van het continent komen, waardoor het klimaat er koud blijft en de ijskap Antarctica kon blijven bestaan
De thermohaline-circulation laat duidelijk zien hoe dit gebeurd.

Kenmerkend voor gletsjers is dat ze bewegen onder hun eigen druk, als heel langzaam stromende rivieren. Gletsjers bedekken circa 15 miljoen km² aardoppervlak, dat komt overeen met ongeveer 10 % van het landoppervlak.

Als het warmer wordt, trekt de gletsjer zich terug naar hoger gelegen gebied, totdat een nieuw evenwicht is bereikt. Als het kouder wordt, breidt de gletsjer zich juist verder naar beneden uit. Omdat het klimaat van jaar tot jaar erg variabel is, zijn gletsjers eigenlijk nooit echt in evenwicht: onder invloed van natuurlijke veranderingen in sneeuwval en temperatuur passen ze voortdurend hun dikte en lengte aan.

De leidende theorie van de grote contrasten in zeeijs in het Antarctisch gebied is het verschuiven van heersende winden, waardoor de vorming van zeeijs op bepaalde plaatsen wordt gestimuleerd. Een andere verklaring wijst op de toegenomen smelt van de Antarctische ijskap, waardoor zich meer zoetwater met een hoger smeltpunt in de bovenste oceaanlagen rond Antarctica bevindt.

Ik zal hier uitgebreider ingaan in m’n volgende blog over klimaatverandering in de afgelopen 2,5 miljard jaar. Maar hier geef ik alvast aan, dat er twee uiteenlopende meningsverschillen zijn, twee tegenpolen die ik ‘Polaire meningen’ zou willen noemen. Dit wordt geïllustreerd met de volgende twee uitersten: enerzijds is-er- nog-niets-aan-de-hand-met-het-klimaat van de gerenommeerde geoloog Salomon Kroonenberg” en anderzijds lees je: ‘De verhalen van Salomon Kroonenberg zijn een wetenschapper onwaardig’ in de klimaatwetenschappelijk verantwoorde benadering over Klimaatverandering.

Mid-Oceanische ruggen

Dit is weliswaar op het aardoppervlak. Mid-Atlantische ruggen zijn ook langgerekte, hoger gelegen structuren op de oceaanbodem, die wel als ’n soort bergketens kunnen worden gezien.
Mid-oceanische ruggen
Langgerekte, hoger gelegen structuren op de bodem van oceanen.

De mid-oceanische ruggen zijn ontstaan na het uiteenvallen van het supercontinent Pangea.

Bij de oceanische ruggen bewegen verschillende platen van elkaar af, zijn divergerend. Het gevolg is dat er een ruimte ontstaat tussen de platen, dat zal worden opgevuld door gloeiend magma uit de laag onder de 80 km dikke lithosfeer. De magma zal aan het oppervlak stollen, waardoor een nieuwe oceanische korst zal worden gevormd. Op mid-oceanische ruggen komt veelvuldig vulkanisme voor.

Omdat de platen uit elkaar blijven bewegen, zal het proces door blijven gaan, waarbij steeds nieuwe lithosfeer worden gevormd bij de oceaanruggen. Men noemt in de platentektoniek een mid-oceanische rug daarom een spreidingszone. Het proces waarbij op spreidingszones oceanische korst wordt gevormd is oceanische spreiding.

De Mid-Atlantische Rug is een grotendeels onder water liggende bergketen. De rug strekt zich zo’n 330 km van de Noordpool uit tot het eiland Bouvet niet ver van Antarctica. Daarmee is het de langste bergketen ter wereld. Op sommige plekken komt de rug boven water uit in de vorm van eilandjes. Hoewel op sommige plaatsen vulkanische eilanden boven water uitsteken, ligt bij IJsland, de scheiding tussen de tektonische platen boven water.

In Þingvellir Nationaal Park in IJsland vind je een wel heel bijzondere kloof. Het is dé scheiding tussen het Noord-Amerikaanse en het Euraziatische continent. (zal ik vervangen door eigen foto)

Het gebied van Ðingvellir bevindt zich op de scheidingslijn van de Noord-Atlantische en Euraziatische platen, en schuift hier zeer geleidelijk uit elkaar. Dat het op de scheidslijn van twee platen ligt, maakt meteen ook duidelijk waarom het gebied zo vulkanisch actief is en er veel aardbevingen/bevinkjes zijn: de Aarde is hier voortdurend in beweging. De riftvallei loopt hier van het zuidwesten naar het noordoosten en varieert in breedte tussen de 25 km en 10 km. Het gebied is zichtbaar als parallel lopende kloven, met reusachtige rotsblokken langs de vallei, die zich met een onmerkbare snelheid van ongeveer 7 mm per jaar elkaar verwijderen.

Bovendien bevindt IJsland zich ook nog ’n op een hotspot. De plaats van de hotspot ligt vast door de plaats van de mantelpluim. Mogelijk worden hotspots veroorzaakt door een extensie (rekspanning) van de lithosfeer waardoor er een ‘verdunning’ ontstaat en dus een zwakke plek.
Mantelpluim

Hotspots komen niet noodzakelijk voor aan de randen van de platen. Ze zijn het gevolg van de hogere warmtestroom boven plekken waar opwaartse stroming in de mantel plaatsvindt. Doordat de plaat (die zich boven de warmere plek bevindt) beweegt, verplaatst het aardoppervlak zich ten opzichte van de hotspot. Hierdoor kan er zich in de loop der tijd een rij vulkanen ontwikkelen aan het aardoppervlak. De Hawaï-eilanden zijn op die manier gevormd.

De Hawaï-eilanden zijn liggen ook op een oceanische rug. De eilanden zijn een onderdeel van de Hawaï-Emperorketen. Een keten van zo’n 80 schildvulkanen/vulkanische eilandjes.

Alle zeeën en oceanen zijn verbonden door een samenhangend systeem, een golvende structuur van submariene gebergten en stromingen.

Thermohaline-circulation
Thermo refereert aan temperatuur en halien aan zout.

Met name in de Atlantische Oceaan lijkt de huidige circulatie de minst krachtige in 1600 jaar. Volgens de onderzoekers komt dat door de aanvoer van zoetwater van smeltende gletsjers op Groenland, sinds het einde van de Kleine IJstijd. Warm water verdampt en wordt daardoor zouter en zwaarder, maar met de extra aanvoer van zoet water zinkt het minder snel naar de diepte.

Globale oceanische circulatie

Aan de oppervlakte van de Atlantische Oceaan stroomt warm water van de evenaar naar het noorden. Dit water koelt onderweg af. Daarnaast verdampt meer water dan dat zoet water wordt toegevoegd, waardoor het water richting het noorden steeds zouter wordt. Hoe zouter en kouder het water, hoe hoger de dichtheid ervan. Om die reden zinkt het in het hoge noorden naar de diepte, waarna het terug naar het zuiden vloeit. Doordat dit systeem wordt aangedreven door temperaturen en zout, heet het ‘thermohaliene circulatie’, waarbij thermo refereert aan temperatuur en halien aan zout. Hierdoor ontstaat een lopende band van zeewater die warmte naar het noorden transporteert en ons klimaat verwarmt.

Wat als de circulatie stilvalt of stagneert?

De voor het Europese klimaat cruciale Warme Golfstroom kan in een warmer wordend klimaat wel ‘ns dreigen stil te vallen. Door de draaiing van de aarde ontstaan op de oceanen grote windgedreven wervels of draaikolken. Die wervelstromen zullen niet stilvallen, tenzij je de draaiing van de aarde stopzet. Maar het afzinken van ‘zwaar water’ kan echter wél stoppen. Zoet water lichter is dan zout water. In de Labradorzee (tussen Oost-Canada en Groenland) komt relatief zoet water uit de Arctische Oceaan terecht, en zoet smeltwater van het ijs op Groenland. Veel zoet water op de bovenlaag van de zee maakt het afgekoelde water weer lichter, zodat het niet zinkt. Dat proces kan heel abrupt stoppen. Als dat gebeurt, heeft dat effect op het klimaat in onze regio.

Kan Nederland afkoelen door opwarming van de aarde? Wie dat wil begrijpen, moet weten hoe de Atlantische Oceaan de temperatuur in West-Europa beïnvloedt. Aan de oppervlakte van de Atlantische Oceaan stroomt warm water van de evenaar naar het noorden. Dit water koelt onderweg af. Daarnaast verdampt meer water dan dat er zoet water wordt toegevoegd, waardoor het water richting het noorden steeds zouter wordt. Hoe zouter en kouder het water, hoe hoger de dichtheid ervan. Om die reden zinkt het in het hoge noorden naar de diepte, waarna het terug naar het zuiden vloeit. Doordat dit systeem wordt aangedreven door temperaturen en zout, heet het ‘thermohaliene circulatie’, waarbij thermo refereert aan temperatuur en halien aan zout. Hierdoor ontstaat een lopende band van zeewater die warmte naar het noorden transporteert en ons klimaat verwarmt. Die lopende band heet de ‘Atlantic Meridional Overturning Circulation’, afgekort AMOC.

We zagen al: hoe zouter en kouder het water, hoe hoger de dichtheid ervan. Om deze lopende band aan de gang te houden, is het belangrijk dat de dichtheid van water in het noorden hoog genoeg is om naar de bodem te zakken.

Maar als de oceaan minder afkoelt door een warmere atmosfeer, neemt de dichtheid van het water af. Als daarnaast de ijskappen rond de Noordpool afsmelten en de hoeveelheid regen door klimaatverandering toeneemt, wordt de noordelijke oceaan zoeter. Zoet water heeft een lagere dichtheid dan zout water, waardoor het water nog langzamer zinkt. Door dit alles vertraagt de lopende band en vermindert het warmtetransport naar het noorden.

De warmte die niet meer naar het noorden komt, blijft hangen in het zuiden. Daar vindt een versterking van de opwarming plaats. Afhankelijk van allerlei details kan dat betekenen dat de Antarctische ijskap sneller afsmelt, waardoor de zeespiegel harder stijgt.

In een andere blog ga ik hier dieper op in.

Het elementaire bewustzijn

Afbeeldingsresultaat voor periodiek systeem
  • Elektronen zoeken hun eigen welbepaald plekje in een baan om de kern. Mogelijk zijn ze zich elementair bewust van hun omgeving en de invloed die ze hebben op de chemische eigenschappen van het te vormen element.

Op de animatie is duidelijk de opbouwende grootte te zien van de elementen. Negatief geladen elektronen voegen zich toe aan het atoom. De negatief geladen elektronenwolk rond de kern compenseert de positieve lading van de kern zodat het atoom als geheel elektrisch neutraal is.

Elektronenschillen zijn denkbeeldige banen om een atoomkern waarin zich de elektronen bevinden. De verdeling van de elektronen over de elektronenschillen wordt de elektronenconfiguratie genoemd, en voor elk element typerend. Deze configuratie geeft aan hoe de elektronen verdeeld zijn in banen rondom de kern van het atoom. Valentie-elektronen zijn de elektronen die zich bevinden in de buitenste schil van de elektronenwolk van een bepaald atoom. Valentie-elektronen zijn cruciaal bij chemische bindingen tussen atomen.

aljevragen.nl.atoombindingen

Als in de elektronensamenstelling van een element slechts één elektron wordt opgenomen verandert de samenstelling van de elektronen zodanig, dat er een ander element ontstaat: elementaire deeltjes beïnvloeden elkaar in een vervalproces van radioactiviteit: ze zijn zich, mijns inziens, bewust van het verval.
Een neutron kan vervallen tot een proton en een elektron. Het atoomnummer is door het extra proton één hoger geworden. Dit is overigens hoe de opbouw van het hele periodiek systeem verloopt.

De eerste twee elementen ga ik wat ruim uitlichten, omdat waterstof en helium de twee oer-atomen zijn, die het hele stellaire proces in gang hebben gezet. De allereerste sterren in het universum zijn gevormd door het samensmelten van waterstof en helium. Hierna kwam de stellaire nucleosynthese opgang (=stellaire samenstelling), 200 miljoen jaar later in de gevormde sterren. De supernovae nucleosynthese, vele honderden miljoenen jaren later, zegt iets over de vorming van elementen tijdens de explosies van supernova’s. In een type Ia supernova, veroorzaakt door exploderende witte dwergsterren die te zwaar zijn geworden, kan op deze wijze magnesium tot en met nikkel ontstaan, in type II supernovae, zeer zware sterren die na de ijzerverbranding exploderen, kunnen nog zwaardere elementen vormen, waarbij heel snel neutronen worden ingevangen.

Mijn bronnen: Dynamisch Periodiek Systeem // Chemistry Explained // uitleg periodiek systeem C3

1. Waterstof (H)

Waterstof

Atoomstraal 37 picometer = 37 miljardste mm. Atomaire massa van waterstof is 1,007 u.
u = atomic mass unit = het gewicht van het aantal protonen en neutronen samen (elektronen wegen amper iets).
De massaeenheid wordt gedefinieerd als 1/12 van de massa van één koolstof-12atoom
met het minuscule gewicht van 10−27 kg
Waterstof is het meest voorkomende element in het universum. Bijna negen van de tien atomen in het universum zijn waterstofatomen. 1 Valentie-elektron // orbitalen 1s1
Elektronenwolk met orbitalen

Valentie-elektronen zijn cruciaal bij chemische bindingen tussen atomen. Het aantal valentie-elektronen bepaalt de bindingsmogelijkheden van een atoom.
De valentie-elektronen bevinden zich in de buitenste baan. Elk element heeft een eigen verdeling van elektronen, die zich bevinden in wel bepaalde orbitalen (banen).

Waterstof is het eenvoudigste van alle elementen met slechts één proton en één elektron. In 1766 werd door de Engelse chemicus en natuurkundige Henry Cavendish bewezen dat water een verbinding is van waterstof en zuurstof, toen hij experimenten uitvoerde met kwik. Hij vermoedde dat het metaal de bron van het gas was. Daarom noemde hij zijn nieuw ontdekte element brandbaar gas van metalen. Enkele jaren later gaf Antoine Lavoisier waterstof de huidige Latijnse naam hydrogenium. 

Onder atmosferische omstandigheden vormt waterstof een twee-atomig molecule: diwaterstof = moleculaire waterstof (H2) dat meestal gewoon als waterstof of waterstofgas aangeduid wordt.

Fysische eigenschappen waterstof

Onder extreem hoge druk, bijvoorbeeld in gasreuzen zoals de planeten Jupiter en Saturnus, komt metallische waterstof voor. Dit komt doordat de metallische moleculen (in dit geval moleculair waterstof) onder extreem hoge drukzich gaan gedragen als een vloeibaar metaal.

Koude gaswolken van waterstof die langzaam maar zeker samenklonteren tot sterren als de zon.

Bij extreem lage druk, zoals voorkomt in de ruimte tussen de sterren, komt waterstof vooral voor in de vorm van losse atomen, eenvoudig omdat er geen gelegenheid is om zich tot een molecuul te combineren.

  • De gebieden in het heelal waar moleculen ontstaan zijn daar veel te koud voor: de temperatuur ligt daar rond de 260 graden onder nul. Dat betekent dat de atomen niet snel genoeg bewegen om de reactiebarrière te overwinnen.

Het is verbazingwekkend dat er in de ruimte tóch moleculen gevormd worden. De ruimte is biljoenen malen ijler dan lucht. Dat maakt de kans dat twee atomen elkaar tegenkomen en een molecuul kunnen vormen erg klein. En zelfs als een molecuul gevormd wordt, valt deze meestal weer snel uit elkaar omdat er bijna nooit een ander molecuul in de buurt is om het overschot aan energie weg te vangen. Dat er toch moleculen in de ruimte worden gevormd, komt waarschijnlijk door de stofdeeltjes die in bepaalde gebieden zweven en waarop losse atomen en moleculen blijven plakken. De kans dat atomen een ander atoom op een stofdeeltje tegenkomen is daardoor veel groter dan in de omringende ruimte. Ook kan het stofdeeltje de energie opvangen die vrijkomt als een molecuul gevormd wordt, zodat het nieuwe molecuul kan afkoelen en stabiliseren. Maar daarmee kan nog niet alles verklaard worden.

2. Helium (He)

Helium
Atoommassa
4,0026 u
0 Valentie-elektronen // Orbitaal 1s2
Edelgassen gaan nauwelijks verbinding aan met enig ander element, vandaar geen valentie-elektronen. 

Helium is een edelgas, omdat edelgassen per definitie niet of nauwelijks reageren met andere stoffen. Deze zeer geringe reactiviteit wordt veroorzaakt door de stabiele elektronensamenstelling. Uit de (edelgas)elektronenconfiguratie blijkt dat edelgassen nul valentie-elektronen hebben. Er zijn dus geen elektronen beschikbaar om een gemeenschappelijk elektronenpaar te vormen met een ander atoom. Er zal dan ook geen reactie optreden.
Deze configuratie is een energetisch gunstige configuratie, die in wezen ook nagestreefd wordt door alle atomen in hun verbindingen. Dat is de grond voor de octetregel en de 18-elektronenregel met betrekking tot het aantal valentie-elektronen van de atomen in hun verbindingen.

Het vroege heelal bestond uit een hete soep van losse protonen en neutronen. Door middel van nucleosynthese (kernfusie) in het vroege heelal kon helium worden gevormd. Er waren oorspronkelijk geen andere elementen dan waterstof met slechts één proton. Doordat het echter zo heet was, bevatten de protonen en neutronen in het jonge heelal veel energie, en tijdens een botsing konden ze daarom fuseren tot zwaardere elementen.
Dit wordt de oerknal nucleosynthese genoemd: de vorming van de allerlichtste elementen tijdens het ontstaan van het heelal. Dit noem ik liever na de Inflatie dan na de oerknal (er was namelijk niks dat het geluid van een knal kon weerkaatsen, er was niets, maar dit terzijde…..). Het waren de allereerste momenten waarin vooral waterstof en helium ontstonden en een beetje zwaardere waterstoffen de isotopen deuterium en lithium.
Aan de hand van onze huidige kennis van deeltjesfysica kunnen we berekenen dat ongeveer 3 minuten na het ontstaan, het heelal voor 76% uit waterstof en voor 24% uit helium bestond. Van de andere elementen was er slechts een minuscuul beetje aanwezig, en alleen van de allerlichtste.

Het element Helium (He) is het eerst ontdekt in de Fraunhoferlijnen van de zon. Ook Waterstof (H), Koolstof(C), Stikstof(N), Zuurstof(O) en IJzer(Fe) zijn in deze lijnen zichtbaar en dus aanwezig als elementen in de Zon d 2

Kernenergie in de zon

Per seconde wordt er ruim 600 miljoen ton aan waterstof omgezet in helium. Iedere seconde komt er voldoende vrij om de Verenigde Staten 50 miljoen jaar van elektriciteit te voorzien. De omzetting van één gram materie naar energie levert ongeveer 90 biljoen joule aan energie op. Genoeg om zo’n 7500 Nederlandse huishoudens een jaar lang van elektriciteit te voorzien.

Bij kernfusie smelten lichte kernen samen tot zwaardere. Daarbij komt enorm veel energie vrij.
  • 1 biljoen = 1012 Een 1 met 12 nullen 1.000.000.000.000  oftewel miljoen maal miljoen. 1 kWh is 3.600.000 J of 3,6 MJ = 3,6 miljoen joule
  • 90 biljoen : 3,6 miljoen =   25.000.000.000.000 = 25 miljoen x miljoen kWh

Alle energiecentrales op de hele wereld produceren samen per jaar 1011 kWh. Dus moeten alle centrales ‘n miljoen jaar draaien om evenveel te produceren als de Zon. De druk in het hart van de zon is 250 miljard bar en  er heerst een temperatuur van zo’n 15 miljoen °C

3. Lithium (Li)

Lithium
Atoommassa
6,941 u
1 Valentie-elektron // Orbitaal [He]2s1 = 1s2+ 2s1
t/m Neon wordt de configuratie verkort weergegeven door te beginnen met conf. van Helium (He = 1s2 )
Lithium paraffin.jpg

Lithium is een metaal met een dichtheid van slechts de helft van die van water, maar omdat het zo reactief is moet het metaal in olie bewaard worden

Lithium behoort tot de alkalimetalen die over het algemeen zeer reactief zijn, lithium echter is het mist reactief! Vanwege de reactiviteit zijn alkalimetalen de meest onedele metalen die er zijn. Met water reageert lithium explosief snel, met zuurstof oxideert lithium heel vlug d.w.z. dat zuurstof heel snel elektronen opneemt van het metaal.

De winning van lithium-“erts” uit pekel (extreem zout water) is in de meeste gevallen economisch rendabeler dan uit vast erts uit de mineralen lepidoliet, spodumeen, petaliet en amblygoniet die lithiumverbindingen hebben. Het is dus effectiever om zoutvlaktes te verdampen.
Het natriumchloride, dat slechter oplosbaar is dan lithiumchloride, slaat deels neer en wordt afgevoerd. Met de overgebleven vloeistof met daarin nog steeds opgelost het lithiumchloride wordt het proces herhaald. Door dit proces enkele malen te herhalen wordt de zoutoplossing steeds geconcentreerder en schuift de verhouding natrium/lithium in de oplossing steeds meer op in de richting van lithium

Chile’s salt flat
Op satellietbeelden zijn de bassins op een zoutvlakte zichtbaar, waarin zout water verdampt en de grondstof lithium overblijft.
Lithium, ook wel het witte goud van de 21e eeuw genoemd, is een essentieel onderdeel van oplaadbare batterijen en vanwege de stijgende vraag naar elektrische auto’s is er een heuse rush op de grondstof: in 2016 kostte een ton nog iets minder dan 6000 dollar, een jaar later was de prijs meer dan verdubbeld.
Lithium-the-white-gold-of-bolivias-salt-desert.

4. Beryllium (Be)

Beryllium
Atoommassa
9,0122 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [He] 2s2
Beryllium is het lichtste lid van de familie van aardalkalimetalen.

Naar verluidt heeft een oplossing van beryllium een zoetige smaak, vandaar dat dit element een tijd de naam glucinium heeft gedragen (van het Griekse glykys, wat zoet betekent). De vroege chemici die dit gemeld hebben deden dat echter stervend: berylliumverbindingen zijn namelijk zeer giftig.

Afbeeldingsresultaat voor Beryllium
Beryllium komt nooit voor als een vrij element, alleen als een verbinding, zoals met fluorine
Het meest voorkomende erts van beryllium is het mineraal beryl.

Beryl is een wit, gelig wit, geelgroen tot groen, roze, blauwig tot groenblauw, rood of goudgeel aluminiumberylliumsilicaat.
Kostbare vormen van beryl zijn de half edelstenen aquamarijn en smaragd.

Aardalkalimetalen zijn onedele metalen (die snel reageren) en de oxiden (verbindingen met zuurstof, waarvan zuurstof de oxidator is, die elektronen opneemt) zijn basisch. Een base – ook wel alkali genoemd – in oplossing heeft een pH-waarde (zuurtegraad) hoger dan 7, dus een lage zuurgraad. Zure oplossingen hebben een pH lager dan 7, en dus een hoge zuurgraad. Zuren zijn de tegenhangers van de basen. Zuren en basen reageren met elkaar in een proces dat neutralisatie genoemd wordt. De zouten van aardalkalimetalen lossen in het algemeen minder goed op in water dan de zouten van alkalimetalen. Een zout is een verbinding tussen positieve (tekort aan elektronen) en negatieve (overschot aan elektronen) ionen, respectievelijk kationen en anionen.

5. Boor (B)

Borium
Atoommassa
10,811 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [He] 2s2 2p1
Boor is een metalloïde (metaalachtig semi-metaal) d.w.z. qua eigenschappen tussen metalen en niet-metalen in.

Metalloïden is een groep elementen die sommige fysische en chemische eigenschappen van metalen heeft, maar ook eigenschappen van niet-metalen. De metalloïden zijn boor, arseen, antimoon, tellurium, germanium en silicium. Er is geen ondubbelzinnige lijst van eigenschappen te geven die nodig zijn om een metalloïde te definiëren.

Hoewel boor één van de eenvoudigste kernen heeft, wordt het element alleen gevormd onder invloed van kosmische straling en niet in sterren, waardoor het ook in dit heelal

Afbeeldingsresultaat voor kosmische straling
Kosmische straling bestaat uit deeltjes.

De isotoop 10B is zeer effectief bij het behandelen tegen kanker.

Tijdens BNCT (Boron Neutron Capture Therapy) krijgt een persoon met kanker een injectie met de isotoop 10B. Het boor heeft de neiging om direct naar kankercellen te gaan. De patiënt krijgt een injectie van boor die alleen in de kankercellen neerslaat.

Het lichaam van de patiënt wordt vervolgens gebombardeerd met neutronen die passeren zonder gezondheidscellen te beschadigen. Ze botsen dan met booratomen. Hierdoor wordt boor omgezet in lithiumatomen, alfadeeltjes en gammastralen. Een alfadeeltje is een heliumatoom zonder elektronen. Gammastraling is zeer energierijke straling die cellen kan doden.

De lithium-atomen en alfadeeltjes reizen slechts een korte afstand. Ze verlaten de kankercel niet, maar hebben genoeg energie om de cel te doden. Omdat ze de cel niet verlaten, vormen ze geen bedreiging voor gezonde cellen in de buurt. BNCT is niet volledig ontwikkeld. Maar het is veelbelovend als een kankerbehandeling.

図3

About BNCT – Neutron Therapeutics
Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) is a unique type of radiation therapy that enables targeting of cancer at the cellular level.
Vertaal deze pagina

6. Koolstof (C)

Koolstof
Atoommassa
12,011 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [He]2s2 2p2
Grafiet

Koolstof wordt sinds mensenheugenis al gebruikt in de vorm van houtskool.

Ook diamant en grafiet. beide allotrope verschijningsvormen van koolstof, zijn al heel lang bekende vormen van koolstof. Grafiet-t.o.v.-diamant. Grafiet bestaat net als diamant uit pure koolstof. De twee mineralen verschillen alleen van elkaar door de samenstelling van de koolstof atomen. In grafiet zijn de atoomlagen licht met elkaar verbonden, daarom kunnen we ermee schrijven.
Koolstof is een niet-metaal dat in verschillende vormen, allotropen, voorkomt zoals diamant en grafiet. De overige niet-metalen zijn stikstof, zuurstof, fosfor, zwavel en seleen.

Door de hoge elektronegativiteit, een maat voor de neiging van een atoom een binding aan te gaan met een ander atoom om de gezamenlijke elektronenwolk naar zich toe te trekken, binden niet-metalen hun elektronen heel sterk aan de kern. M.a.w. ze staan niet gemakkelijk een elektron af en zijn daardoor sterke oxidatoren, die gemakkelijk een elektron opnemen. Stoffen die elektronen gemakkelijk afstaat zijn reductoren. Een reactie tussen atomen, moleculen en/of ionen waarbij elektronen worden uitgewisseld, wordt een redoxreactie genoemd, een samenstelling van de begrippen reductie en oxidatie.

Onderling vormen niet-metalen vaak covalente bindingen, waarin de atomen een of meer gemeenschappelijke elektronenparen hebben, dit zijn enkele elektronen in de buitenste zogenoemde valentieschil. Valentie-elektronen zijn namelijk cruciaal bij het vormen van een chemische binding tussen atomen. Met covalente bindingen worden moleculen opgebouwd.

Ook zijn niet-metalen belangrijk in de organische chemie. Met betrekking tot koolstof wil ik de koolstofchemie noemen, die een beperkt aantal atomen omvat: Koolstof, Waterstof, Zuurstof, Zwavel, Fosfor, Jodium, Chloor, Broom en Fluor. Hiervan komen Koolstof en Waterstof het meeste voor.

Moleculen met alleen koolstof en waterstof atomen zijn de koolwaterstoffen:
Het is belangrijk te onthouden dat we het onderscheid maken tussen verzadigde en onverzadigde koolwaterstoffen:
1) Verzadigde KWS hebben ‘n enkelvoudige koolstof/koolstof-binding (C – C) in de molecule (zoals ethaan)

Ethane Structural Formula

2) Onverzadigde KWS hebben ‘n meervoudige koolstof/koolstof-binding (C = C) in de molecule (zoals etheen)

[etheen[1].gif]

De eenvoudigste koolwaterstof is methaan CH4

Methaan is dus ook een verzadigd KWS door een enkelvoudig koolstof/koolstof-binding(C – C). Het is de eenvoudigste koolwaterstof: Een enkel centraal koolstofatoom met daaromheen verzadigd met vier waterstofatomen door de symmetrische tetraëder.

Afbeeldingsresultaat voor methaan

Een symmetrische tetraëder:

Afbeeldingsresultaat voor tetraëder
  • knmi.nl/uitleg/broeikasgas-methaan. Methaan is na kooldioxide het belangrijkste broeikasgas dat bijdraagt aan de versterking van het broeikaseffect door de mens.
    Uit onderzoek van oude ijskernen blijkt dat methaan al sinds jaar en dag in de atmosfeer voorkomt. Variaties in de hoeveelheid in het verleden hangen sterk samen met veranderingen in temperatuur en kooldioxide (CO2). De ijstijden kenden de kleinste hoeveelheden methaan. In warme periodes (interglacialen) nam de hoeveelheid methaan weer toe.
  • Methaan is als broeikasgas 21 keer krachtiger als CO2.  Men schat dat methaan, ondanks de relatief kleine hoeveelheid ervan in de atmosfeer, verantwoordelijk is voor 15 – 17 % van alle opwarming die de afgelopen eeuw op de aarde heeft plaatsgevonden.
  • Methaan komt vrij bij de ontginning van aardolie en gas. Verder wordt methaan gevormd bij een onvolledige verbranding (bijv. bij het platbranden van tropisch regenwoud) of door gisting van organisch materiaal zoals op stortplaatsen en in waterrijke gebieden. Bij herkauwers (koeien, schapen, geiten …) gist het voedsel dat ze eten in hun maag en daarbij wordt methaan gevormd. Methaan komt dus ook in grote mate vrij als bijproduct in de steeds intensiever wordende veeteelt. 
  • De permafrost in het noordpoolgebied is al duizenden jaren bevroren. Met de opwarming van de aarde komt daarin langzaam verandering. Het leefgebied van bepaalde diersoorten verdwijnt, maar er ligt een groter gevaar op de loer: methaangassen.
Afbeeldingsresultaat voor Methaan: de smeltende tijdbom

Methaan: de smeltende tijdbom

7. Stikstof / Nitrogenium (N)

Stikstof
Atoommassa
14,0067 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [He]2s2 2p3
  • Stikstof is een niet-metaal en is ’n voorwaarde voor alle leven op aarde.Het vormt namelijk de basis van ons DNA en onze eiwitten. De lucht om ons heen zit van nature vol stikstof. De samenstelling van de atmosfeer bestaat voor 78% uit stikstof en slechts voor 21% uit zuurstof. Wij hebben echter geen gebonden of ongebonden vorm van stikstof nodig om van te leven. Voedingsstikstof stelt planten in staat eiwitten te maken die dienen als voedsel voor dieren en mensen.

Bliksemflitsen kunnen met zuurstof in de atmosfeer nitraat (NO3-) vormen, dat middels neerslag in de bodem terecht kan komen. Daarmee begint de
stikstofkringloop.
Afbeeldingsresultaat voor vloeibaar stikstof
Vloeibaar stikstof

Enkele belangrijke doorbraken in de luchtstudie vonden plaats in de jaren 1770. De sleutel was een eenvoudig experiment dat wetenschapsstudenten vandaag nog steeds doen. Het experiment begint met een lege fles die ondersteboven in een bak water wordt geplaatst. De lucht in de fles kan niet uitstappen.

Als een brandende kaars in de fles wordt geplaatst met de ingesloten lucht, stijgt het water een beetje. Waarom gebeurt dit? Vroege chemici dachten dat een deel van de lucht wordt opgebruikt als de kaars brandt. De schotse natuurkundige Daniel Rutherford noemde het in 1772 al: noxious air, schadelijke lucht, omdat een vlam er in dooft. De Nederlandse benaming stikstof wijst op het feit dat het gas dieren doet stikken. Tegenwoordig weten ze dat een deel van de lucht zuurstof  is. Een ander deel van de lucht blijft achter. Dat deel verdwijnt niet als de kaars brandt dit is namelijk koolstofdioxide (CO2).

Proefje: Kaarsje onder glas. Simpel proefje, maar … – Slimme Handen

Gerelateerde afbeelding

Waarneming: Na verloop van tijd wordt het vlammetje van de kaars minder hoog en dooft uiteindelijk. Verklaring: Voor de verbranding van kaarsvet (het vlammetje dus) is onder andere zuurstof nodig. Tijdens de verbranding wordt zuurstof uit de lucht omgezet in koolstofdioxide (CO2) en het is dus géén stikstof ‘die de vlam deed stikken’ zoals één van de ontdekkers van stikstof, de chemicus Daniel Rutherford (1749-1819) beweerde.

Kaarsvet is gemaakt van paraffine, stoffen die bestaan uit koolstof- en waterstofatomen. Dit vaste kaarsvet wordt eerst vloeibaar door de warmte, waarna het verdampt. Dit verdampte kaarsvet is de eigenlijke brandstof voor de verbranding.

Verbranding is een chemische reactie, wat betekent dat beginstoffen kunnen veranderen in andere eindstoffen. Atomen maken een andere combinatie zodat er andere moleculen ontstaan. De koolstofatomen in het kaarsvet vormen samen met de zuurstofatomen in de lucht, koolstofdioxide. De waterstofatomen in het kaarsvet combineren ook met zuurstofatomen, maar hier ontstaat H2O oftewel water(damp)!

Als de glazen pot over de kaars heen is geplaatst, is de beschikbare zuurstof maar beperkt. De vlam krijgt als het ware geen frisse lucht en stikt dus. De zuurstof in de omgekeerde fles is tijdens de verbranding allemaal omgezet in koolstofdioxide.

Dit eenvoudige experiment laat zien dat lucht bestaat uit (ten minste) twee verschillende elementen: zuurstof en iets anders. Een van de eerste mensen die ontdekte wat het ‘iets anders’ is, is de Schotse arts en chemicus Daniel Rutherford (1749-1819). Rutherford voerde een experiment uit zoals het kaars-in-een-fles onderzoek dat zojuist is beschreven.

Enkele van de grootste chemici van het moment werkten aan dit probleem op het moment dat Rutherford zijn ontdekking deed. De Engelse chemicus Henry Cavendish (1731-1810) ontdekte waarschijnlijk stikstof “voordat Rutherford dat deed”, maar publiceerde zijn bevindingen niet. En in de wetenschap krijgt de eerste persoon die de resultaten van een experiment publiceert meestal de eer voor het werk.

De moderne naam stikstof werd voor het eerst gesuggereerd in 1790 door de Franse chemicus Jean Antoine Claude Chaptal (1756-1832). Deze naam was logisch voor chemici toen ze zich realiseerden dat het nieuwe gas aanwezig was in salpeterzuur en nitraten. Zo betekent nitrogen “nitraat en salpeterzuur” (nitro-) en “oorsprong van” (-gen). (nitrogen is het Engelse woord voor stikstof)

maxresdefault
Stikstof wordt vloeibaar bij 77 Kelvin (-196 graden Celsius).
Video smoke-on-the-water-liquid-nitrogen.
Afbeeldingsresultaat voor Distikstofmonoxide -
DISTIKSTOFMONOXIDE oftewel lachgas is een verbinding van stikstof en zuurstof N2O. wordt gebruikt in motoren om het motorvermogen te verhogen. Jongeren omarmen lachgas al een partydrug en in de atmosfeer is het een broeikasgas.

En dan de luchtvervuiling door stikstofdioxide

Afbeeldingsresultaat voor stikstofdioxide

Stikstofdioxide (NO2) is een gas dat vooral door de mens wordt geproduceerd en dat bij overmatige blootstelling longschade en ademhalingsproblemen kan veroorzaken.
Het wordt geproduceerd door uitstoot van elektriciteitscentrales, zware industrie en wegtransport, net als door verbranding van biomassa.

Stikstofdioxide speelt ook een belangrijke rol in de atmosferische chemie, omdat het tot de productie van ozon in de troposfeer leidt. De troposfeer is het deel van de atmosfeer dat zich tot tussen de acht en zestien kilometer boven de grond uitstrekt.
Het wordt ook door de natuur gecreëerd door bliksem in de lucht en door activiteit van microben in de aarde, waar het als bron en tevens een proces dient in de stikstofkringloop.

Gerelateerde afbeelding

De ozonlaag: hoe zat het ook alweer?

8. Zuurstof (O)

Zuurstof
Atoommassa
15,999 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [He]2s2 2p4

Hoewel zuurstof voor iedereen iets vanzelfsprekend is, vind ik het juist heel belangrijk voor een verdieping in dit toch wel heel bijzonder element. Drie miljard jaar geleden was zuurstof nog voornamelijk gebonden aan koolstof CO2 door talloze vulkaanuitbarstingen.

20181213_111358 (3)

Honderden miljoenen jaren lang was dit de aanblik van de vroege Aarde. In die tijd was de meeste zuurstof op Aarde gebonden aan koolstof CO2.
levende stromatolieten
Kolonies kalkrijke stromatolieten werden al 2,8 miljard jaar geleden gevormd door cyanobacteriën. Hun kolonies boden bescherming tegen de aanwezigheid van zuren en andere opgeloste anorganische stoffen in de oerwateren van de Aarde. Door fotosynthese produceerden de micro-organismen zuurstof als afvalproduct.
Afbeeldingsresultaat voor cyanobacteriën
Cyanobacteriën

Cyanobacteriën zijn foto-autotroof wat betekent dat ze rechtstreeks kooldioxide en water kunnen synthetiseren (samenvoegen) met behulp van energie uit het zonlicht.
Het zonlicht wordt opgenomen door bladgroenkorrels in de bacteriecelen met behulp van de energie van het zonlicht wordt water en koolstofdioxide omgezet in glucose, met als afvalproduct zuurstof. Dit hele proces wordt hierin beschreven: fotosynthese

aljevragen.nl/syntheseproces
Tijdens de lichtreactie is de energie van het zonlicht omgezet in chemische energie en ‘opgeslagen’ in de moleculen ATP en NADPH. De donkerreactie-het-tweede-deel-van-de-fotosynthese gebruikt deze energie om koolstofdioxide om te zetten in glucose. Deze omzetting wordt de Calvincyclus genoemd.
Afbeeldingsresultaat voor endosymbiose
Volgens de endosymbiose theorie zijn de bladgroenkorrels (chloroplasten) in planten uit cyanobacteriën geëvolueerd.
Het nut van fotosynthese
Fotosynthese is voor ons een zeer ingewikkeld quantumproces. Bacteriën passen dit echter al ruim 2,5 miljard jaar toe, zonder er over na te hoeven denken. Ook al bijna 450 miljoen jaar is dit complex ogend mechanisme bekend in de plantenwereld.
The-magical-leaf-the-quantum-mechanics-of-photosynthesis.

Zuurstof als element, een niet-metaal, werd in 1771 ontdekt en het was Antoine Lavoisier die het zijn wetenschappelijke naam oxygenium (zuurvormer) gaf. Het zou een onontbeerlijk bestanddeel zijn van een zuur. Hoewel oxiden (verbindingen met zuurstof) van vele elementen zuurvormend zijn, is het omgekeerde niet waar: om een zuur te vormen is zuurstof niet noodzakelijk. Het bleek namelijk dat er naast zure stoffen, ook zuurstofloze zure stoffen waren, een goed voorbeeld daarvan is zoutzuur. Dit sterke zuur stond bekend als geest van zout en in 1814 werd aangetoond dat daarin geen zuurstof voorkomt, maar dat het uit waterstof en chloor bestaat. De aanwezigheid van zuurstof moest daarmee als eis uit de definitie van een zuur weggelaten worden.

Dizuurstof (moleculaire zuurstof O2 dat zijn 2 atomen zuurstof, dus enkelvoudig) is het zuurstofgas dat we inademen. Het is onmisbaar voor alle organismen op Aarde. Zonder de enkelvoudige stof O2 zou er geen dissimilatie (celademhaling) mogelijk zijn in de mitochondriën. In samengestelde vorm is het ook een wijdverspreid element omdat alle water van de oceanen en alle silicaten (zouten)
waar de aardkorst uit bestaat zuurstof bevatten.

Vloeibaar zuurstof
gebruikt voor medische doeleinden en in de ruimtevaart. Video vloeibare-zuurstof

Dat zuurstof in vrije vorm in de atmosfeer voorkomt, is het gevolg van het leven op aarde, met name door de hierboven beschreven fotosynthese van cyanobacteriën en planten. Zonder die voortdurende productie zou al de vrije zuurstof geleidelijk uit de atmosfeer verdwijnen, omdat het zeer reactief is en zich heel gemakkelijk met andere atomen verbindt, denk aan CO2……

Naast gewone zuurstof, met twee zuurstofatomen per molecuul, bestaat er ook ozon O3

In principe is ozon niets anders dan zuurstof (O2) waaraan zich door een hoog energetische spanning of een chemische reactie een extra zuurstofatoom heeft gekoppeld waardoor ozon (O3) ontstaat. Het bekendste voorbeeld is de vorming van de ozonlaag, waar ozon wordt geproduceerd door de ultraviolet stralen van de zon.
Ozon wordt ook aangemaakt bij onweersbuien en watervallen. De speciale frisse geur die men ruikt na een onweersbui is ozon. Het woord ozon is afgeleid van het Griekse woord ozein, dat ruiken betekent.

Ozon op grote hoogte

De totale hoeveelheid ozon tussen ons en de ruimte komt overeen met een laag van maar ongeveer 3 mm dik die rond de aarde draait

In de stratosfeer, tussen 10 en 40 km boven het aardoppervlak, botst het licht van de zon op moleculen van de aardse atmosfeer. Licht heeft vaak zoveel energie dat elke atoombinding in een molecuul stuk gaat. Dat kost steeds een molecuul, maar zo komt dit energierijke licht niet op aarde. Er zijn 3 soorten UV-straling

  • Ultraviolet A 400 – 315 nm: 98,7% van deze straling bereikt het aardoppervlak
  • Ultraviolet B 315 – 280 nm: slechts 1,3% bereikt het aardoppervlak
  • Ultraviolet C 280 – 100 nm: wordt volledig tegengehouden door de ozonlaag

Ozon in de lagere atmosfeer

In de troposfeer, tussen 0 en 10 km boven het aardoppervlak, zit het meeste gas van onze dampkring: 90%. Hierin ademen we, en lozen we onze afvalgassen.
Omdat de luchtlagen boven de troposfeer de meeste zonnestraling absorberen, bereikt maar weinig straling de troposfeer. Bovenin deze luchtlaag is het zeer koud: -60 °C
In de troposfeer zit van nature weinig ozon: er dringt te weinig zonlicht door om ozon uit zuurstof te vormen, zoals dat in de stratosfeer wel gebeurt.

Smog

Met een klein beetje stikstofmonoxide kan dus een vrij grote hoeveelheid ozon ontstaan. En hier beginnen de problemen. In automotoren wordt een beetje stikstofmonoxide NO gevormd, en ook in energiecentrales. Ook in huis wordt in allerlei apparaten een klein beetje NO gevormd. Zelfs de mens zelf blijkt een beetje NO te vormen. Al dit NO kan in de lucht ozon vormen. Een ozonconcentratie van 400 mg/m3 is te ruiken, en boven 600 mg/m3 veroorzaakt ozon irritatie van ogen, neus, keel en luchtwegen, en verder hoofdpijn, misselijkheid en benauwdheid.

Hetzelfde gas dat op grote hoogte, in de stratosfeer, het leven beschermt, is dus dichtbij, in de troposfeer, een vervuiler. Alleen de hoogte in de atmosfeer bepaalt of ozon vriend of vijand is.

9. Fluor (F)

fluorine
Atoommassa
18,998 u
1 Valentie-elektron // Orbitaal [He]2s2 2p5
Fluor is het meest actieve chemische element en reageert met vrijwel elk element. Het reageert zelfs met edelgassen bij zeer hoge temperatuur en druk.

Fluor is een halogeen d.w.z. het vormt zouten (verbindingen tussen positieve en negatieve ionen).
Fluor is een relatief zeldzaam element en komt zowel in sterren als op aarde maar weinig voor. In het zonnestelsel is er één fluoratoom op elke 8800 zuurstofatomen. Op Aarde wordt fluor voornamelijk gewonnen uit het mineraal fluoriet.

fluoriet
Afhankelijk van sporenelementen kunnen fluorietmineralen allerlei kleuren hebben: wit, geel, oranje, roze, bruin, groen, blauw, paars en doorzichtig. Bron: http://www.semoea.nl

De naam fluoriet is afgeleid van het Latijnse fluere, dat betekent “stromen, vloeien”. Dit mineraal wordt ook vloeispaat genoemd. Ook de naam van het element fluor is ervan afgeleid. Het verschijnsel fluorescentie is voor het eerst bij fluoriet bestudeerd en is hiernaar genoemd. Fluorescentie is een bijzonder geval van het uitzenden van licht. Het is een natuurkundig verschijnsel waarbij een atoom een hoog-energetische fotonabsorbeert, waardoor een elektron in een aangeslagen toestand belandt en vervolgens terugvalt naar de grondtoestand onder uitzending van een foton van lagere energie (Langere golflengte).

Consumenten zijn het best bekend met het gebruik van fluor in twee producten. Fluorgas wordt gebruikt om fluoriden te maken, verbindingen die in de jaren vijftig tot tandpasta zijn gemaakt. Fluoriden zijn effectief in het voorkomen van tandbederf en worden ook toegevoegd aan stedelijke watervoorzieningen.

Chemici gebruiken fluor vaak als breekijzer om weerbarstige elementen als de edelgassen argon, xenon en krypton te oxideren. Een aantal vroege onderzoekers heeft de extreme agressiviteit van fluor met blindheid of andere verminkingen moeten bekopen. Chemie is altijd een gevaarlijke wetenschap geweest. Vroege chemie was een gevaarlijke bezigheid. Mannen en vrouwen werkten met chemicaliën waarover ze weinig wisten. De ontdekking van nieuwe verbindingen en elementen zou gemakkelijk tragische gevolgen kunnen hebben. Fluor was bijzonder gemeen. Chemici leden vreselijke verwondingen en stierven zelfs voordat het element werd geïsoleerd. Fluorgas is uiterst schadelijk voor de weke delen van de luchtwegen.

In feite zijn er maar twee elementen die geen verbinding met fluor vormen: de edelgassen helium en neon. Hieronder voor het eerst gefilmd Intens licht van het zeer reactieve fluor in verbinding met het meest reactieve metaal cesium

10. Neon (Ne)

Neon
Atoommassa
20,17 u
0 Valentie-elektronen // Orbitaal [He] 2s2 2p6
Neon is net als de andere edelgassen een inert element dat niet of nauwelijks reageert met andere elementen.

Het kostte mensen eeuwen om lucht te begrijpen. Ooit dachten filosofen dat lucht een element was. Onder de oude Grieken, bijvoorbeeld, waren de vier basis-elementen lucht, vuur, water en aarde. Het eerste onderzoek om dat idee te weerleggen werd gedaan in de jaren 1770. In dat decennium werden twee nieuwe elementen ontdekt in de lucht: stikstof en zuurstof. Al enige tijd waren chemici ervan overtuigd dat deze twee gassen de enige waren die in de lucht aanwezig waren. Dat idee is gemakkelijk te begrijpen: stikstof en zuurstof maken meer dan 99% uit van de lucht. Maar na verloop van tijd werden scheikundigen vaardiger in het maken van metingen. Ze erkenden dat er naast stikstof en zuurstof nog iets anders in de lucht was. Dat “iets anders” was goed voor de resterende één procent die geen stikstof of zuurstof is. In 1894 werd een derde element in de lucht ontdekt: argon. Argon maakt ongeveer 0,934 procent uit van de lucht. Dus, stikstof, zuurstof en argon vormen samen ongeveer 99.966 procent van de lucht.

Maar wat was verantwoordelijk voor de resterende 0,034 procent lucht? Chemici wisten dat andere gassen in zeer kleine hoeveelheden aanwezig moeten zijn. Maar wat waren die gassen? Die vraag werd beantwoord tussen 1895 en 1900. Vijf meer inerte gassen werden ontdekt in de lucht. Een daarvan was neon.


Door een hoge spanning met een lage stroomsterkte tegen het flacon te houden, begint het neon te gloeien met rood-oranje licht, de luminescentie-intensiteit zal afhangen van de spanning en de gasdruk. Bij hoge spanning proberen elektronen uit de elektrode te vliegen. Een deel van hen passeert door het glas en botsen op moleculen neon in de injectieflacon. De elektronen van de neon-atomen worden aangeslagen door de botsingen, waarna ze terugspringen naar hun grondtoestand met een lagere energie. Als gevolg daarvan zendt het atoom een ​​foton van licht uit om de nu overtollige energie kwijt te raken.

Nixieklok
Zo werkt ook een nixie-klok

De meest bekende toepassingen van neon is neonverlichting. Ook zijn nixie-klokken voorzien van dit gas. Tegenwoordig bestaan ​​er neonreclames van allerlei kleuren, vormen en afmetingen. Neonreclames zijn vaak gevuld met neongas, maar ze kunnen ook andere gassen bevatten. Het gas in de signaalbuis bepaalt de kleur van het afgegeven licht. Helium: goudgeel Argon: lichtblauw Xenon: helderpaars Kwik: UV licht

11. Natrium (Na)

Natrium
Atoommassa
22,990 u
1 Valentie-elektron // Orbitaal [Ne]= 1s22s2 2p6 3s1
t/m Argon wordt nu met conf. Neon begonnen = (He 1s2) 2s2 2p6 en er komt een elektron bij: 3s1
Natrium (Engels: Sodium) is een zilverkleurig alkalimetaal

Het zilverachtig-wit metaal heeft een wasachtig uiterlijk en is zacht genoeg om met een mes te snijden. Als het voor het eerst wordt gesneden is het oppervlak helder en glimmend, maar ’t wordt snel dof omdat natrium reageert met zuurstof in de lucht dat een witte poederlaag achterlaat: natriumoxide dat wordt gebruikt in straatverlichting, vanwege het heldere lichteffect.

Door middel van elektrolyse worden vaak chemische elementen geïsoleerd zoals ook natrium uit natriumhydroxide, ’n bijtende soda. De naam Natrium komt oorspronkelijk van het Egyptische ‘natron‘, wat zoiets als “natuurlijk zout” betekent.

Natrium is ’n zacht metaal
Afbeeldingsresultaat voor zout
Natrium staat in elk keukenkastje: natriumchloride oftewel tafelzout
Afbeeldingsresultaat voor Natriumcarbonaat
Natriumcarbonaat is soda
  • Natrium in ons lichaam helpt om de balans tussen het vocht in en buiten de cel te handhaven door middel van osmose (dat wel de vloeistof door het membraan laat, maar niet de opgeloste stoffen). Net als kalium speelt natrium een belangrijke rol bij het overbrengen van zenuwimpulsen, hoofdzakelijk in het samentrekken van de spieren. De concentratie van natrium in het bloed wordt nauw gereguleerd o.a. door het dorstmechanisme.
    Hoe vertellen onze hersenen ons dat we dorst hebben?

12. Magnesium (Mg)

Magnesium
Atoommassa
24,305 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ne] 3s2 =  1s22s2 2p6 3s2
Magnesium is een zilverwit aardalkalimetaal

Deze metalen worden gebruikt als legeringselement in constructiemetalen, omdat ze onedel zijn d.w.z. gemakkelijk reageren met andere metalen en dus legeringen, metallische mengsels, kunnen vormen. Magnesium was in de vorm van magnesiumoxide al heel lang bekend, maar pas in 1755 werd onderkend dat men bij magnesiumoxide met een nieuwe stof te maken had. Tot die tijd werd magnesiumoxide ongebluste kalk genoemd.
Omdat het met een fel wit licht brandt, wordt magnesium dikwijls in vuurwerk gebruikt en werd het in het verleden veel in flitslichten voor de fotografie toegepast.

Flashlight
Video vuurwerk-in-de-sneeuw-blink-of-flashing-demon.mp4

De allure van Epsom-zouten

Misschien is de best bekende magnesiumverbinding magnesiumsulfaat (MgSO 4 ). Het is in de volksmond bekend als Epson-zouten.

Afbeeldingsresultaat voor de heilzame werking van epsom zouten

Een van de vroegste verhalen over Epsom-zouten gaat terug tot 1618. De stad Epsom in Engeland, leed aan een ernstige droogte. Een boer bracht zijn vee te drinken uit een waterpoel in het centraal park. Maar het vee zou het water niet drinken. De boer was verrast omdat hij wist dat ze erg dorstig waren. Hij proefde het water zelf en ontdekte dat het erg bitter was. De bitterheid was te wijten aan magnesiumsulfaat in het water. Deze verbinding werd bekend als Epsom-zouten. Mensen ontdekten al snel dat het weken in de natuurlijke wateren met Epsom-zouten ervoor zorgde dat ze zich beter voelden. De zouten leken eigenschappen te hebben die het lichaam kalmeerden. Het duurde niet lang voordat het weken in deze wateren erg populair werd. Tegenwoordig worden Epsom-zouten in badwater gebruikt. Ze ontspannen pijnlijke spieren en verwijderen ruwe huid. Veel mensen geloven dat de zouten hetzelfde ontspannende effect hebben als warmwaterbronnen.

13. Aluminium (Al)

Aluminium
Atoommassa
26,9815 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ne =1s22s2 2p6 ]3s2 3p1  
Bauxiet erts / Bron: Publiek domein, Wikimedia Commons (PD)
Bauxiet-erts waarin
aluminium aanwezig is in de vorm van een oxide.
Aluminium heeft de sterke neiging zich te binden met zuurstof.

Aluminium is een zilverwit hoofdgroepmetaal, een metallieke geleider. De naam is afgeleid van het Latijnse woord alumen dat aluin betekent. Aluin is een verbinding van kalium, aluminium, zwavel en zuurstof.
De Romeinen gebruikten aluin als een samentrekkend en als bijtmiddel. Een samentrekkend middel is een chemische stof die ervoor zorgt dat de huid samen trekt. Door aluin over een snee te strooien, wordt de huid gesloten en begint de heling

Aluminium is het derde meest voorkomende element in de aardkorst, na zuurstof en silicium. Het is het na ijzer het meest gebruikte metaal ter wereld. Het is dan ook enigszins verrassend dat aluminium pas relatief laat in de menselijke geschiedenis werd ontdekt.
Aluminium werd in 1807 ontdekt door Humphry Davy, die het trachtte te bereiden uit aluminiumoxide. Jarenlang was het metaal zo kostbaar dat het in ornamenten toegepast werd. Pas in 1886 werd dankzij een elektrolyseproces de elektrochemische productie van het metaal op grote schaal mogelijk.
De grondstof voor aluminium is bauxiet. Uit bauxiet wordt aluinaarde gewonnen, een wit poeder dat verder bewerkt kan worden om zuiver aluminium te krijgen.

Aluinaarde, een fijn wit poeder dat is omgezet uit kristallen
Vloeibaar aluminium
Gesmolten aluminium

‘Stop met aluminium!’

Het moet maar eens gezegd worden: aluminium behoort tot de meest milieubelastende van alle materialen. Toch wordt aluminium vaak gepromoot als ‘het groene metaal’. Dat is een gotspe van formaat. Humor, als het niet zo treurig zou zijn.

Aluminium is het zwartste metaal

Het is eerder het meest zwarte metaal, vergelijkbaar met kolen. Dat is vooral te wijten aan de zogenoemde embodied energy (EE): de energie die is gaan zitten in het beschikbaar krijgen van het materiaal. Die ligt met ongeveer 220 miljoen kg vele malen hoger dan bij andere metalen. Daar ligt de EE rond de 25-50 miljoen kg. De EE van aluminium is zelfs 20 keer zo hoog als die van houten delen!!

  • Het kost dus naar verhouding veel energie om het metaal uit zijn verbindingen vrij te maken. Veel aluminium wordt daarom tegenwoordig in kringloop gebruikt.

14. Silicium (Si)

Silicium
Atoommassa
28,086 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ne =1s2 2s2 2p6] 3s2 3p2
Gerelateerde afbeelding

De foto-elektrische eigenschappen van silicium maken het geschikt voor fotocellen.
Het is de uitgangsstof voor onze zonne-energie productiekringloop.

Silicium is een donkergrijs metalloïde, een semi-metaal dat qua eigenschappen tussen de metalen en niet-metalen in zit. Metalloïden vormen de overgang van metalliek en reducerend gedrag (het opnemen van elektronen) naar niet-metaal en oxiderend gedrag (het afstaan van elektronen).

Silicium is het tweede meest voorkomende element in de aardkorst, dus na zuurstof. Veel stenen en mineralen bevatten silicium. Voorbeelden zijn zand, kwarts, klei, vuursteen, amethist, opaal, mica, veldspaat, granaat, toermalijn, asbest, talk, zirkoon, smaragd en aquamarijn. In de vorm van oplosbare zouten oftewel silicaten is het een noodzakelijke stof voor de groei van sommige planten en diersoorten. Silicium komt nooit voor als een vrij element. Het is altijd verbonden met een of meer andere elementen.

In zekere zin hebben mensen altijd silicium gebruikt. Bijna elke natuurlijk voorkomende steen of mineraal bevat wat silicium. Dus toen oude volkeren leemhutten of zandstenen tempels bouwden, gebruikten ze verbindingen van silicium.

Tot in de negentiende eeuw dacht niemand aan silicium als element. Vervolgens probeerde een aantal scheikundigen silicium te scheiden van de andere elementen waarmee het in de aarde was verbonden. De Engelse wetenschapper Sir Humphry Davy (1778-1829) ontwikkelde een techniek om elementen te scheiden die stevig aan elkaar vasthechten. Hij smolt deze verbindingen en gaf er een elektrische stroom doorheen (elektrolyse). De techniek was voor het eerst succesvol voor het produceren van vrij of elementair natrium, kalium, calcium en een aantal andere elementen. Maar hij faalde met silicium.

Jacob Berzelius probeerde ook silicium te isoleren met behulp van een methode die vergelijkbaar is met die van Davy. Hij mengde gesmolten kaliummetaal met een verbinding die bekend staat als kaliumsiliciumfluoride. Het resultaat was een nieuw element – silicium.

Chemici waren nieuwsgierig naar de soorten verbindingen die ze met silicium konden maken. Vele jaren later deden scheikundigen een aantal interessante ontdekkingen. Enkele groepen verbindingen hebben zeer belangrijke praktische toepassingen. Die verbindingen die nu bekend zijn als Siliconen.Tot slot: de Silicaten, dit zijn zouten van silicium, dat het meest in de aardkorst voorkomt.

Afbeeldingsresultaat voor silicaten
Silicaten en mineralen.
Bron:jpschreurs

15. Fosfor (P)

Phosphorus
Atoommassa 30,974 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ne] 3s2 3p3
Fosfor heeft verschillende samenstellingen met verschillende fysische en chemische eigenschappen.

De Duitse arts Henning Brand ontdekte in het jaar 1669 fosfor. Hij dacht dat de sleutel tot het veranderen van metalen in goud in urine kan worden gevonden. Hij besloot om te zoeken naar de “magische substantie” die lood in goud in de urine zou kunnen veranderen. Tijdens het verwarmen en zuiveren van urine verkreeg hij fosfor. De ontdekking was belangrijk omdat het de eerste keer was dat iemand een element ontdekte dat niet bekend was bij oude volken.
Niemand weet hoe hij besloot dat urine een chemische stof kan bevatten die kan worden gebruikt om lood in goud te veranderen. Zijn experimenten om zo’n chemische stof te vinden, waren natuurlijk een mislukking. Maar hij maakte onderweg een toevallige ontdekking. Die ontdekking was een materiaal dat gloeide in het donker: fosfor.

phosphor1

Een kolf wordt gevuld met kokend water met daarin een stukje witte fosfor.
De waterdamp neemt fosfor-atomen mee, die bij contact met zuurstof een blauwachtige / witte gloed vertonen.

16. Zwavel (S)

Zwavel
Atoommassa
32,06 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal   [Ne =1s22s2 2p6 ]3s2 3p4
In zuivere vorm is zwavel een vaste gele stof, te vinden in de buurt van vulkanen Meestal komt zwavel niet in de pure vorm voor maar als zwaveldioxide, sulfiet of sulfaat.

Al in de 9e eeuw was bekend dat een mengsel van zwavel, kool en teer uiterst brandbaar is en daarom werd het regelmatig toegepast bij oorlogshandelingen. In de mythologie werd zwavel vaak in verband gebracht met de hel. Vroegere alchemisten gebruikten voor zwavel een symbool dat bestond uit een driehoek met daarop een kruis.
Vroege denkers waren vaak verward over wat ze bedoelden met het woord ‘zwavel’. Ze hadden het vaak over alles dat verbrandde en gaven grote hoeveelheden rook af. Voor hen was ‘zwavel’ een ‘brandende substantie’. Het duurde eeuwen voordat wetenschappers zwavel als een element identificeerden.

Oudere mensen dachten zeker niet aan zwavel zoals moderne scheikundigen dat doen. In feite gebruikten ze het woord ‘element’ om te praten over alles dat basaal was. Oude Griekse filosofen dachten bijvoorbeeld dat alles uit vier elementen bestond: aarde, vuur, water en lucht. Andere filosofen dachten dat er maar twee elementen waren: zwavel en kwik. Rond 1774 was het de wetenschapper Antoine Lavoisier die ontdekte dat zwavel een chemisch element is en geen verbinding. Het komt als verbinding voor in mineralen zoals in pyriet.
Zwavel wordt in de buurt van vulkanen gevonden, vaak bij sulfatoren.

IJsland 2 019
Zwavelbronnen Krysuvik IJsland  hebben ’n typische geur

Zwavel wordt bij 120 graden vloeibaar en meestal geel van kleur, en brandt gemakkelijk met een blauwe vlam die een verstikkende reuk geeft namelijk zwaveldioxide.

17. Chloor (Cl)

Chloor
Atoommassa
35,45 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal   [Ne =1s22s2 2p6] 3s2 3p5
Halogenen hebben als kenmerk dat hun buitenste schil zeven elektronen bevat.
Gerelateerde afbeelding
Maatcylinders gevuld met van l naar r chloor, broom en jodium.
Chloor komt bij kamertemperatuur voor als een geel/groen en zeer giftig gas.

Chloor wordt in de een of andere vorm aan de meeste zwembaden en openbare watervoorzieningen toegevoegd omdat het bacteriën doodt die ziektes veroorzaken. Veel mensen gebruiken ook chloor om hun kleding te bleken. Grote papier- en pulpfabrikanten gebruiken chloor om hun producten te bleken.
Chloorverbindingen zijn al duizenden jaren belangrijk voor de mens. Aanvankelijk werd bij de ontdekking van het element gedacht, dat het een verbinding was met zuurstof.

Gewoon tafelzout is bijvoorbeeld natriumchloride (NaCl). Toch werd chloor pas in 1774 als element erkend toen Scheele (’n apotheker) het mineraal pyrolusiet gemengd werd met zoutzuur. ontdekte dat een groenachtig geel gas met een verstikkende geur “meest onderdrukkend voor de longen” was vrijgegeven. Het gas was chloor.

Mangaandioxide
pyrolusiet (bruinsteen) is een mangaanoxide

Chloor is een gas dat makkelijk zouten vormt (halogenen zijn zoutvormers). Keukenzout is een verbinding van het metaal natrium en chloorgas. Even iets over zoutvorming Video uitleg de-vorming-van-een-zout.

Afbeeldingsresultaat voor NW-nl  Stomme vragen bestaan niet! waarom is zeewater zout
Video Grootse zoutvlakte ter wereld reflections-from-uyuni-de-enrique-pacheco
In het zuidwesten van Bolivia ligt de Salar de Uyuni, de grootste zoutvlakte ter wereld.

18. Argon (Ar)

argon
Atoommassa
39,948 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ne]3s2 3p6
Afbeeldingsresultaat voor argon
Astronomers using Herschel have made the first discovery in space of a molecule including a noble gas. The molecule, argon hydride, was seen in the Crab Nebula,

Onze atmosfeer bestaat voor 78% uit stikstof, 21% zuurstof, 1% uit argon en nog wat sporen van andere gassen, zoals koolzuurgas (CO2) en waterdamp. In 1785 sprak Henry Cavendish een vermoeden uit dat argon aanwezig was in de lucht, maar het werd pas echt ontdekt in 1894 door Sir Rayleigh en Sir William Ramsay.
Argon werd verkregen tijdens het vloeibaar maken van lucht.
Zij ontdekten argon door de gefractioneerde destillatie van vloeibare lucht.
Gefractioneerde destillatie is het proces waarbij de vloeibare lucht langzaam opwarmt. Terwijl de lucht opwarmt, veranderen de verschillende elementen van een vloeistof terug naar een gas. Het deel van de lucht dat teruggaat naar een gas bij -185.86 ° C is argon.

Argon kan uit vloeibare lucht worden ontrokken. Vervolgens kan argon als beschermende sfeer toegepast worden, omdat het niet met andere stoffen reageert. Het wordt bijvoorbeeld in de staalindustrie als isolatiegas gebruikt, als lucht afgesloten moet blijven om heet metaal voor oxidatie te beschermen.

Daarnaast kan argon ook in elektrische verlichting van belang zijn. In fluorescerende lampen helpt het bovendien om het opstarten te versnellen. In lichtreclames geeft argon blauw licht.

19. Kalium (Ka)

Potassium
Atoommassa
39,098 u
1 valentie-elektron // Orbitaal [Ar]4s1 = [Ne]3s2 3p6 4s1
Vanaf kalium wordt de elektronenconfiguratie (orbitaal) begonnen met de configuratie van argon [Ar]

Kalium
Kalium is ook bekend onder de naam Potassium.

Deze naam is afgeleid van het Nederlandse woord potas, vanwege het feit dat kaliumcarbonaat oorspronkelijk werd verkregen door het logen van hout en de substantie vervolgens te verhitten tot ‘as’ in een pot. Op lithium na is kalium ’t lichtste metaal dat we kennen. Door de hoge reactiviteit van kalium komt het in de natuur alleen maar voor in de vorm van zouten. Kaliumhydroxide wordt gebruikt voor de verzeping van vetten waarbij zachte (groene)zeep ontstaat.

Hoge kwaliteit witte vlokken Kaliumhydroxide
Kaliumhydroxide

Kalium oxideert in lucht en kan explosief reageren met water vanwege de vorming van waterstof.

hqdefault
Video reaction-of-potassium-and-water.

Kalium speelt een belangrijke rol in het lichaam zoals bij pulsoverdracht in zenuwen en aanmaak van eiwitten. Anders dan bij natrium bevindt maar 2% van het totale lichaamskalium zich buiten de cellen. Binnen de cellen is de concentratie vele malen. Dit verloop moet via pompen in de celmembraan actief intact gehouden: de natrium-kalium-pomp-sodium-potassium-pump. Deze pompen kunnen beïnvloed worden door onder andere insuline, waardoor het kalium naar de cel verdwijnt. Suikerpatiënten die insuline spuiten moeten hiermee rekening houden, om te voorkomen dat hun kaliumspiegels te laag worden. Opname van kalium verloopt via het maag-darm systeem en wordt bij overmaat via de nieren uitgescheiden.

20. Calcium(Ca)

Calcium
Atoommassa 40,078 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar]4s2

De naam is afkomstig van het Latijnse Calx, dat “kalksteen” betekent. Calcium (kalk) is een lithofiel element, dat de voorkeur heeft zich met zuurstof of silicium te verbinden. Door de reactieve eigenschappen komt het niet in ongebonden toestand voor. Calcium komt voor in mineralen zoals calciet (calciumcarbonaat), gips (calciumsulfaat) en fluoriet (calciumfluoride).

Omdat calcium ook in hoge concentraties aanwezig is in het zeewater, is het van essentieel belang voor de groei van steenkoralen. Het skelet van steenkoralen bestaat uit calciumcarbonaat. Koraal, ook wel poliepen genoemd, zijn dieren die in de zee groeien, en maken een skelet van kalk. Koraal is dus niet – zoals veel mensen denken – een plant of steen, het bestaat uit heel veel diertjes, algen. Via fotosynthese zetten ze koolstofdioxide die van het koraal komt om in zuurstof, die nodig is voor de poliepen om te overleven. Verder maken deze algensoorten ook koolhydraten via fotosynthese, die de koralen voorzien in hun voedselbehoefte. Het koraal vangt zelf ook wel wat voedsel, dit doen de koraalpoliepen met behulp van kleine tentakels die voedsel (minuscule zeediertjes) uit het water kunnen filteren.

Stone Coral, Steen Koraal
Steenkoralen bouwen hun skeletten op door het calcium en carbonaat in het water met elkaar te combineren.

Het kan uit gesteentes zoals kalksteen, marmer, calciet, dolomiet, gips, fluoriet en apatiet opgelost worden. Opgelost calcium in de oceanen wordt door diverse organismen gebruikt om hun skelet uit op te bouwen in de vorm van de mineralen calciet en aragoniet.

  • Voor hun skeletbouw zijn ze afhankelijk van factoren zoals de watertemperatuur, hoeveelheid licht, waterdiepte, maar ook de zuurgraad van het water. Dat laatste is de afgelopen honderden jaren aan het veranderen: de zuurgraad (pH) is al gedaald van 8,2 naar 8,1 door de stijgende CO2 concentratie.

Neem ‘ns een kijkje in de greatbarrierreef, het grootste koraalrif ter wereld, nu het nog kan…..

Deze afbeelding heeft een leeg alt-attribuut; de bestandsnaam is gbr.jpg

21.Scandium (Sc)

Scandium
Atoommassa 44,956 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d1 4s2
Overgangs- of transitiemetalen komen weinig voor op aarde. Alleen ijzer (Fe) is veelvoorkomend.

22. Titanium(Ti)

Titanium
Atoommassa 47,867 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d2 4s2
Titanium crystal
Het overgangsmetaal Titaan is net zo sterk als staal, maar heeft slechts 60% van de dichtheid. Titaan komt voor als oxiden in de mineralen ilmeniet en rutiel.

23. Vanadium (V)

Vanadium
Atoommassa 50,942 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d3 4s2
De zouten van dit overgangsmetaal hebben verschillende kleuren

24. Chroom(Gr)

Chromium
Atoommassa 51,996 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d5 4s1
Afbeeldingsresultaat voor chroom element
Chroom is een blauw/groen/wit hard corrosie resistent overgangsmetaal. Het kan worden opgepoetst, zodat er een glanzend oppervlak ontstaat.
Gerelateerde afbeelding
Chroom 6 bestaat uit een Chroom atoom en drie zuurstof atomen. Het dringt door de huid en celmembraan en kan DNA oxideren. Een chemische omschrijving van de stof is hier te vinden.

25. Mangaan (Mn)

Manganese
Atoommassa 54,938 u
Valentie-elektronen //Orbitaal [Ar] 3d5 4s2
Mangaan
Mangaan is een grijs overgangsmetaal
pyrolusiet-ruw
Het mineraal pyrolusiet is een mangaandioxide dat al 15.000 jaar geleden werd gebruikt als pigment in verf
Mangaandioxide (MnO2) bruinsteenpoeder
Afbeeldingsresultaat voor Welke verschillende soorten batterijen zijn er?
Mangaandioxide wordt tegenwoordig gebruikt in (Alkali)batterijen
het-smelten-van-staal-24388212
Mangaan wordt de laatste tijd ook toegevoegd aan gesmolten staal om zuurstof en zwavel te verwijderen en vormt op die manier een legering met staal, zodat dit makkelijker in vorm te buigen is.
Afbeeldingsresultaat voor stalen brug
Wereldprimeur 2018: eerste stalen brug uit 3D-printer

26. IJzer (Fe)

Iron
Atoommassa 55,845 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d6 4s2
glaskop-hematiet
Hematiet bestaat in zuivere toestand voor 70% uit ijzer en is daarmee het belangrijkste ijzererts. Door het op hoge temperatuur met koolstof te laten reageren wordt ijzer gewonnen.

Over de oorsprong tot de vorming van alle elementen heb ik in vorige blogs al gesproken. In het binnenste van een zware ster worden uiteindelijk atoomkernen van ijzer gevormd, en dat zijn de meest stabiele atoomkernen die in de natuur voorkomen. Je zou kunnen zeggen dat ijzer in een zware ster het element is, dat de aanleiding was tot de vorming van alle atomen en isotopen die we kennen.

rode superreus.

Eerst smelten waterstofatomen samen tot heliumatomen. Dit gebeurt in middelmatige sterren als de Zon. De Zon houdt dit 10 miljard jaar vol, waarvan er al 5 miljard jaar om zijn! In zwaardere sterren gaat dit proces verder. Zodra de waterstof verbruikt is, begint de ster ’n beetje in te storten door de eigen zwaartekracht en heeft nieuwe brandstof nodig om niet helemáál in elkaar te storten (alsof er over nagedacht wordt!). Het inwendige van de ster wordt dan zó heet, dat de heliumkernen samensmelten tot koolstofatomen. Dat geeft de ster weer energie om te schijnen! Is de koolstof verbruikt dan moet er wéér nieuwe brandstof aangemaakt worden…..letterlijk! Door de inwendige hitte van het opnieuw in elkaar krimpen, zullen de koolstofatomen samensmelten tot wéér zwaardere zuurstofatomen. Hierna volgen silicium, magnesium enzovoorts. Er zijn dus steeds nieuwe kernfusiereacties nodig die weerstand bieden aan de zwaartekracht van de ster. De eigen energieproductie voorkomt telkens, dat de ster onder zijn eigen gewicht ineenstort. In het binnenste van de ster worden uiteindelijk zware atoomkernen van ijzer gevormd, en dat zijn de meest stabiele atoomkernen die in de natuur voorkomen. IJzeratomen zullen nooit spontaan samensmelten tot nog zwaardere elementen, en er lijkt nu echt een einde gekomen te zijn aan de kernfusiereacties in de ster. De energieproductie komt dus tot stilstand, en de ster begint onder zijn eigen gewicht ineen te storten en implodeert. Hierdoor vallen de lagen met een gigantische snelheid naar binnen en worden deze lagen explosief rechtuit weer naar buiten geslingerd. Dit is een Supernova en in dit proces worden alle zwaardere elementen dan ijzer en alle isotopen gevormd, die uiteindelijk ook op onze planeet terecht kwamen. (dit proces verloopt via gigantische gas-en stofwolken en stervormingsgebieden, uitgelegd in een ander blog)

IJzer werd in het Oude Egypte, 6000 jaar geleden al gebruikt voor speerpunten en decoratieve versieringen. Veelal was het ijzer hiervoor afkomstig van ingeslagen meteorieten.

Afbeeldingsresultaat voor meteoorijzer egyptenaren
Gizeh-pyramide-mysteriekamer kan Farao’s ‘meteorieten troon’ bevatten

In de ijzertijd, zo’n 3000 jaar geleden, nam ijzer de plaats in voor brons. Een hoofdbestanddeel van brons, tin, werd namelijk minder beschikbaar.

Gerelateerde afbeelding
IJzer kwam meestal voor als ‘moerasijzererts’. Het wordt gevormd in beekdalen en moerassen.

Afbeeldingsresultaat voor Wat is staal Oudste productie methode
IJzererts werd in eerste instantie in laagovens verwerkt. In China werden in de 5e eeuw v.Chr. al de eerste hoogovens gebouwd

Corrosie en roesten

IJzer wordt in oorspronkelijke staat gevonden in het erts hematiet als ijzeroxide, ’n verbinding van ijzer met zuurstof. Het metaal ijzer heeft de neiging naar deze oorspronkelijke staat terug te keren wanneer het blootgesteld wordt aan lucht en water. Deze corrosie is te wijten aan de oxidatiereactie (waarbij elektronen worden uitgewisseld), die plaatsvindt wanneer het metaal een weg zoekt naar een energetische voorkeurstoestand, namelijk z’n oorspronkelijke staat: het oer-ijzererts

oer-ijzererts

Wanneer staal in contact komt met water begint er een elektrochemisch proces. De elektronen die vrijkomen verplaatsen zich naar de uiteinden van de waterdruppel, waar er meer opgeloste zuurstof voorhanden is. Ze reduceren de zuurstof (nemen elektronen op uit zuurstof), en met het water wordt een hydroxidegroep (zuurstof en waterstofatoom) gevormd.

Roest is het roodbruine materiaal dat ontstaat wanneer ijzer reageert met zuurstof in de aanwezigheid van water.

Dus niet te vergeten de rode planeet

27. Kobalt (Co)

Cobalt
Atoommassa 58,933 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d7 4s2
Het woord kobalt komt van het Duitse kobald (kabouter). Kobalterts werd vaak verward met ertsen van de metalen die men wilde delven, waardoor de teleurstelling groot was als men het ongewenste kobalt verkreeg. Kobalt trekt het giftige arseen aan en joeg daarom angst aan bij de mijnwerkers. Men geloofde dus dat kobolden uit kwaadaardigheid dit metaal in de mijnen legden.

Samen met nikkel en ijzer wordt dit overgangsmetaal vaak in grote hoeveelheden aangetroffen in meteorieten.

Kobaltblauw was al bekend bij de Egyptenaren
Kobalterts gedolven in Congo Een grondstof die onmisbaar is voor de productie van accu’s voor elektrische voertuigen.

28. Nikkel (Ni)

Nickel
Atoommassa 58,693 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d8 4s2
Het grootste deel van het wereldwijd geproduceerde nikkel wordt gebruikt bij de productie van roestvast staal. Euromunten van €1 en €2 zijn ook van nikkel
Kopererts
Nikkelerts werd vaak aangezien voor kopererts. Bij een poging koper te winnen uit nikkelerts, bleef er tot verbazing een wit poeder over dat nickel werd genoemd: Kupfernickel,

Mijnwerkers gebruikten dat woord voor het erts waaruit geen koper te winnen viel en slechts het ongewenste nickel opleverde. Boosaardige aardgeesten, Nickeln, werden daarvoor verantwoordelijk gehouden. Een soortgelijk verhaal kent het element kobalt. Hier zouden kobolden het kwade toverwerk verrichten.

Afbeeldingsresultaat voor aardkern
Nikkel is essentieel voor aardmagneetveld

29. Koper (Cu)

Copper
Atoommassa 63,546 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s1
Kopererts

Er zijn twee verschillende soorten winplaatsen:

  • Dagbouwmijnen waar het erts dicht aan het oppervlak ligt
  • Ondergrondse mijnen.
Bingham Canyon Mine, gelegen bij Salt Lake City, is de diepste dagbouwmijn ter wereld

De mijn heeft meer koper opgebracht dan eender welke mijn dan ook in de geschiedenis: ongeveer 14,5 miljoen ton. Er worden ook een hele reeks bijproducten gewonnen. Zo heeft men al 620 ton goud, 5000 ton zilver, 276 ton molybdeen en grote hoeveelheden platina en palladium gevonden. Door deze productiestatistieken wordt Bingham Canyon ook wel “het rijkste gat op aarde” genoemd. De waarde van de metalen die er jaarlijks worden opgegraven bedraagt 1,8 miljard dollar.

De ondergrondse kopermijn bij Stolzembourg in Luxemburg. Hier bevinden zich de resten van een vijfhonderd jaar oude kopermijn.

Het messing gele Chalcopyriet is het mineraal met een hoog kopergehalte en geldt dan ook als een van de belangrijkste koper-ertsmineralen.

Koper recycling

Koper is 100% recyclebaar. Het is het derde, meest gerecyclede metaal na ijzer en aluminium. 80% van het koper dat een paar eeuwen geleden is gewonnen is nog steeds in gebruik. Van de Sumeriërs en Egyptenaren is overigens bekend dat zij rond 3000 v.Chr. koper smolten en gebruikten om brons te maken.

30. Zink (Zn)

Zinc
Atoommassa 65,38 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2
Dit overgangsmetaal wordt veelal gebruikt in legeringen. De belangrijkste zinkhoudende ertsen zijn sfaleriet (zinkblende), smithsoniet (een carbonaat) en calamien (een silicaat)

31. Gallium (Ga)

Gallium
Atoommassa 69,723 u
3 Valentie-elektronen / / Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p1
Zink is een zilverwit hoofdgroepmetaal. Dit zijn metallieke geleiders. Vloeibaar gallium vormt geen druppels, maar vloeit uit waarbij zich een heldere spiegel vormt. In thermometers voor gebruik bij hoge temperaturen wordt gallium gebruikt. p

32. Germanium (Ge)

Germanium
Atoommassa 72,64 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p2
Germanium is een metalloïde. Een semi-metaal, dat qua eigenschappen tussen de metalen en niet-metalen in zit.
De voorspelling van het bestaan en de eigenschappen van germanium en ook van de elementen gallium en scandium door Mendelejev was een belangrijke overwinning voor de geloofwaardigheid van het periodiek systeem.

33. Arseen (As)

Arsenic
Atoommassa 74,922 u
5 Valentie-elektronen / / Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p3
Arseen is een zwaar metaal dat gevaarlijks is voor de gezondheid
Arsenopyriet. Als je met een hamer hard er op slaat geeft het vonken en kom er een sterke knoflook geur vanaf.

Arseen kan heel gemakkelijk uit zijn ertsen worden gemaakt. Omdat arseen enigszins lijkt op kwik, hebben vroege wetenschappers waarschijnlijk de twee elementen met elkaar verward. Arseen en arseenverbindingen zijn zeer giftig. De belangrijkste arseenbron is het mineraal arsenopyriet, waaruit bij verhitting arseen vervluchtigd.

Gerelateerde afbeelding
In Bangladesh en India is men voor drinkwater veelal afhankelijk van grondwater met een hoog arseengehalte. Daardoor komt er in beide landen veel chronische arseenvergiftiging voor, waar jaarlijks vele mensen aan sterven.

34. Seleen (Se)

Selenium
Atoommassa 78,97 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p4
Seleen is een bijproduct dat achterblijft bij de winning van lood, zilver of koper. Hierbij wordt d.m.v. elektrolyse het seleen geïsoleerd.

Seleen beschikt over de opmerkelijke eigenschap om licht om te zetten in elektriciteit. Seleen heeft fotovoltaïsche cellen, ook wel PV-cellen genoemd, toegepast op sommige typen zonnecellen. Als er zonlicht op de zonnecel valt, worden er elektronen los gestoten, die dan in de gewenste richting bewegen en wekken elektrische stroom op. Dit fotovoltaïsch effect werd voor het eerst bemerkt door de Franse natuurkundige Alexandre-Edond Becquerel, vader van Antoine-Henri-Becquerel/ die per toeval de werking van radioactiviteit ontdekte!

Nu al zijn zonnecellen net zo gewoon als dakpannen van ‘vroeger’.

In de meeste systemen wordt hiervoor tegenwoordig silicium gebruikt. Energie van de zon kan elektronen losmaken in het silicium. Hierdoor ontstaat spanning in een zonnecel. Door meerdere zonnecellen achter elkaar te schakelen in een zonnepaneel kan er stroom gaan lopen. Voor het opwekken van stroom hebben zonnepanelen niet per se direct zonlicht nodig. Ook op een bewolkte dag levert een zonnecel elektriciteit.

Gerelateerde afbeelding

35. Broom (Br)

Bromine
Atoommassa 79,904 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p5
Broom is een olie-achtig halogeen, heeft een dieprode kleur en stinkt behoorlijk. Het is giftig en gevaarlijk bij huidcontact. Broom was het eerste element dat uit zeewater werd gewonnen – vrijwel al het broom op aarde is daarin te vinden.

Broom komt vooral voor onder de vorm van zouten.

Zouten bestaan uit metaalatomen (positieve ionen +) en niet-metaalatomen (negatieve ionen ). Metaalatomen kunnen veel gemakkelijker elektronen verliezen dan opnemen.Hiernaast zie je natriumchloride wat in de volksmond keukenzout genoemd wordt.

Broom wordt wel veelvuldig gebruikt in pesticiden, in verfstoffen, parfums, in de farmaceutische industrie en voor fotochemicaliën. Broomverbindin­gen zijn veelgebruikte vlam- of brandver­tra­gende (vlamwe­rende) middelen, vooral in kunst­stoffen. Je vindt kunststoffen  in behuizingen van allerlei producten (van PC’s tot stofzuigers), in het interieur van auto’s, in speelgoed – eigenlijk bijna overal. Ook synthetische vezels bestaan uit kunststof. Men maakt er kleding, gordijnen, meubelstoffen (ook autobekleding) en nog veel meer van. Broom is ook in diverse geneesmiddelen te vinden, bijvoorbeeld in bromazepam, een kalmeringsmiddel.

36. Krypton (Kr)

Krypton
Atoommassa 83,80 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p6
Krypton is een edelgas
De Griekse naam krytos betekent verborgen.

In 1898 bleef krypton over bij de ontleding van vloeibare lucht na het verwijderen van water, zuurstof, stikstof, helium en argon. Een week later werd ook neon ontdekt op dezelfde manier. Krypton is duur (30 tot 65 dollar per liter) en in de meeste gevallen te vervangen door goedkopere edelgassen. Daarom wordt het slechts op zeer beperkte schaal industrieel toegepast.

Afbeeldingsresultaat voor hogesnelheidsfotografie met flits
Toegepast in fotografische flitsers bij hogesnelheidsfotografie
Edelgassen in gasontladingslampen. Helium..Neon..Argon..Krypton..Xenon

Door het gas loopt een elektrische stroom. De in de lamp aanwezige vrije (losgeraakte)elektronen en ionen geleiden de stroom: er vindt een gasontlading plaats. Vrije elektronen botsen met de atomen van het gas. Bij deze botsing worden de elektronen van het atoom aangeslagen en naar een hoger energieniveau gebracht. Bij terugval naar het oorspronkelijk energieniveau wordt elektromagnetische straling uitgezonden d.m.v. een foton. een lichtdeeltje. De glazen buis is aan de binnenzijde bedekt met een fluorescerende stof, waardoor de straling zichtbaar wordt.

37. Rubidium (Rb)

Rubidium
Atoommassa 85,468 u
1 Valentie-elektron // Orbitaal [Kr] 5s1 = [Ar] 3d104s24p6 5s1
Dit zilverwit alkalimetaal moet vanwege de hoge reactiviteit met zuurstof onder olie of afgesloten van de lucht bewaard worden, om oxidatie te voorkomen.

Net als alle andere alkalimetalen is rubidium erg reactief. Het ontbrandt spontaan bij aanraking met lucht en explodeert met water.

Rubidium vindt een toepassing in atoomklokken en als component in fotocellen

38. Strontium (Sr)

Strontium
Atoommassa 87,62 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 5s2
Een zilverwit alkalimetaal. Het element is naar de plaats Strontian genoemd in Schotland waar strontiumhoudende mineralen voor het eerst werden ontdekt.

Strontiumnitraat Sr(NO3)2 is een goed oplosbaar zout van salpeterzuur. Salpeterzuur is het meest stabiele zuurstofzuur van stikstof. Strontiumnitraat wordt in de vuurwerktechniek gebruikt, omdat de vlammen een rode kleur te geven.

Het witte poeder Strontiumnitraat kleurt diep rood wanneer het sterk verhit wordt.

39. Yttrium (Y)

Yttrium
Atoommassa 88,906 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d1 5s2
Yttrium is een zacht, zilver-wit metaal dat voorkomt in verschillende mineralen op aarde.

De kleuren van de televisie zouden totaal anders zijn zonder de fosforverbindingen van yttrium, die aan de basis liggen van de rode kleur. Yttrium wordt wel eens tot de ‘zeldzame aardmetalen’ gerekend, die kenmerkend zijn de meeste lanthaniden. Zeldzame aarden worden vaak in combinatie met elkaar in ertsen en bepaalde soorten mineralen gevonden. Stenen die met de missie van de Apollo 11 van de Maan terug naar de aarde werden gebracht, bleken relatief hoge concentraties yttrium te bevatten.

40. Zirkonium (Zr)

Zirconium
Atoommassa 91,22 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d2 5s2
Goudkleurig overgangsmetaal.

De naam zirkonium is afgeleid van het mineraal zirkoon, waarin het aangetroffen werd. Zirkoon komt van het Perzische zargūn, dat goudkleurig betekent. De maanstenen die met de Apollomissies mee terugkwamen, bevatten veel hogere concentraties zirkoniumoxide (verbinding met zuurstof) dan aardse stenen.

Het mineraal zirkoon

41. Niobium (Nb)

Niobium
Atoommassa 92,91 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d4 5s1
Glanzend wit overgangsmetaal. Het krijgt een typerende blauwe glans als het langere tijd aan de lucht wordt blootgesteld bij kamertemperatuur en maakt het gewild voor sieraden.

42. Molybdeen (M0)

Molybdenum
Atoommassa 95,95 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d5 5s1

Zilver-wit overgangsmetaal. Het metaal bevindt zich niet vrij in de natuur maar is te vinden in het mineraal molybdeniet. Maanmonsters die terugkwamen naar de aarde bevatten zuiver molybdeenmetaal /

Met een smeltpunt van 2650ºC is molybdeen bestand tegen extreem hoge temperaturen. Het is ongeveer het hoogste smeltpunt dat bij zuivere elementen wordt aangetroffen. Bijkomend voordeel is dat het metaal bij hoge temperaturen vrijwel niet uitzet. Vindt daarom toepassingen in hoge temperatuur-laboratorium-vacuümovens. En ook in kwartslampen/terrasverwarmers en gasontladingslampen.

43. Technetium (Tc)

Technetium
Atoommassa 98,91 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d5 5s2
Zilvergrijs radioactief overgangsmetaal en heeft het uiterlijk van platina (behoort niet tot de platinagroep)

Technetium was het eerste element dat kunstmatig werd geproduceerd door molybdeen (element 42) te beschieten met deuteronen (zwaar waterstof) in een cyclotron (deeltjesversneller). Technetium is het lichtste element in het periodiek systeem dat radioactief is.

Technetium is gevonden in het spectrum van sterren van het S-, M- en N-type. De aanwezigheid van het element in stellair materiaal leidt tot nieuwe theorieën over de productie van zware elementen in sterren. Van nature komt technetium op aarde vrijwel niet voor. Het wordt verkregen als splijtingsproduct van zware kernen zoals uranium-238 of door het bombarderen van molybdeen met neutronen.

44. Ruthenium (Ru)

Ruthenium
Atoommassa 101,07 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d7 5s1

Het element ruthenium bleek het residu dat achterbleef toen in 1827 ruw platina werd opgelost in koningswater (geconcentreerd zoutzuur en salpeterzuur). Het wordt koningswater genoemd omdat goud, de koning der metalen, en ook andere edelmetalen zoals platina erin oplossen.

Platina lost op in koningswater

45. Rodium (Rh)

Rhodium
Atoommassa 102,91 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d8 5s1
Zilverwit overgangsmetaal. De naam rodium komt van het Griekse rhodon, dat roos betekent.
Afbeeldingsresultaat voor rhodium element

Een voorbeeld hoe een element werd ontdekt. Rodium is in 1803 ontdekt door een Engelse chemicus tijdens het onderzoeken van ruw platina-erts afkomstig uit. Eerst loste hij het erts op in koningswater en neutraliseerde het zuur met natriumhydroxide. Door ammoniumchloride toe te voegen sloeg het platina neer en na het verwijderen van nog wat andere elementen bleven er rode rodiumchloride-kristallen over. Hieruit werd door reductie = elektronen opnemen van waterstofgas zuiver rodium geïsoleerd.

46. Palladium (Pd)

Palladium
Atoommassa 106,42 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10
Zilverwit overgangsmetaal. Palladium is vernoemd naar de in 1802 ontdekte planetoïde Pallas, vernoemd naar de Griekse godin Pallas Athene. In de aardkorst wordt dit element aangetroffen in legeringen met goud en platina en daarom gebruikt in sieraden.

47. Zilver (Ag)

Silver
Atoommassa 107,87 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s1
Dit overgangsmetaal heeft van alle metalen de beste geleidbaarheid voor warmte en elektriciteit en het reflecteert licht het best

In tegenstelling tot goud wordt zilver zelden in zuivere toestand in de natuur gevonden. Meestal wordt zilver in verbinding met niet-edele metalen als lood en koper gedolven. Dit mengsel wordt bewerkt om het zuivere zilver te scheiden van overige metalen. Puur zilver is van nature te zacht om verwerkt te worden tot een sieraad of gebruiksvoorwerp. Het zou te snel slijten of verbuigen waardoor het onbruikbaar wordt. Daarom wordt zilver samengesmolten met andere metalen, zoals met koper. Er ontstaat een legering, waarbij de hoeveelheid puur zilver in zo’n legering het zilvergehalte bepaalt. Er werd aanvankelijk gedacht werd gedacht dat het metaal kwik een soort zilver was: quicksilver. Wanneer zilver met zwavel of verbindingen daarvan in aanraking komt vormt zich een zwarte laag van zilversulfide.

Zilver heeft oorlogen ontketend, mensen van hof en haard gescheiden, armen rijk gemaakt, vrouwen gesierd, kunstenaars geïnspireerd en als betaalmiddel gediend.
Zilverbezit was vroeger veelal het ‘bloedige product’ van de overwinning in een oorlog, van plundering of onderdrukking, dan dat het verkregen was dankzij eerlijk en hard werken.
In de 14e eeuw zijn tonnen zilver de smeltoven ingegaan om buitenlandse oorlogen te financieren. Zonnekoning Lodewijk XIV liet zijn prachtig bewerkte zilveren meubels en andere gebruiksvoorwerpen smelten om de Spaanse Successie-oorlog te betalen. Ook gaf hij de adel het bevel al hun goud en zilver te laten smelten, met als gevolg dat vandaag de dag de zilveren voorwerpen uit die periode zeer zeldzaam zijn.

De Zilvervloot

De Spanjaarden organiseerden in de 16e en 17e eeuw ieder jaar een groot konvooi om goud, zilver en andere kostbaarheden te verschepen uit Zuid-Amerika naar Spanje. In 1626 maakte Piet Hein voor de West-Indische Compagnie een plan voor het onderscheppen van deze zilvervloot. Na twee gelukte kleinere zeeroven in 1627 in de Allerheiligenbaai maakte Piet Hein zich in 1628 onsterfelijk door de verovering van een zwaar bewaakt zilvertransport uit de Baai van Matanzas. De buit bedroeg zo’n twaalf miljoen gulden en de WIC keerde een recorddividend uit van 50%. Het zilver was dus een belangrijke bijdrage aan de Gouden Eeuw. Na dit succes werd Piet Hein aangesteld als hoofd van de Hollandse zeemacht, maar kort daarna sneuvelde hij voor de Belgische kust. Bron: Arts edelmetaal

Afbeeldingsresultaat voor zilvermijn
Zilvermijn Melle in Frankrijk.

48. Cadmium (Cd)

Cadmium
Atoommassa 112,41 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2
Een uiterst giftig overgangsmetaal, echter: Zwavelzuur-cadmium-oxyde vindt in de geneeskunde een toepassing.

Sinds januari 2005 is cadmium in batterijen verboden door de Europese Unie. 10% van het wereldwijd gebruikte cadmium afkomstig uit de recycling van batterijen. Het giftige cadmium wordt in combinatie met het element telluur gebruikt in sommige zonnepanelen. Zie cadmium-in-zonnepanelen

49. Indium (In)

Indium
Atoommassa 114,818 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p1
Een zilvergrijs (hoofd)metaal.
Afbeeldingsresultaat voor indigo
De naam Indium is afkomstig van de kleur indigo in het atoomspectrum van indium.
ROGGBIV de keurvolgorde van de regenboog.
Gerelateerde afbeelding

50. Tin (Sn)

Tin
Atoommassa 118,71 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p2
Zilvergrijs (hoofd)metaal.

Tin, een van de vroegst ontdekte metalen, werd gebruikt voor het vervaardigen van brons, een koper-tin legering. In de bronstijd was namelijk de heersende technologie op brons gebaseerd. Het symbool Sn komt van het Neolatijn stannum dat van het postklassieke Latijn stagnum ‘legering van zilver en lood’ komt.

51. Antimoon (Sb)

Antimony
Atoommassa 121,76 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p3
Een metalloïde, dat meestal de eigenschappen heeft van zowel een metaal als een niet-metaal. Antimoon is een halfgeleidend metaal.

Een mogelijke oorsprong van de naam is de combinatie van de Griekse woorden anti en monos: niet alleen. Antimoon wordt doorgaans samen met andere metalen gevonden. Het symbool Sb vindt zijn oorsprong in het Griekse stibi voor blijvend. Deze naam was al in de Oudheid bekend en heeft waarschijnlijk te maken met het ‘blijvende karakter’ van het als mascara gebruikte antimoonsulfide (antimoon/zwavel). Antimoontrioxide (Sb2O3) is een brandvertrager voor kunststoffen en textiel. Antimoon tot slot is een belangrijk legeringselement voor het verbeteren van de eigenschappen van lood.

52. Telluur (Te)

Tellurium
Atoommassa 127,60 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p4
Het zeldzame, zilverwitte metalloïde telluur lijkt chemisch gezien erg op selenium, dat één positie hoger in dezelfde groep staat (34). Telluur is meer metallisch en iets minder giftig, maar verbindingen met telluur stinken heel erg!

Telluur wordt in combinatie met het giftige cadmium gebruikt in sommige zonnepanelen!!

53. Jodium (I)

Iodine
Atoommassa 126,9045 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p5
Jodium 0f iodine is een halogeen d.w.z. een zoutvormer. Jodium is vast bij kamertemperatuur, maar smelt al bij geringe verhitting en vormt dan vrijwel direct een dichte, violette damp.

Jodium is in de vorm van opgeloste chemische bindingen te vinden in zee­water en in het water dat afkomstig is van zoutmijnen. Het is als natrium- en magnesiumverbinding een belangrijk bestanddeel van zeewier (zie ontdekking jodium hieronder). Zoals andere halogenen kan jodium met veel andere elementen verbindingen vormen, omdat het jodiumatoom één elektron in z’n buitenste schil mist. Omdat halogenen slechts één elektron hoeven op te nemen om de edelgasconfiguratie te bereiken, hebben ze oxidatiegetal -1, d.w.z. slechts 1 elektron (negatief geladen) meer. Halogenen zijn dan ook de sterkste oxidatoren (elektronenacceptoren). Wanneer het oxidatiegetal -3 zou zijn, dan zouden er 3 (negatief) geladen elektronen meer zijn dus -3. Vanzelfsprekend zijn er ook positief geladen ionen.

Video ionen-1-wat-is-een-ion-hoe-bereken-je-het-aantal-elektronen-in-een-ion-hoe-gebruik-je-t40a

Het element werd in 1811 ontdekt door de Franse wetenschapper Bernard Courtois. De naam jodium/iodine is afgeleid van het Griekse woord ioeidès, dat violet uiterlijk bete­kent, vanwege de ­violette kleur van jodium­damp en -kris­tallen:

Ontdekking in 1811

Salpeter (’n metaalzout) werd gewonnen uit zeewier dat werd gedroogd, verbrand en de as werd vervolgens gewassen met water. Om de salpeter verder te zuiveren werd zoutzuur toegevoegd. Op een dag schoot Courtois uit met het zuur waarbij een wolk van paarse damp opsteeg. Het viel Courtois op dat de damp neersloeg op koude oppervlakken en daarbij donkere kristallen vormde. Hij vermoedde een onbekend element te hebben ontdekt, maar beschikte niet over voldoende middelen om verder onderzoek te verrichten.…..

Video jodium-een-bijzondere-stof

Slechts enkele jodium-kristalletjes volstaan. Deze worden met behulp van een lepel of spatel (dus NIET met de blote hand) in een vuurvaste erlenmeyer gedaan. Deze wordt afgesloten met een horlogeglas waarop wat smeltend ijs ligt. Daarna wordt de erlenmeyer met behulp van een gasbrander voorzichtig verwarmd. Algauw ontstaat er een paarse damp, dit is jodiumdamp. Deze damp is niet zo gezond, goed afzuigen dus. Jodiumdamp ontstaat doordat jodium al bij matige verwarming van de vaste fase meteen overgaat naar de gasvormige fase. Deze faseovergang heet sublimeren of vervluchtigen. De temperatuur van de onderkant van het horlogeglas (dat de erlenmeyer afsluit) is echter heel laag, de temperatuur van smeltend ijs bedraagt namelijk nul graden Celsius. Als de jodiumdamp tegen de koude onderkant van het horlogeglas komt, wordt het meteen weer vast. Deze overgang van de gasvormige naar de vaste fase heet rijpen. Dit verschijnsel kennen we wel van koude winters. Denk maar eens aan de waterdamp in de lucht die bij vorst meteen overgaat in ijs als die in aanraking met een koud oppervlak komt (rijping). Behalve rijp bestaat er trouwens ook nog ruige rijp. Dit laatste is eigenlijk “echte” rijp: het is bevroren mist.

Faseovergangen

Toepassingen: Jodiumtinctuur heeft een desinfecterende werking. In een mengsel van water en ethanol wordt jodium opgelost en gebruikt voor het ontsmetten van wonden. In kaliumjodide (’n zout) vindt jodium toepassing in de fotografie bij het ontwikkelen van foto’s.

54. Xenon (Xe)

Xenon
Atoommassa 131,30 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p6
Het edelgas xenon is in 1898 ontdekt toen het, net als argon als residu achterbleef tijdens het verdampen van vloeibare lucht.

Het verdampen van lucht wordt destillatie genoemd. Dit wordt uitgevoerd bij extreem lage temperaturen (−180°C ) en wordt daarom ook wel een cryogene destillatie genoemd. Xenongas wordt gebruikt in diverse xenonlampen, zoals bacteriële lampen bacteriën-verlichten-lamp, radiolampen, stroboscopen, waarmee de beweging van een object schijnbaar kan worden stilgezet, elektronenflitsers en lasers.

Medisch gebruik en doping

Xenon wordt medisch toegepast als verdovingsmiddel om patiënten in staat te stellen om chirurgische en andere pijnlijke procedures te ondergaan zonder dat het =gevoeld wordt. Ook stimuleert dit edelgas de productie van Epo waardoor er meer rode bloedcellen worden gevormd. Dit is dus een vorm van doping, om het vermogen van zuurstof- en koolzuurgastoevoer van het bloed te verhogen.

55. Cesium (Cs)

Cesium
Atoommassa 132,9054 u
1 Valentie-elektron // Orbitaal [Xe] 6s1
Een zilver/goudkleurig alkalimetaal.

Cesium is naast koper en goud ’n metaal met een ‘gouden’ uiterlijk, de rest van de metalen is grijs of zilverwit. Het alkalimetaal cesium is zacht, makkelijk vervormbaar en smelt al bij 29 graden Celsius. Cesium reageert explosief met water.

Atoomklok

De seconde is gedefinieerd aan de hand van de energieniveau’s van een cesium-atoom, specifiek in cesium-133, de enige stabiele isotoop van dit element. Uiterst precieze atoomklokken op basis van cesium kennen een afwijking van minder dan één seconde in vele miljoenen jaren.

Het 133Cs atoom definieert sinds 1967 de standaard van tijd, de seconde. De referentie is een specifieke ‘hyperfijne’ energetische overgang in de grondtoestand van het 133cesium atoom (in rust, bij 0 K). De daarmee corresponderende straling heeft volgens de definitie uit 1967 een frequentie van 9.192.631.770 Hz. Anders gezegd: één seconde is precies de duur van 9.192.631.770 perioden van die straling.

Maar het kan echter nóg preciezer!

Afbeeldingsresultaat voor cesium atoomklok
Wetenschappers hebben een nieuw soort atoomklok gemaakt die preciezer is dan ooit en pas na 15 miljard jaar slechts 1 seconde zal afwijken.

Cesium vindt ook een toepassing in foto-elektrische cellen: het foto-elektrisch-effect. Ook infraroodlampen zijn voorzien van cesium of cesiumchloride.

56. Barium (Ba)

Barium
Atoommassa 137,327 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 6s2
Zilverwit alkalimetaal.

Chemisch gezien is barium vrijwel identiek aan calcium. Het oxideert erg makkelijk bij blootstelling aan de lucht en reageert heftig met water. Barium moet worden bewaard in zuurstofvrije vloeistoffen.

Rond het jaar 1500 werden bariumzout bevattende stenen magische krachten toegekend, omdat ze een lichte gloed afgaven na te zijn verhit in houtskool. Zelfs na enkele jaren bleven de stenen in het donker nog nagloeien. Tegenwoordig staat dit verschijnsel bekend als fosforescentie:

Het nagloeien in stoffen is het een gevolg van langzaam terugvallen van door bestraling met ’n lichtbron aangeslagen-elektron. Het feit dat dit langzaam gebeurt komt doordat het terugvallen van de elektronen naar de grondtoestand in de kwantummechanica een ‘verboden overgang’ kent. Dit heeft te maken met de ‘uitsluitingsprincipe van Pauli’: twee elektronen met ’n zelfde ‘spin’ mogen zich niet in één baan bevinden…..

Na drie uur zonlicht gekregen te hebben lichten de stenen ongeveer één tot twee uur op in het donker. De in de middeleeuwen al bekende ‘Bologna-stenen’ – lichtgevende kiezels – bevatten bariummineralen.

De Lanthaniden

De elementen vanaf lanthaan (57) tot en met lutetium (71) worden de lanthaniden genoemd. Een aantal lanthaniden behoren tot de zogenoemde ‘zeldzame aardmetalen’

Zeldzame Aardmetalen, ook wel genoemd Zeldzame Aarden, worden in het Engels Rare Earth Elements (REE) genoemd, en hebben veelal (hightech) toepassingen. De Zeldzame Aardelementen komen dus zelden vrij als metaal voor in de aardse natuur. Als men het over de Zeldzame Aardelementen heeft, praat men dan ook meestal over de oxidevorm (Rare Earth Oxide).

De naam ‘Zeldzame Aarden’ is eigenlijk niet correct. Het zijn geen Aardmetalen, maar behoren tot de overgangsmetalen. Het woord “Aarde” komt van het Franse terre, dat ook oxide kon betekenen: ze oxideren snel met zuurstof. Men nam aan dat deze elementen relatief zeldzaam waren, omdat er vrij weinig ertsen van zijn.

Het gaat hier om een groep elementen die allemaal ontdekt zijn via de isolatie van hun oxide. De term ‘zeldzaam’ vindt zijn oorsprong in het feit dat deze oxiden (aarden) bijzonder moeilijk te herkennen en scheiden zijn. Het duurde meer dan een eeuw voordat ze allemaal ontdekt waren. In dezelfde periode werd bijna honderd keer de ontdekking van andere nieuwe elementen geclaimd.

Na verloop van tijd kwam de term ‘zeldzaam’ ook in zwang als aanduiding van de elementen zelf. Ze werden vaak pas vele jaren na hun ontdekking in zuivere vorm geïsoleerd.

57. Lanthaan (La)

Lanthanum
Atoommassa 138,9055 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 5d1 6s2
Het gemakkelijk vervormbare lanthaan is een van de meest reactieve zeldzame aardmetalen. Het oxideert gemakkelijk in lucht.

58. Cerium (Ce)

Cerium
Atoommassa 140,115 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 5d1 6s2
Cerium is een grijs glanzend metaal dat zich makkelijk laat vervormen.

De hoeveelheidsverhouding van het meest voorkomende zeldzame aardelement, cerium (Ce), is 68 ppm (parts per million). Daarmee is het ’t 25e element in de aardkorst! Dat betekent dat het vaker voorkomt dan lood!!

Cerium is vernoemd naar de dwergplaneet Ceres, die in het 1801 ontdekt werd. Het element behoort tot de zeldzame aardmetalen, maar komt op aarde bijna net zoveel voor als koper. Het oxideert gemakkelijk, vooral in vochtige lucht. Cerium is één van de meer reactieve zeldzame aarden: bij bewerking met een mes of een zaag kan het zomaar ontbranden. Je vindt cerium in aanstekers.

59. Praseodymium (Pr)

Praseodymium
Atoommassa 140,9077 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f3 6s2
Praseodymium is een zacht, zilvergrijs metaal uit de reeks van zeldzame aarden.

Het krijgt bij blootstelling aan de lucht vrij snel een groenkleurige oxidelaag (het Griekse woord prasios betekent groen). Het moet daarom in olie of luchtdicht worden bewaard. Het glas van lasbrillen bevat praseodymium, net zoals sommige permanente magneten.

60. Neodymium (Nd)

Neodymium
Atoommassa 144,24 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f4 6s2
Glas kan gekleurd worden van zuiver violet tot rood en grijs door er neodymium aan toe te voegen. Het is een van de meest reactieve lanthaniden en reageert ook met zuurstof, daarom luchtdicht of in olie bewaren.

61. Promethium (Pm)

Promethium
Atoommassa 146,92 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f5 6s2
Promethium is een niet stabiel, radioactief element uit de reeks van de zeldzame aarden.

Het element promethium is vernoemd naar Prometheus, een titaan uit de Griekse mythologie. Hij stal het vuur uit de hemel om het de mensen tot nut te laten zijn. Het komt op aarde alleen ‘natuurlijk’ voor als vervalproduct van uraniumisotopen. Vanwege de radioactiviteit van promethium vertonen zouten van het metaal luminescentie: ze ‘gloeien’ in het donker met een vaalblauwe of -groene kleur.

62. Samarium (Sm)

Samarium
Atoommassa 150,36 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f6 6s2
Samarium is een zilverachtig glanzend metaal uit de reeks van de zeldzame aarden. Het is redelijk stabiel in lucht maar bij hogere temperaturen (boven 150°C) vliegt het vanzelf in brand. Je vind samarium vooral in elektronicaproducten, magneten, keramiek en glas.

63. Europium (Eu)

Europium
Atoommassa 151,965 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal 4f7 6s2
De lanthanide Europium is ongeveer zo hard als lood en tamelijk goed vervormbaar. Het is een zeer reactief element en oxideert gemakkelijk in lucht. Het vliegt spontaan in brand bij verhitting tot zo’n 150 tot 180°C.

64. Gadolinium (Gd)

Gadolinium
Atoommassa 157,25 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f7 5d1 6s2
Het is een magnetisch metaal bij kamertemperatuur (twintig graden Celsius) maar verliest zijn magnetisme als je het in je hand opwarmt.

MRI contrastmiddel

Oplosbare verbindingen met gadolinium dienen als contrastvloeistof bij Magnetic Resonance Imaging (MRI). Vanwege de ongepaarde elektronen van het gadolinium zijn ze goed zichtbaar op de scan. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk delen van de bloedsomloop zeer scherp af te beelden en vernauwingen, blokkades of lekkages te detecteren. Na afloop van het onderzoek wordt het complex geleidelijk door de nieren uitgescheiden.

65. Terbium (Tb)

Terbium
Atoommassa 158,9253 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f9 6s2
Het zilvergrijze terbium is een gemakkelijk vervormbaar en zacht metaal dat zich met een mes laat snijden

Een aantal terbium-gebaseerde materialen vertoont bijzondere eigenschappen zoals drukafhankelijke fluorescentie, sterke vormverandering onder invloed van een magnetisch veld of triboluminescentie: kristallen geven licht als ze breken.

Fluorescentielamp
Verbindingen met terbium worden gebruikt als groen fluorescerende stof.

66. Dysprosium (Dy)

Dysprosium
Atoommassa 162,50 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f10 6s2
De naam dysprosium is afgeleid van het Griekse woord dys­prositos voor ‘moeilijk te verkrijgen’. Dat herinnert aan de moeite die het kostte om het element te identificeren en isoleren. 

67. Holmium (Ho)

Holmium
Atoommassa 164,9303 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f11 6s2
Het relatief zachte en goed vervormbare holmium is onder normale omstandigheden stabiel in droge lucht. In vochtige lucht bij hoge temperaturen oxideert het snel tot het gele oxide.

Holmium heeft een groot magnetische moment d.w.z. dat het een duidelijke magnetische sterkte en richting geeft. De hoge magnetische sterkte wordt benut om sterke magneetvelden te genereren. Het element is zelf niet permanent magnetisch, maar dient als concentrator van magnetsche flux (in poolschoenen) in combinatie met andere magneten.

68. Erbium (Er)

Erbium
Atoommassa 167,26 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f12 6s2
Erbium is een vrij zacht en buigzaam glanzend metaal. Dankzij erbium is efficiënt informatietransport via glasvezels mogelijk – de frequentie van het door erbium uitgezonden licht wordt nauwelijks door zo’n vezel geabsorbeerd. Het communicatiesignaal wordt vervolgens versterkt door de interactie met de erbiumionen.

69. Thulium (Tm)

Thulium
Atoommassa 168,9342 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f13 6s2
Thulium is een gemakkelijk verwerkbaar, zacht zilvergrijs metaal.

Dit element is op promethium na het minst voorkomende element uit de reeks van de lanthaniden. Het doet zijn naam als zeldzame aarde dus eer aan.

70. Ytterbium (Yb)

Ytterbium
Atoommassa 173,04 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 6s2
Het lanthanide ytterbium is vernoemd naar het Zweedse plaatsje Ytterby, net zoals yttrium, erbium en terbium. Ytterby is de vindplaats van de ertsen waarin veel lanthaniden ontdekt zijn. Ytterbium is niet bijzonder zeldzaam maar toch tamelijk lastig te winnen omdat het minder dan andere lanthaniden de neiging heeft zich op te hopen.

71. Lutetium (Lu)

Lutetium
Atoommassa 174,967 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d1 6s2
Lutetium het laatste element in de rij van de lanthaniden en de zeldzame aarden.

Het is het minst voorkomende en misschien wel duurste element uit die reeks. Toch komt lutetium in grotere hoeveelheden in de aardkorst voor dan goud. Het is lastig om uit lutetiumhoudende mineralen het pure, zuivere metaal te verkrijgen. De naam lutetium is afgeleid van Lutetia, de Latijnse benaming voor Parijs: de woonplaats van de ontdekker. De naam was aanvankelijk lutecium.

72. Hafnium (Hf)

Hafnium
Atoommassa 178,49 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d2 6s2
Net als zirkonium is hafnium een sterk, zilverachtig (overgangs)metaal. De twee elementen komen altijd samen voor en geen twee elementen zijn lastiger van elkaar te scheiden.
Zirkonium

De naam hafnium verwijst naar Kopenhagen, de stad waar hafnium ontdekt werd (in het laboratorium van de fameuze scheikundige Niels Bohr). De oude Latijnse naam voor Kopenha­gen is Hafnia. Dankzij hafniumoxide zijn computerchips de laatste jaren complexer en sneller geworden. Het materiaal is zo’n goede isolator dat steeds kleinere details mogelijk zijn.

73. Tantalium (Ta)

Tantalum
Atoommassa 180,9479 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d3 6s2
Een (overgangs)metaal

De naam tantalium is afgeleid van koning Tantalus uit de Griekse mythologie – net zoals het begrip tantaluskwelling. Tantalus, zoon van Zeus, had de toorn van de goden gewekt en moest als straf tot zijn kin in het water staan. Toch kon hij zijn dorst niet lessen, want zodra hij wilde drinken zakte het water buiten zijn bereik. Met de naam voor dit element refereert de ontdekker aan het feit dat het isoleren van tantaal(oxide) zo moeizaam ging dat het een ware Tantaluskwelling was.

74. Wolfraam (W)

Tungsten
Atoommassa 183,84 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d4 6s2
Grijs (overgangs)metaal. In het Engelse taalgebied heet dit element tungsten.

Wolfraam heeft het hoogste smeltpunt van alle elementen: 3422 oC en wordt daarom veel toegepast onder zware thermische belasting, bijvoorbeeld in laselektrodes en gloeidraden. Een wolfraamdraad van 100 µm doorsnede, opgerold in een dubbele spiraal, in een lamp gevuld met argon of krypton geeft een intens wit licht bij 2.800 – 3.000 ºC.

Wolfraam heeft vrijwel dezelfde dichtheid als goud (goud 19320 kg/m³, wolfraam 19300 kg/m³) maar goud is ongeveer duizend keer zo duur. Daarom is wolfraam, zij het sporadisch, gebruikt om goudstaven te vervalsen door de binnenkant met wolfraam te vullen.

75. Renium (Re)

Rhenium
Atoommassa 186,21 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d5 6s2
Dit (overgangs)metaal werd in 1925 gedecteerd in Duitsland vermoedelijk aan de Rijn.

Renium wordt veel gebruikt in legeringen die bestand moeten zijn tegen zeer hoge temperaturen. Rheniform is een katalysa­tor (reactie-versneller) met platina en renium (ca. 0,3 %) voor de productie van loodvrije benzine. Dmitri Mendelejev had het bestaan van dit element al voorspeld bij het opstellen van zijn periodiek systeem. In de versie van 1871 plaatste hij het toen nog hypothetische dvi-mangaan in het gat tussen wolfraam (element 74) en osmium (element 76).

76. Osmium (Os)

Osmium
Atoommassa 190,23 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d6 6s2
Het blauwig glanzende (overgangs)metaal is ongeveer even zeldzaam als goud en komt ook net als goud in metallische vorm in de natuur voor.

Je vindt osmium als legeringselement in zeer harde materialen voor bijvoorbeeld vulpenpunten, elektrische contacten en kompasnaalden. Het werd ook gebruikt voor de naald van oude fonografen (de voorloper van de platenspeler).

77. Iridium (Ir)

Iridium
Atoommassa 192,22 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d7 6s2
Het (overgangs)metaal Iridium is één van de zeldzaamste metalen. Het komt uiterst weinig voor in de aardkorst, maar is wel aanwezig in meteorieten.

Iridium komt voor in meteotieten, dus de ontdekking van een dun laagje iridium in gesteenten bij Yucatán (Mexico), werd direct geassocieerd met de inslag van de grote meteoriet die de dinosauriërs deed uitsterven. Indium is verder een bijproduct van de zink-, ijzer-, lood-, en koperwinning. Het element ‘verraadt zich’ door de kleur indigo. Metallisch iridium is hard en zilverachtig en vindt een toepassing in injectienaalden en op de punt van dure vulpennen.

Iridium en andere zeldzame elementen zijn nodig voor consumentenelektronica, zoals touchscreen- en lcd-beeldschermen, zonnepanelen, windmolens, IPad en ook in mobieltjes. De grondstoffen schaarste wordt niet alleen veroorzaakt door beperkte bodemvoorraad maar ook door export beperking van de producerende landen. De indiumproductie is voor de helft in handen van China.

Strategische mineralen gaan schaars worden. Voorraden van zeldzame mineralen bevinden zich in een paar landen, die dus een monopoliepositie hebben. De schaarste vormt een bedreiging voor onze hightech-industrie die zich bezig houdt met groene technologieën, zoals windturbines en zonnepanelen.

78. Platina ( Pt)

Platinum
Atoommassa 195,08 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d9 6s1
Dit (overgangs)metaal is een edelmetaal, omdat het nauwelijks kan worden aangetast door oxidatie.

Uit opgravingen is gebleken dat platina al in het Egypte van de zevende eeuw voor Christus werd gebruikt als materiaal voor sieraden. Ook in tweeduizend jaar oude graven aan de westkust van Zuid Amerika is platina aangetroffen. De geschiedenis van het metaal in Europa en Azië gaat minder ver terug. In de 18e eeuw is in Europa dit metaal ontdekt en vernoemd naar het Spaanse verkleinwoord woord platina, wat ‘klein zilver’ betekend, dit omdat het vaak met zilver werd verward.

Je vindt platina ook in de autokatalysatoren voor de reiniging van uitlaatgassen. Per auto is ongeveer twee gram platina nodig.

79. Goud (Au)

Gold
Atoommassa 196,9665 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s1

Het symbool van goud Au is de afkorting van het Latijnse aurum voor geel (vergelijk ook het oud Romaanse aurora voor licht of glans).

Goud is extreem rekbaar: één gram van dit edelmetaal is uit te walsen tot een oppervlakte van twee tennisvelden (vijfhonderd vierkante meter) of uit te rekken tot een draadje van maar liefst drie kilometer lengte. Het werd al vóór 4.000 v. Chr. gebruikt als sieraad en ruilmiddel. De geweldige aantrekkingskracht van goud wordt beschreven in verschillende mythes bijvoorbeeld die rond Koning Midas, die alles wat hij aanraakte in goud veranderde.

Afbeeldingsresultaat voor koning midas goud

In de oudheid was goud niet alleen bekend als waardevol, maar ging er ook magie van uit en stond het symbool voor zuiverheid. Alchemisten zijn lange tijd op zoek geweest naar de steen der wijzen, om andere materialen te transformeren in goud. Dat zij daar nooit in zijn geslaagd, is vanuit de huidige inzichten over de opbouw van atomen goed te verklaren.

Gerelateerde afbeelding
De steen deze wijzen.
De Grasbergmijn is de omvangrijkste goudmijn en op twee na grootste kopermijn ter wereld. De mijn ligt in de Indonesische provincie Papoea.
De Grasbergmijn gezien vanuit de ruimte

80.Kwik (Hg)

Mercury
Atoommassa 200,59 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s2
Dit zilverachtig (overgangs)metaal is het enige metallische element dat vloeibaar is bij kamertemperatuur.

De naam is afgeleid van het ‘levendige’ gedrag van het metaal. Het symbool Hg is afkomstig van de Latijnse naam hydrargyrum voor vloeibaar (waterachtig) zilver. In het Nederlands is de naam kwik het ‘restant’ van kwikzilver. Het Engels kent de term quick silver als alternatief voor de officiële naam mercury. Dat is afgeleid van Mercuri­us, de boodschapper van de goden en god van de handel in de Romeinse mythologie. De oude alchemisten koppelden de destijds bekende elementen aan hemellichamen. Voor kwik was dat de planeet Mercurius.

Toepassingen

Lagedruklampen produceren veel ultraviolet licht (280 nm). Hogedruklam­pen produceren ’n grotere hoeveelheid zichtbaar licht, dus met een langere golflengte (tussen 380 nm en 780 nm). Lagedruk­kwiklampen worden toege­past in de fotochemie, de spectroscopie en in hoogtezon­nen (zonne­banken). Hogedruk­kwiklampen worden gebruikt in schijnwer­pers voor terrein- en wegver­lichting.


Vanwege de gezondheidsrisico’s en de daarmee samenhangende regelgeving worden kwik (met name in open systemen) en kwikverbindingen steeds minder toegepast. De Romeinen wisten overigens al dat kwik een gevaarlijke stof was omdat de mensen die in kwikmijnen gingen werken na een half jaar stierven. Om die redenen moesten de slaven in de kwikmijnen werken.

Voor spaarlampen worden kleine gasontladingsbuizen gebruikt met kwikdamp. Deze buizen geven een hoge lichtopbrengst bij een laag vermogen.

Kwik werd vroeger veel gebruikt voor de meting van druk, met als bekendste de luchtdruk (barometer) en de bloeddruk. Ook dit is tegenwoordig verboden, maar de eenheid van bloeddruk is nog steeds ‘millimeter kwik’ (mm Hg). Een bloeddruk van 120 mm Hg kan dus in een buisje 12 cm aan kwik omhoog drukken.

In oude thermometers kan men kwik aantreffen. Het metaal is daarvoor zeer geschikt vanwege een constante uitzet­tingscoëfficiënt en grote dichtheid. Tegenwoordig is dat verboden.

Kwik werd door de alchemisten be­schouwd als de sleutel in de omzetting van ‘normale’ metalen in goud. De oudste kwikmijn bevind zich in Spanje.

Gerelateerde afbeelding
Informatie kwikmijn Almadén in Spanje.

81 Thallium (Tl)

Thallium
Atoommassa 204,3833 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s2 6p1
Dit (hoofdgroep)metaal is een zeer zacht, loodachtig metaal dat makkelijk met een mes te snijden is.

Het metaal is bijzonder giftig en wordt als het meest giftige ‘gewone’ element beschouwd. Radio-actieve elementen als polonium en plutonium zijn zelfs bij ’n lagere doses al dodelijk. Thalliumsulfaat is jarenlang toegepast als rattengif.

De naam thallium is afgeleid van het Griekse thallos voor ontluikende knop. Dit vanwege de karak­teristieke groene kleur van één van de spectraallijnen van het element. Thallium werd in 1861 ontdekt met behulp van spectrosco­pi­sche analyse van slib dat achterbleef bij de bereiding van zwavelzuur.

Toepassing in thermometers voor het meten van zeer lage temperatu­ren (tot -60 ºC) en bepaalde thermostaten bevatten een mengsel van kwik en thallium. Deze apparatuur wordt gebruikt in poolstreken en in de stratosfeer. Voor medisch onderzoek wordt de isotoop thallium-201 gebruikt.

82. Lood (Pb)

Lead
Atoommassa 207.2 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe} 4f 14 5d 10 6s2 6p2
Dit dog grijze (hoofdgroep)metaal is het zwaarste element en is tevens zacht, buigzaam en kneedbaar.

De naam lood is waarschijnlijk afgeleid van het Keltische loud of van het Sanskriet loka. dat rood­ach­tig betekent. Dit vanwege de roodachtige kleur van het oxide (menie). Het symbool Pb is afkomstig van de Latijnse naam voor lood, plumbum. Het wordt toegepast in dakbedekkingen en als stralingsbeschermer. Loodtoepassingen zijn inmiddels achterhaald vanwege de milieu- en gezondheidsaspecten. Lood is giftig en hoopt zich op in het lichaam. Zelfs kleine hoeveelheden lood(verbindingen) kunnen de ontwikkeling en het functioneren van de hersenen beïnvloeden!!

De Romeinen produceerden naar schatting tot wel 80.000 ton lood per jaar. Ze pasten het toe in standaardgewichten en munten en in allerlei gebruiksvoorwerpen zoals borden, drinkbekers en kookpotten. De Romeinen waren hun tijd ver vooruit met een drinkwatervoorziening waarbij ze loden pijpen gebruikten. (Van het gebruik bij waterleidingen – en de wijze van verwerking – is het woord loodgieter afkomstig). De Romeinen pasten loodoxide veelvuldig toe als pigment en gebruikten waarschijnlijk loodverbindingen als zoetstof en conserveringsmiddel.

Dit was allemaal niet ongevaarlijk: bepaalde beschrijvingen van ziektebeelden in die tijd doen denken aan de symptomen van loodvergiftiging. Sommige historici schrijven de teloorgang van het Romeinse rijk (voor een deel) toe aan het veelvuldig toepassen van lood.

Romeinse loden waterleidingbuis.

De Romeinen pasten loodoxide veelvuldig toe als pigment en gebruikten waarschijnlijk loodverbindingen als zoetstof en conserveringsmiddel.

83. Bismut (Bi)

Bismuth
Atoommassa 208,9804 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal 4f 14 5d 10 6s2 6p3
Het zware, zilverachtige bismut is een tamelijk bros (hoofdgroep)metaal, dat in vroeger tijden vaak werd verward met lood vanwege de zwaarte van het metaal..

Legeringen van bismut met lood, zink of tin hebben een relatief laag smeltpunt (zo tussen 40 °C en 140 °C). Ze dienen als smeltdraad in elektrische smeltveiligheden (zekeringen, ook bekend als ‘stoppen’). Deze draad smelt als de stroomsterkte te hoog wordt, waardoor de stroomkring automatisch wordt onderbroken. Ook in sprinklerinstallaties is een smeltdraad (of smeltplaatje) aanwezig. Bij te hoge temperatuur smelt de draad en treedt automatisch de sproeikop in werking.

Hoewel bismut tot de zware metalen behoort, is het niet giftig en is dus onschadelijk voor organismen. Basisch bismutnitraat, Bi(OH)2NO3, heeft zelfs een sterke desin­fec­terende werking en wordt onder andere gebruikt in windsels bij de verzor­ging van brandwonden.

84. Polonium (Po)

Polonium
Atoommassa 208.9824 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s2 6p4
Dit semimetaal (metalloïde) is uiterst radioactief.

Polonium werd ontdekt in 1898 door Marie Curie na het verwerken van onvoorstelbare hoeveelheden uraniumerts-restanten. De straling van dit erts (pekblende) was namelijk veel groter dan op grond van het aanwezige uranium was te verklaren. Marie Curie ging op zoek naar de stof die deze straling moest veroorzaken. Uit 2 ton pekblende wist ze 2 milligram materiaal te isole­ren, dat voor ongeveer 5% uit het onstabiele isotoop 210Po bestond. Het dodelijke element werd in 2006 gebruikt voor de moord op de Russische dissident Litvinenko.

In tabak zijn minuscule hoeveelheden polonium te vinden. Sommige wetenschappers veronderstellen dat de aanwezigheid van het element rol speelt bij het ontstaan van longkanker. Een radioactief isotoop van polonium zit ook in sigarettenrook.

Instabiele poloniumkernen vallen zeer snel uiteen zodat extreem veel reactie­warm­te vrijkomt in de vorm van straling. Polonium zendt vijfduizend keer zoveel straling uit als een even grote hoeveelheid van het eveneens zeer radioactieve radium. Deze stralingswarmte is vervolgens om te zetten in elektrische energie. Zo ontstaat een lichtgewicht energie­bron die gebruikt wordt in nucleaire batterijen voor ruimte­schepen en satellieten.

85. Astaat (At)

Astatine
Atoommassa 209,9871 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [ Xe] 4f 14 5d 10 6s2 6p5
Het uiterst radioactieve astaat zou een metalloïde kunnen zijn. Het is bijzonder zeldzaam vanwege de zeer korte halfwaardetijd van alle isotopen.

De naam astaat komt van het Griekse woord astatos dat betekent insta­biel. Alle bekende astaat-isotopen zijn namelijk instabiel en vervallen vrij direct. Hoeveelheden die groot genoeg zijn om met het blote oog waar te nemen verdampen meteen door de intense radioactiviteit. Schattingen van de aanwezigheid in de gehele aardkorst lopen uiteen van een tiende gram tot hooguit enkele tientallen grammen.

De plek in het periodiek systeem onder jodium bleef lange tijd leeg vanwege de instabiliteit van het element, waarvan het bestaan al door Mendelejev was voorspeld. Uiteindelijk is het in 1940 gelukt om het element te ‘synthetiseren’ in het cyclotron (een circulaire deeltjesversneller) door een bombardement van bismuth-209 met alfa-deeltjes (helium4-kernen).

Bij het radioactief verval van zware elementen worden alfadeeltjes in de vorm van straling uitgestoten.

Alfadeeltjes zijn gevaarlijk als ze inwerken op weefsel, omdat ze daarin chemische reacties teweegbrengen. Deze stralingsdeeltjes zijn echter gemakkelijk tegen te houden met een blad papier is genoeg. Alfastraling is daarom eigenlijk alleen gevaarlijk als ze in het lichaam worden opgenomen, bijvoorbeeld wanneer men alfadeeltjes via het voedsel of via injectie naar binnen krijgt. Eenmaal in het lichaam kunnen zij in hun directe omgeving grote schade aanrichten omdat alle energie die vrijkomt bij hun verval zich in een klein gebied om de vervallende kern concentreert.

Een andere besmettingsweg is de blootstelling aan gasvormige alfastralers. Als radium (2 elementen verder in het systeem) door alfaverval twee protonen verliest, wordt het edelgas radon gevormd. Radon is een alfastraler. Doordat radon ingeademd kan worden, is het veel gevaarlijker. De zeer krachtige alfastraling raakt de binnenkant van de longen en kan daar veel schade aanrichten. Bovendien zijn de eveneens radioactieve vervalproducten niet meer vluchtig en zij zetten zich daarom af in de longen.

86. Radon (Rn)

Radon
Atoommassa 222.0176 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s2 6p6
Afbeeldingsresultaat voor volcanic lightning with radon
Radon, een radioactief edelgas, maakt o.a.
deel uit van de pluimen tijdens vulkanische bliksems.

Voorafgaand aan aardbevingen is vaak een sterke stijging in de radon-con­centratie waar te nemen. Dit gebeurt tijdens de opbouwfase waarin de spanning in gesteenten sterk toeneemt. Radon is dan een aardschokvoorspeller.

Sommige grond- en steensoorten bevatten sporen van uranium die tot radium vervallen, dat op zijn beurt weer vervalt tot radon. In die lage concentratie wordt aan radon- houdend water, mits gedoseerd gebruikt, een helende werking toegeschreven.

Bij standaardtemperatuur en -druk is het een kleurloos gas, maar afgekoeld tot onder het vriespunt neemt radon een fluorescerend gele kleur aan en bij nog lagere temperaturen verandert dat in oranjerood. Hoewel radon een edelgas is, dat nauwelijks verbindingen aangaat met andere elementen, is experimenteel aangetoond dat het verbindingen kan aangaan met fluor.

87. Francium (Fr)

Francium
Atoommassa 223 u
1 Valentie-elektron // Orbitaal [Radon] 7s1
Dit is een radioactieve (alkali)metaal.

Francium bestaat slechts bij de gratie van radioactief alfa-verval van actinium, een actinide 2 elementen verder. Franciumverbindingen komen alleen voor in mineralen en gesteenten waarin actinium-verbindingen aanwezig zijn als gevolg van radioactief verval, zoals uraan- en lanthaan-minera­len. Franciumisotopen worden ook aangetroffen tussen de vervalproducten van kunstmatig gemaakt plutoni­um. Een francium atoom bestaat slechts voor korte tijd want francium is één van de minst stabiele natuurlijk voorkomende elementen. Er is op de hele aardbol op enig moment naar schatting slechts twintig tot dertig gram van aanwezig.

88. Radium (Ra)

Radium
Atoommassa 226,03 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 7s2
Het zeer radioactieve radium is het zwaarste bekende aardalkalimetaal. Zuiver metallisch radium is helderwit, maar wordt met zuurstof in de lucht snel zwart.
het is ook lichtgevend met een zwak blauwgroene kleur.

De naam radium is ontleend aan de radioactieve straling die het uitzendt. Aangezien radium ontstaat uit het verval van uranium, wordt het altijd aangetroffen in uraniummijnen. Hoe ontdekken chemici een element: Marie en Pierre Curie ontdekten radium in 1898 in een monster uraniniet (pekblende). Ze toonden het aan met behulp van spectraalanalyse. Om meer van het element in handen te krijgen verwerkten ze twee wagonladingen afval, overgebleven bij de uraniumwinning. Het leverde slechts 1/10 gram radium op!!

In 1910 verkreeg Marie Curie het eerste metallische radium. Ze elektrolyseerde een oplossing van een radium-kwik verbinding. Uit de ontstane radium-kwik-legering isoleerde ze het radium via afdampen van het kwik bij 700 °C in een waterige oplossing.

Vlak na de ontdekking werd radium als een soort radioactief wondermateriaal beschouwd. Het kreeg toepassingen in lichtgevende verf, maar ook in tandpasta en andere producten die goed zouden zijn voor de gezondheid. Meisjes die werkten of gewerkt hadden aan het aanbrengen van de radiumverf ontwikkelden zweren, bloedarmoede en botkanker.

Het duurde een kwart eeuw voordat de gevaren van radium serieus werden genomen. Gemeten naar gewicht is radium een miljoen maal radioactiever dan uranium. Tegenwoordig wordt radium gebruikt bij het opstarten van een kernreactor.

De actiniden

Dit zijn een serie van 15 elementen met de atoomnummers 89 t/m 103. Alle actiniden zijn radioactief en vervallen spontaan naar lagere elementen, uiteindelijk naar lood. Twee actiniden (thorium en uranium) komen echter nog als natuurlijk element op Aarde voor doordat zij isotopen hebben met een halveringstijd van miljarden jaren. Dat is de tijd waarna van een oorspronkelijke hoeveelheid stof nog precies de helft over is.

Alle actiniden zijn radioactief.

89. Actinium (Ac)

Actinium
Atoommassa 227,0728 u
3 Valentie-elektronen // [Rn] 6d1 7s2

Actinium is te vinden in het uraniumerts pekblende, net als radium en polonium. Het is bijzonder radioactief, honderdvijftig keer meer dan radium. De naam is afgeleid van het Griekse woord akti­nos, dat straal betekent. Actinium werd in 1899 ontdekt in het residu van uraniumerts waaruit Marie en Pierre Curie een jaar eerder al radium hadden geïsoleerd.

  • Het is één van de meest zeld­zame ele­menten. Het aandeel in de aardkorst is qua gewicht slechts 5,5.10-14 %.
  • Vanwege de schaarste, hoge prijs en extreme radioactiviteit heeft actinium geen industriële toepassingen. Het wordt incidenteel wel gebruikt voor medische doeleinden (lokale bestraling).
  • Actinium is een zilverkleurig metalliek metaal dat dusdanig radioactief is, dat het in het donker een blauwe gloed uitstraalt.

90. Thorium (Th)

Thorium
Atoommassa 232,04 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 6d2 7s2
Afbeeldingsresultaat voor thorium
Kernenergie van thorium is een nieuwe en duurzame techniek,

Thorium is een stof die niet splijtbaar is, maar het kan wel omgezet worden in een vorm van uranium die wel splijtbaar is. Dit is uranium-233. Deze stof verliest in 160.000 jaar tijd de helft van de radioactiviteit. Zo wordt het gevaar van de radioactiviteit dus kleiner, want kernafval van uranium geeft langer straling af. Bij de omzetting van deze stof is wel uranium nodig, dit gebeurt in lastige stappen.

Thorium is een nucleaire energiebron, maar wordt nauwelijks benut. Er zit misschien wel meer energie in de aardse thoriumvoorraden dan in alle uraniumertsen én fossiele energiebronnen bij elkaar. Video thorium-oplossing-voor-het-energieprobleem

Puur thorium is een zilverwit glanzend metaal, maar na enkele maanden zorgt oxide ervoor, dat het dofgrijs en uiteindelijk zelfs zwart wordt. Thorium is redelijk bestand tegen water en lost niet op in de meeste zuren, behalve in zoutzuur. Het smeltpunt van thoriumoxide is 3300°C, het hoogst van alle bekende oxides en bijna van alle bekende materialen.

Thorium heeft een zeer hoge elektronenemissie. Het wordt gebruikt in gloeidraden van elektronenbuizen en van kwikdamplampen met een hoog vermogen, en is ook te vinden in gloeikousjes van (camping)gaslampen.

91. Protactinium (Pa)

Protactinium
Atoommassa 231,04 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 5f 2 6d1 7s2

Het heeft een proton méér dan thorium en staat dus een positie hoger in het periodiek systeem. Opmerkelijk genoeg heeft het een lager atoomgewicht, omdat de meest voorkomende isotopen minder neutronen in hun kern hebben dan thorium.

Protactinium is zeer schaars, radioactief en giftig. Als vervalproduct van uranium-238 is het te vinden in uraniumertsen.

Vrijwel al het natuurlijke protactinium is het onstabiele isotoop 231Pa, een vervalproduct van de ‘meest stabiele’ isotoop van uranium 238U met een halveringstijd van 4,5 miljard jaar.

92. Uranium (U)

Uranium
Atoommassa 238,03 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 5f3 6d1 7s2
Natuurlijk uranium bestaat grotendeels uit de ‘meest stabiele’ isotoop van uranium 238U met ’n halveringstijd van 4,5 miljard jaar.

Het uranium-238 dat op Aarde voorkomt is gevormd door nucleosynthese in supernova’s. (opbouw van zwaardere uit lichtere atomen en het ontstaan van hun isotopen)

De nucleaire toepassingen en de natuurlijke radioactiviteit hebben uranium tot een element gemaakt dat tot de verbeelding spreekt. Dit zwaarst bekende natuurlijk voorkomende metaal is niet bijzonder zeldzaam. De meest bekende toepassing van uranium is het gebruik als ‘brandstof’ voor kernreactoren, als verrijkt uranium. Voor het op gang houden van een kettingreactie is een hoger percentage van het andere isotoop van uranium 235U noodzakelijk. Het bereiken van een hoger percentage wordt ‘verrijken’ genoemd. Uranium dient ook als afschermingsmateriaal tegen ioniserende straling. Eveneens wordt het zware metaal gebruikt als contragewicht in vliegtuigen (uiteraard verarmd uranium, een afval product). Uranium heeft namelijk een hoge dichtheid: een kubieke decimeter (een liter) weegt meer dan negentien kilo, dat is bijna twee keer zoveel als lood.

Ontdekking

Uranium werd in 1789 ontdekt in het mineraal uraniet, bekend als pekblende.

Uraniet
Gerelateerde afbeelding
Uraniumwinning uit erts

De zoektocht naar en ontginning van radioactieve ertsen begon in de VS aan het begin van de 20e eeuw. Er werd naar radium gezocht, voor gebruik in lichtgevende verf voor wijzers in horloges en dergelijke. Radium werd gevonden in uraniumerts. In 1935 werd de belangrijkste uraniumisotoop 235U ontdekt. Uranium werd voor de defensie-industrie van belang gedurende de Tweede Wereldoorlog. In 1943 werd in Colorado uranium gewonnen voor het Manhattanproject. Maar uiteindelijk werd het meeste uranium voor het Manhattanproject en vooral voor de atoombom Little Boy. Rond 1960 nam de behoefte aan militair uranium in de Verenigde Staten af door de nucleaire ontwapening. Tegelijkertijd kwam er meer behoefte aan uranium voor gebruik in kernreactoren.

Gyrokompas

Bij de navigatie van schepen maakt men gebruik van een gyrokompas. Daarin bevindt zich een zeer snel draaiende tol (6.000 – 24.000 omwentelingen per minuut), waarvan de as zich richt naar de aardas. Een tol met een grote traagheid maakt het kompas minder gevoelig voor de bewegingen van het schip. Daarom wordt materiaal gebruikt met een zeer grote dichtheid, zoals ver­armd uranium.

Transurane elementen

De elementen na uranium, dus vanaf neptunium (93), komen niet van nature op Aarde voor, maar alleen als vervalproducten of worden via nucleaire technieken ‘gesynthetiseerd’. Alle transuranen zijn radioactief met halfwaardetijden die veel korter zijn dan de leeftijd van de Aarde (4,5 miljard jaar), dat wil zeggen dat zij op Aarde al lang vervallen zijn. Zij worden echter wel voortdurend in het heelal aangemaakt gedurende bepaalde astronomische gebeurtenissen, zoals in supernova’s.

Twee van deze transuranen zal ik benoemen.

94. Plutonium (Pu)

Plutonium
Atoommassa 239,05 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 5f6 7s2
Een keramische brandstofpellet van Plutonium-238 oxide gloeit oranje door zijn radioactieve verval. Deze pellets worden gebruikt om warmte te leveren die wordt omgezet in elektriciteit op ruimtevaartuigen.

De totale aardse hoeveelheid plutonium van werkelijk natuurlijke oorsprong wordt geschat op enkele grammen. Daarentegen zijn vele honderden tonnen plutonium door de mens geproduceerd, speciaal voor de vervaardiging van kernwapens. Het testen van kernbommen heeft vele duizenden kilo’s in de aardse atmosfeer gebracht. Plutonium ontstaat ook als bijproduct in reguliere kernreactoren.

118. Oganesson (Og)

Atoommassa 293 u
Orbitaal [Rn] 5f14 6d 10 7s27p6

Van het (voorlopig) laatste element van het periodiek systeem zijn slechts een paar exemplaren ooit ‘gezien’. Element 118 is het zwaarste van alle bekende elementen en het meest recente ontdekte element.

Oganesson zou een edelgas kunnen zijn. Dit element is ontdekt door de Russische wetenschapper Yuri Oganessian. Hij was nauw betrokken bij de ontdekking van meerdere nieuwe elementen.

Nieuw elementen

Afbeeldingsresultaat voor transurane elementen
Door twee andere elementen in een gigantische deeltjesversneller op elkaar te laten botsen, ontstond element nummer 115 – Ununpentium – met 115 protonen
Afbeeldingsresultaat voor op elkaar te laten botsen, ontstond element nummer 115
Nieuw element met 117 protonen

Het denkende bewustzijn

De chemie van denken en bewustzijn

Welke hormonen regelen het menselijk bewustzijnsniveau en maken het denken mogelijk? bron Dr. S. Bosman, biologe SOTHIS Research, Culemborg en Stichting Milieubewustzijn, ’s-Graveland

De pijnappelklier (epifyse) produceert hormonen die invloed uitoefenen op ons denken. Daarnaast zijn het neurotransmitters,  die de hersencellen activeren of afremmen en daardoor de communicatie in onze hersenen bepalen. 

pineal gland에 대한 이미지 검색결과
De epifyse ligt centraal in ons hoofd

Het ligt in een gebied behorend bij het limbische systeem, dat te maken heeft met ’t emotionele leven. De epifyse is ook betrokken bij het dag- en nachtritme. Hier wordt melatonine geproduceerd uit serotonine en wordt in een met de tijd van de dag variërende hoeveelheid aan bloed en hersenvocht afgegeven. 

De pijnappelklier reageert dus op veranderingen in licht en donker door het uitscheiden van hormonen. Onze biologische klok in de suprachiasmatic-nucleus reageert op deze hormonen en bepaalt ons ritme van waken en slapen, dus ook ons bewustzijn.

  • De Pijnappelklier als schakel tussen hormonale- en neuronale regulatie De verschillende hormonen die de pijnappelklier afgeeft aan bloed en hersenvocht beïnvloeden waarschijnlijk het Reticulair Activerend Systeem (RAS). Dit is een bundel zenuwvezels dat tussen pons en kleine hersenen door de hersenstam loopt en van waaruit een netwerk van zenuwvezels doorloopt naar de hersenschors. Dit bepaalt mede het hersengolfpatroon en hiermee het niveau van wakkerheid van de mens.

            Nuclei raphes in de formatio reticularis

Serotonergische circuits hebben interactie met andere neurotransmittersystemen op een groot aantal verschillende moleculaire niveaus. Bij mensen speelt serotonine (5-HT) een modulerende rol in bijna elke fysiologische functie. Bovendien wordt gedacht dat serotonerge disfunctie betrokken is bij verschillende psychiatrische en neurodegeneratieve stoornissen.

           

  • De reticulaire formatie komt in de hersenstam, in de tussenhersenen, in het verlengde merg en in het ruggenmerg voor. Deze formatie coördineert de hersenzenuwen en stemt de activiteiten daarvan op andere delen van het centrale zenuwstelsel af. Om die reden wordt de reticulaire formatie ook wel regelkamer van ons bewustzijn genoemd. 
  • De vele zenuwprikkels (elektrische signalen die elk moment in de reticulaire formatie aankomen, worden hier gesorteerd, geïnterpreteerd, gefilterd en eventueel opgeslagen. De reticulaire formatie (formatio reticularis) zorgt ervoor, dat alleen ‘belangrijke’ informatie de grote hersenen en daarmee ons bewustzijn bereiken. In veruit de meeste gevallen wordt door de reticulaire formatie onderbewuste reacties teweeggebracht. De formatio reticularis is ook een belangrijk onderdeel van het Reticulaire Activerings Systeem…..Door een bepaald verlangen aandacht te geven wordt dit systeem automatisch geactiveerd. Het komt dus in werking als je ergens echt interesse in hebt, in iets dat jij energie geeft. Of je nu iets juist wel of niet wilt, het gaat altijd om het onderwerp waarop jij je op focust.

Wat is bewustzijn? 

Afbeeldingsresultaat voor bewustzijn is een aggregatietoestand
…..ik denk namelijk dat ’t bewustzijn een bepaalde structuur is waar we ons niet van bewust zijn, maar wat door iedereen en ook door elk (micro)organisme wordt beleefd. Ik ben er zelfs van overtuigd, dat ook anorganische stoffen ‘zich op één of andere manier bewust zijn van elkaars nabijheid’. Dit zal ik in een andere blog benaderen als het ‘Elementaire bewustzijn’.

Het is de structuur, het patroon wat informatie tot informatie maakt.                             Wat zijn dan die structuren en wat zijn hun samengestelde eigenschappen?………Het zijn niet de samengestelde deeltjes en eigenschappen, maar het is de structuur van informatie dat er echt toe doet……….

…..wat doet iemand, op een bepaald moment, op een bepaalde plaats, in een bepaalde gemoedstemming op iets afgestemd…….met informatie dat binnenkomt…..Wat word je je dan bewust en wat doe je ermee?

Alle informatie uit de buitenwereld, komt ons lichaam binnen via de zintuigen.

Onze zintuigen geven ons informatie over de omgeving waarin we zijn via onze ogen, oren, neus, tong en onze tast maken het mogelijk om ons te oriënteren. Al deze zintuigen ontvangen prikkels en worden door neuronen omgezet in elektrische signalen. Elektrische signalen worden via neuronen óf rechtstreeks naar de hersenen gestuurd óf eerst naar het ruggenmerg en dan naar de hersenen gestuurd, waar deze contact maken met andere neuronen.
De overgrote meerderheid van de elektrische signalen gaat in de hersenen allereerst naar de thalamus, een centraal gelegen structuur in de hersenen, het regelcentrum. Hier worden de signalen doorgestuurd naar het gebied in de hersenen waar het goed geïnterpreteerd en verwerkt kan worden.

naamloos
Elk zintuig-specialisme heeft een eigen, specifiek gebied in de hersenen waar de informatie wordt verwerkt. Zo bevindt ‘het zien’ zich in de Occipitaal kwab (visuele cortex, rood gebied), ‘de reuk’ en ‘het gehoor’ in de temporale kwab (geel en groen gebied) en ‘de smaak’ en ‘tast’ in de pariëtale kwab (paars en blauw gebied).

De manier waarop de informatie wordt verwerkt en op complexe manieren wordt omgezet in patronen en structuren, is voor iedereen verschillend. Ze zijn onwillekeurig verbonden aan een bepaalde plaats op een bepaalde tijd. Bovendien zijn ook de gevoelens van dat moment en waarop je bent afgestemd bepalend voor de complexiteit van de informatie. En vergeet ook niet het ouder wordend brein, of het ontstaan van hersenaandoeningen zoals angststoornissen, depressie, dementie en Alzheimer waardoor de informatie ánders vanzelfsprekend binnenkomt, bewust of onbewust…….

In hoeverre zijn we ons bewust van ons bewustzijn?

  • Bewustzijn is een bepaalde structuur van innerlijke en van buitenaf gekregen informatie. Hoe ervaar je je bewustzijn  als de structuur ervan uiteenvalt?

Het ouder wordend brein is zich aanvankelijk bewust dat ‘het dingen begint te vergeten’. 
Het geheugen werkt wat trager en als we niet meer zoveel dingen tegelijk kunnen onthouden, maken we ons daarover niet ongerust. Maar het wordt anders als u het gevoel krijgt dat u niet zo goed meer kunt nadenken. Of dat het warrig is in uw hoofd. Of dat er iets niet goed is. Dat vage ‘niet pluis’ gevoel waarmee u geen raad weet, maakt u misschien onzeker en u kunt zich er onbehagelijk bij voelen. Mensen om u heen merken subtiele maar terugkerende veranderingen; u vergeet dingen en soms gedraagt u zich wat anders. Is het nu vergeetachtigheid of dementie?

Wat is dementie?

Krimp hippocampus voorspelt Alzheimer. Het tempo waarin verlies van hersenweefsel optreedt, en voornamelijk in de hippocampus, voorspelt het risico op het ontwikkelen van de ziekte van Alzheimer al in een vroeg stadium. 

Tekening van de hersenen, waarin de hippocampus en gebieden van de hersenen van betrokkenheid bij de ziekte van Alzheimer Stockfoto - 13842536

De hippocampus is een hersenstructuur die belangrijk is voor het geheugen

Alzheimer en andere vormen van dementie ontstaan niet van de ene op de andere dag. Het begint sluipend en de achteruitgang neemt langzaam maar zeker toe. Wat zijn oorzaken van alzheimer?

1. Samenklontering van amyloid

video samenklontering amyloïde plaques  beta-amyloid-in-alzheimer

Amyloïde is een algemene term voor eiwitfragmenten die het lichaam normaal aanmaakt. Bèta amyloïde is een eiwitfragment van het veel grotere APP-eiwit (Amyloid Precursor Protein, ofwel amyloïde voorloper eiwit). Dit APP speelt een belangrijke rol bij de groei van zenuwcellen. Daarnaast is het ook betrokken bij het repareren van schade aan deze cellen. Het APP in de zenuwcellen wordt regelmatig vervangen. Daarbij wordt het oude APP door enzymen in kleinere stukjes geknipt.

  • Meestal ontstaan hierbij fragmenten die geen schade kunnen aanrichten. Onder bepaalde omstandigheden kunnen losse bèta-amyloïdeiwitten samenplakken tot onoplosbare draden. Deze draden kleven aan elkaar en aan stervende zenuwcellen vast. Hierbij vormen ze steeds groter wordende structuren: de plaques.
  • Het is nog niet duidelijk of plaques een oorzaak zijn van de ziekte van Alzheimer of een gevolg. Veel wetenschappers nemen aan dat bèta-amyloïde schadelijk is voor zenuwcellen. Mogelijk veroorzaken de plaques een ontstekingsreactie in de hersenen waarbij ons afweermechanisme schade aanricht aan onze neuronen.

2. Tau eiwitkluwen

video Tau eiwitkluwen beta-amyloid-and-tau-proteins

Neurofibrillaire tangles (knopen). Deze bestaan uit onoplosbare samengestrengelde vezels die in de hersencellen te vinden zijn. Zij bestaan voornamelijk uit het tau-eiwit.

Afbeeldingsresultaat voor neurofibrillaire tangles of knopen

Links een gezonde zenuwcel, rechts een zenuwcel zoals gezien bij Alzheimer. Buiten de cel bevinden zich plaques die de communicatie met andere zenuwcellen verstoren. Binnen de cel bevinden zich tangles.

De hersenen van mensen die Alzheimer hebben verschillen met die van gezonde ouderen. In deze hersenen bevinden zich namelijk plaques en tangles. Plaques zijn ophopingen van een bepaald eiwit tussen de hersencellen. Dat eiwit heet amyloïde . Bij ouderen en in het bijzonder bij ouderen met Alzheimer verloopt de afbraak van dit eiwit niet goed meer. Hierdoor ontstaan een soort eiwitbergjes tussen de hersencellen die de overdracht van berichten tussen de hersencellen kunnen belemmeren.

Op den duur worden ook de zenuwcellen zelf aangetast. Dit is onder andere te zien aan de aanwezigheid van tangles (kluwen). Dit is een wirwar van draadvormige eiwitten binnen een zenuwcel, die het functioneren van de zenuwcel onmogelijk maakt. De schade aan de hersencellen ontstaat mogelijk, doordat het lichaam met een ontstekingsreactie reageert op de aanwezigheid van plaques. Het afweersysteem probeert de plaques onschadelijk te maken met giftige stoffen. Dat lukt helaas niet, maar het tast op den duur wel de zenuwcellen aan. 


Door veroudering kan de structuur van het tau-eiwit veranderen. Dit veranderde of gemuteerde tau-eiwit is niet meer in staat bij te dragen aan de stevigheid van de cel. Als gevolg hiervan raakt ook de communicatie tussen zenuwcellen aangetast. Uiteindelijk kan een aangetaste zenuwcel zelfs geheel afsterven. 

Onder normale omstandigheden speelt het tau-eiwit een belangrijke rol bij het instant houden van de stevigheid van het ‘skelet’ van de zenuwcellen, de microtubuli. Ik maak nu even letterlijk een ’n aantal cruciale stapjes in de richting van ons bewustzijn.    

Afbeeldingsresultaat voor microtubuli

Dit skelet, dat uit minuscule buizen of ‘microtubuli’ bestaat, met een dikte van ongeveer 25 nanometer, is o.a. van belang voor het transport van  voedingsstoffen van de zenuwcel.


De meeste organellen zweven niet vrij in een cel, zoals een gewoon microscopisch beeld of een schematische tekening suggereren. Door de hele cel is een groot aantal draadvormige structuren te vinden die de functie van ‘skelet’ en ‘spieren’ hebben…..dit zijn de microtubuli en de microfilamenten

De microtubili spelen verder een belangrijke rol bij het transport van sommige onderdelen binnen de cel. Het transporteren zelf wordt gedaan door motoreiwitten. Deze ‘pakken’ de te vervoeren deeltjes vast en slepen ze langs microtubuli naar de plaats van bestemming. Daarbij bewegen deze eiwitten op een manier die nog het meest doet denken aan lopen: het eiwit heeft twee “voetjes” waarmee het beurtelings bindt aan de vezel. Bekijk dit filmpje een-dag-uit-het-leven-van-een-motoreiwit waarin de maker een artist impression gemaakt heeft over hoe dit zou kunnen gebeuren.

Dr. Stuart Hameroff een Amerikaanse anesthesist en medisch specialist ontwikkelde samen met Roger Penrose, de Orchestrated Objective Reduction (Orch-OR) een bewustzijnstheorie. Hierin wordt verondersteld dat ons bewustzijn een Quantumproces zou kunnen zijn, dat in gang wordt gezet door microtubuli in de hersencellen.


De aard van het bewustzijn blijft mysterieus en diepgaand belangrijk, met existentiële, medische en ook spirituele implicaties. We ervaren hoe het is om bewust te zijn – om bewustzijn te hebben, een bewust ‘verstand’ te hebben…..maar wie of wat ‘zijn wij’ die zulke dingen echt kunnen weten? Hoe moet de subjectieve aard van de fenomenale ervaring – ons ‘innerlijke leven’ – in wetenschappelijke termen worden uitgelegd?

Wat bewustzijn in wezen is, en hoe het tot stand komt, blijft mysterieus. De algemene aanname in de moderne wetenschap en filosofie is, dat het bewustzijn voortkomt uit een complexe berekening van hersenneuronen….een berekening van het neuronale afvuren (‘spikes’) en synaptische transmissies, worden zelfs gelijkgesteld aan binaire ‘bits’ in het digitale computergebruik. Bewustzijn wordt verondersteld emergent te zijn, ‘tevoorschijn’ te komen uit complexe neuronale berekeningen en is tijdens de biologische evolutie ontstaan ​​als een aanpassing van levende systemen, dat niet wezenlijk verbonden is met de oorspronkelijke structuur van het universum, extrinsiek dus……. 

Aan de andere kant beschouwen spirituele en contemplatieve tradities en sommige wetenschappers en filosofen bewustzijn als intrinsiek, ‘geweven in de structuur van het universum’

Het  onderzoek van Stuart Hameroff betreft een theorie van bewustzijn die de twee benaderingen extrinsiek en intrinsiek kan overbruggen, een theorie die de afgelopen 20 jaar is ontwikkeld met de eminente Britse fysicus Sir Roger Penrose. Deze theorie, de georchestreerde objectieve reductie’ (‘Orch OR’), suggereert dat bewustzijn voortkomt uit quantumvibraties in eiwitstructuren, microtubuli genaamd, in de neuronen van de hersenen. 

  • Bewustzijn lijkt meer op muziek dan op berekenen. Trillingen die interfereren, ‘inklappen’ en resoneren in hersengolven (door het neuronale afvuren….de elektrische pulsjes…spikes) en genereren het  bewustzijn om uiteindelijk met de ‘diepere orde-rimpelingen in ruimtetijdgeometrie verbonden te worden’.

“De oorsprong van het bewustzijn weerspiegelt onze plaats in het heelal, is het wezen van ons bestaan. Ontwikkelde het bewustzijn zich uit complexe ‘berekeningen’ in de hersencellen, zoals wetenschappers veronderstellen? Of was bewustzijn er al in de een of andere vorm, zoals anderen beweren”

Hieronder is de video te zien waarin Stuart Hameroff zijn visie over het Quantumbewustzijn uiteenzet in een ingewikkeld betoog. Daarom converteerde ik de video niet…….de YouTube versie heeft ondertiteling.  

Zelf heeft mij de volgende video geïnspireerd, waar ik overigens mijn verdieping in het  Bewustzijn mee begon.

En dat ik ga combineren met 

Kwantummechanica wordt door wetenschappers aangemerkt als het startpunt van de moderne natuurkunde en gebruikt om een breed scala van verschijnselen te verklaren. Voorbeelden hiervan zijn de verspreiding van röntgenstralen, de baan van elektronen om de atoomkern en het gedrag van atomen en atoomkernen. 

De Duitse natuurkundige Max Planck ontwikkelde deze theorie en publiceerde zijn bevindingen in het toonaangevende natuurkundetijdschrift Annalen der Physik in de verhandeling Zur Theorie des Gesetzes der Energie­verteilung im Normalspektrum.

In de laatste decennia van zijn leven behandelde Planck vooral filosofische vragen van zijn fysieke wereldbeeld. Hij bevestigde stevig het bestaan ​​van God en zag in de wetenschap een zoektocht naar zijn empirische kennis, maar zonder ooit in staat te zijn om dat doel op deze manier volledig te bereiken.

Max Planck zei over het bewustzijn:

Ik beschouw het bewustzijn als fundamenteel en materie als afgeleide van het bewustzijn. We kunnen echter het bewustzijn niet doorgronden en komen er nooit achter waar het precies vandaan komt……

Max Planck over materie en God

“Als een mens die zijn hele leven gewijd heeft aan de meest helderhoofdige wetenschap, aan de studie van de materie, kan ik u als een resultaat van mijn onderzoek over atomen zo veel zeggen: er bestaat geen materie op zich”. 

“Volgens mijn onderzoek van het atoom, zeg ik dit: er is geen materie op zichzelf. Alle materie ontstaat en bestaat alleen door een kracht die de atoomdeeltjes vibreert en ze samenhoudt. Maar omdat er geen intelligente kracht of eeuwige kracht in het hele universum bestaat, moeten we achter deze kracht een bewuste intelligente geest accepteren. Deze geest is de oorsprong van alle materie. Niet de zichtbare maar de onzichtbare ‘geestelijke’ materie is het echte, het ware, want materie bestaat helemaal niet zonder de geest. Het onzichtbare, onsterfelijke geestelijke is de waarheid! ” 

Maar omdat er geen geest op zichzelf kan zijn, en elke geest tot een wezen behoort, moeten we noodzakelijkerwijze geestelijke wezens accepteren. Maar aangezien geesten er niet van zichzelf kunnen zijn, maar gecreëerd moeten worden, ben ik niet bang om deze mysterieuze schepper een naam te geven, zoals alle volkeren op aarde die al duizenden jaren noemen: God!

Hiermee komt de natuurkundige, die z’n hele leven met de aard van materie te maken had, van het rijk der materie naar het rijk van de geest…..en hiermee op het terrein van de filosofie?

Er waren tijden dat filosofie en wetenschap onvriendelijk tegen elkaar waren.               Filosofen hebben zich gerealiseerd dat het niet is toegestaan ​​om natuurwetenschappers voor te schrijven volgens welke methoden en voor welke doeleinden ze zouden moeten werken. Voor natuurwetenschappers is het inmiddels duidelijk geworden dat het uitgangspunt van hun onderzoek niet alleen in de zintuiglijke waarnemingswereld ligt en dat zelfs de wetenschap niet zonder een bepaalde dosis metafysica kan.

Religie en wetenschap sluiten elkaar niet uit, zoals sommigen tegenwoordig geloven of vrezen, maar vullen elkaar zelfs hier en daar aan. Het meest historische bewijs van de compatibiliteit van religie en wetenschap, zelfs in een grondig kritische analyse, is het gegeven…..dat de grootste natuuronderzoekers allertijden, mannen zoals Kepler, Newton, Leibniz doordrongen waren van diepe religiositeit.

Volgens hen kent de onsterfelijke en ontoegankelijke godheid dezelfde ondoorgrondelijke principes als de meest onwaarschijnlijke natuurwetten, waartoe het denkvermogen en de zintuigen tot op zekere hoogte door de onderzoekende mens kunnen worden geïnformeerd.Dit geldt ook voor het bewustzijn, wat in wezen extreem toegankelijk is, omdat het overal om ons heen aanwezig is in alles. Maar ons denkvermogen kan het bewustzijn niet doorgronden….ook de religie niet of de wetenschap. We zoeken gewoon een houvast en willen érgens in geloven dat ’n zekere houvast geeft….. 

In Scientias vond ik dit artikel

Religie is een fundamentele levensbehoefte. Mensen hebben een God nodig om diepe betekenis te geven aan hun leven. De god van het Christendom vervulde de meeste menselijke behoeften en werd daarom ‘gekozen’ als ‘ware’ godsdienst. Dat schrijft Selina O’Grady in haar nieuwste boek ‘En de mens schiep God’.

“We proberen altijd voor onszelf betekenis te vinden waarom en waarvoor we leven. Het biedt troost want het geeft een levensdoel, vertelt hoe je je moet gedragen en geeft betekenis aan het leven. Bovendien brengt het mensen samen. En dat hebben we nodig: een gemeenschap, een groep, waar je bij hoort en waarbinnen iedereen belangrijk is.”

Mensen wisten niet waarom ze er waren, wat nu eigenlijk de bedoeling was van alles (het leven) en wat er zou gebeuren als ze stierven. “Goden waren een antwoord op de onbekende krachten van de natuur en het lot; ze zouden je wellicht ook kunnen beschermen als je ze ‘omkocht’ met de juiste offers,” vertelt O’Grady. De monotheïstische god gaf iemand ook nog eens het gevoel dat hij geliefd werd en van waarde was. Iemand had een betekenis voor zijn bestaan in de wereld. Hij beloofde je zelfs een hiernamaals als je je goed had gedragen op de wereld, als beloning.

Oorsprong “godsdiensten” 

Ik ga nog wat dieper: 
Het overgrote deel van de bewoners op deze aardbol gelooft ‘ergens in’.

Het animisme is al heel vroeg ontstaan doordat wereldwijd mensen verklaringen zochten voor de dingen die gebeurden. Zij dachten dat alles op aarde het werk was van bepaalde krachten. 
Animisme is een natuurgodsdienst waarbij geesten- en voorouderverering het belangrijkst zijn. Een animist gelooft in het bestaan van goede en kwade geesten, die kunnen huizen in onder meer bomen, dieren en gebruiksvoorwerpen. De geesten moeten goed gestemd worden door ze offers te brengen, het houden van rituelen, rituele dansen en het houden van taboeregels. Animisme doordrenkt het hele leven van de aanhangers ervan. Het is een filosofisch, religieus of spiritueel concept waarbij zielen of geesten niet alleen bestaan in mensen en dieren, maar ook in planten, stenen of natuurlijke fenomenen zoals donder en geografische zoals bergen en rivieren. Animisme wijst verder ook bezieling toe aan abstracte concepten zoals woorden, eigennamen of metaforen uit de mythologie. Religies waarin animisme voorkomt behoren meestal tot volksgeloof of etnische religies zoals sjamanisme, shinto of bepaalde stromingen binnen het Hindoeïsme.

Terugkomend op het bewustzijn
De oorsprong van het  besef van bewustzijn weerspiegelt onze plaats ergens op deze aardbol op ’n zeker tijdstip en bepaald het wezen van ons bestaan. Ontwikkelde het bewustzijn zich uit complexe ‘berekeningen’ in de hersencellen, zoals wetenschappers het nu kunnen veronderstellen? Of wás bewustzijn er altijd al in de één of andere vorm. Waarschijnlijk het laatste en ik denk zelfs in elke denkbare vorm en in elk denkbaar organisme.  Het is een ongrijpbaar energieveld wat volgens mij niks te maken heeft met religie of esoterie, maar dat het universum ingeblazen werd toen het ontstond. De mensheid heeft zowel religie als esoterie de wereld ingeblazen uit onwetendheid en angst. Wellicht ook uit manipulatiedrang……

Mijn eigen interpretatie van het bewustzijn is, dat dit ‘bewustzijnsveld’ tijdens het ontstaan van dit heelal de ruimte in werd geblazen in ’n extreem kort tijdbestek.

Afbeeldingsresultaat voor inflatie heelal

De inflatietheorie beschrijft wat er gebeurde met het heelal in de eerste 0,00000000000000000000000000000000001 (10-35) seconde.  In die extreem korte tijd werd het heelal 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000 (1028) keer zo groot.  Hiermee werd ook het bewustzijnsveld de ruimte ingeblazen
Afbeeldingsresultaat voor hansdaemen heelalstructuren
Tijdlijn vanaf de inflatie.
De Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) is een satelliet die de temperatuurfluctuaties van de kosmische achtergrondstraling in kaart brengt.

Het universum was voornamelijk gevuld met waterstofgas en het andere lichte gas helium. Door verdichtingen in deze gas- en stofwolken ontstonden de eerste sterren.

Afbeeldingsresultaat voor hansdaemen heelalstructuren

Gas- en stofwolken verdichten zich door de zwaartekracht en hierin werden sterren gevormd

De eerste zware sterren explodeerden al na enkele miljoenen jaren. Met deze Supernovae werden stelselmatig periodieke systemen der elementen de ruimte in geslingerd.

Bij het ontstaan van ’n middelmatig sterretje kwamen er restproducten in een baan rond de tollende ster terecht. Door de heersende zwaartekracht werden uit de restanten in vele miljoenen jaren planeten gevormd, waaronder een steenachtige planeet….de Aarde

De groei van een planeet: rond een jonge zon ligt een schijf van stof en gas waarin planeten ontstaan die groeien door hevige botsingen met andere ruimtestenen.
Ontstaan van ons zonnestelsel

Ruim 11 miljard jaar later waren de omstandigheden  
op deze steenachtige planeet gunstig, om in een warme ondiepe binnenzee leven te laten ontstaan. Waarschijnlijk zijn de benodigde  moleculen meegebracht door op de planeet neerstortende kometen tijdens het Late Heavy Bombardment (LHB, letterlijk het late hevige bombardement) een periode van ongeveer 4 miljard jaar geleden)……

Afbeeldingsresultaat voor kometen bevatten leven

Brachten kometen leven op aarde?

Toen de Aarde zo’n 4,5 miljard jaar geleden ontstond, was leven nog niet mogelijk door  de intense hitte en de giftige gassen. De voorwaarden voor leven moesten nog worden gecreëerd. De aardkorst was nog vloeibaar en hete gesteenten stegen naar het oppervlak en probeerden daar af te koelen. Het afgekoelde gesteente zakte echter weer naar beneden met als resultaat ‘n voortdurende convectiestroming.

Afbeeldingsresultaat voor hansdaemen heelal structuren

Dankzij deze convectiestromingen bleek het mogelijk om hete gassen naar buiten te brengen. De Oeratmosfeer bestond uit een mengsel van stikstof, waterstof, zwavelwaterstof, methaan en koolmonoxide. Deze gassen komen vrij bij vulkaanuitbarstingen. 

20181213_111358 (3)

Lange tijd was dit de aanblik van de vroege Aarde. Mogelijk een onmogelijk lange tijd van ’n paar miljoen jaar….


20181213_125103 (1)

Talloze kometen en meteorieten brachten al het water op de vroege Aarde en vormden de eerste oceanen.
20181213_112610 (1)
De eerst zeeën en oceanen

Uit onderzoek is gebleken dat er bij de inslagen van kometen ook aminozuren kunnen ontstaan. Het zijn deze aminozuren die de basis vormen van eiwitten. Ze zijn onmisbaar voor het ontstaan van leven. Bovendien bevatten kometen elementen, die het ontstaan van leven op planeten mogelijk hebben  gemaakt

  • Waterstof….Koolstof…..Zuurstof….Stikstof….Calcium….Zwavel….Cilicium…IJzer 

Hier wil ik in het kort ingaan op de Mendelejevs’ ordening van alle elementen, die de ruimte werden ingeslingerd tijdens de vele Supernovae. Later in dit blog ga ik verder met deze boeiende ordening.

Afbeeldingsresultaat voor periodiek systeem

Bij stervorming ontstaan schijven van restproducten, rest-elementen die planeten vormden en uit het dáárvan resterende puin ontstonden dan weer kometen als reusachtige steenachtige ijsrotsen. Deze bevatten dus ook vele van de genoemde elementen en gigantisch veel ijs….water dus. En tijdens het Late Heavy Bombardment 4 miljard jaar geleden werd de Aarde getroffen door talloze kometen en meteorieten die al dat elementair puin en water op de zich vormende Aarde brachten……

Ontstaan Planetair Leven uit dat elementair puin

De aarde ontstond zo’n vierenhalf miljard jaar geleden, en de eerste levensvormen waren 3,7 miljard jaar geleden al ontstaan op
het zogenoemde Archaeïsche Schild van het Noord-Atlantische gebied.
Dit schild (of kraton) is één van de oudste delen van de continentale aardkorst. Door tektonische verschuivingen, is dit korstgesteente aangetroffen bij Isua, aan de Godthåbsfjord in West-Groenland
in West-Groenland, zie natuurinformatie.

Deze afbeelding heeft een leeg alt-atribuut; de bestandsnaam is Isua.jpg

Isua-formatie West Groenland

De fundamentele bouwstenen van het leven (organische moleculen en aminozuren) komen overal in het heelal voor, onder andere in de interstellaire ruimte. De scheikundige evolutie die aan de biologische evolutie voorafging, vond dus voor een groot deel al in het heelal plaats.

Afbeeldingsresultaat voor Moleculaire gaswolken in het sterrenbeeld Boogschutter

Moleculaire gaswolken in het sterrenbeeld Boogschutter.

Al in de jaren vijftig toonden Stanley Miller en Harold Urey met een beroemd, maar tevens omstreden experiment aan, dat de bouwstenen voor eiwitten – aminozuren – kunnen ontstaan uit een oersoep van water, methaan, ammoniak en waterstofgas waar elektrische schokken doorheen jagen. Video Stanley-Millers-Experiment

……de gassen uit de Oeratmosfeer kunnen door de gigantische energie uit bliksemontladingen en UV-straling ioniseren (elektron worden weggekaatst). Ook de hitte van magma en lava spelen hierbij een rol evenals de energie die vrijkomt bij komeet- en meteorietinslagen. Hierbij komen koolstof, waterstof, zuurstof en stikstof vrij. Deze ionen kunnen ook met elkaar reageren , waardoor onder meer koolhydraten, vetzuren, aminozuren en nucleotiden kunnen ontstaan (nucleotiden zijn de bouwstenen van het DNA)

……Omstreden omdat de Aarde zelf er ’n miljard jaar voor nodig had om te experimenteren hoe het leven te laten ontstaan, en niet slechts enkele weken……..in het ‘echie’ waren de omstandigheden wel anders! 

Het eerste echte leven en de gewaarwordingen door de eerste organismen

De eerste levensvormen, die 3,8 miljard jaar geleden het aardse licht zagen, leefden zonder zuurstof: het was in hoge concentraties zelfs giftig voor ze. Hier waren deze organismen zich al op één of andere manier van bewust, evenals wat ik eerder al zei over de elementen. Zelfs atomaire deeltjes hebben dat ‘aanvoelen’ van elkaars aanwezigheid door één of meerdere van de-vier-natuurkrachten. Dit “onbewuste bewustzijn” was volgens mij al in het DNA van deze allereerste levensvormen aanwezig en heeft in alles ’n heersende factor. We dienen ons echter wél bewust te zijn, dat deze organismen en alle levensvormen erna, totdat de mens verscheen, zich niet bewust waren van tijd en ruimte. Het leven is en was volgens mij, een ‘zijn in een golvende evolutionaire ontwikkeling voorwaarts’………

Cyanobacteriën  leefden van zonlicht en stikstofverbindingen ‘lieten scheetjes van zuurstof’. In eerste instantie werd zuurstof opgenomen in rotsen, zeeën en oceanen, maar kwam uiteindelijk ook in de atmosfeer terecht. Dit gaf leven, dat voor de ademhaling afhankelijk is van zuurstof, de kans om zich te ontwikkelen. Het nieuwe leven verdrong blauwalgen voorgoed naar plekken met weinig zuurstof. Tijdens een hete zomer kan in stilstaand water zuurstoftekort ontstaan en dan zie je blauwalgen nog weleens opduiken……

Blauwalgen bestaan natuurlijk niet alleen uit een serie aan elkaar gekoppelde aminozuren. Het zijn complete cellen. Om zulk leven te maken, moeten moleculen zichzelf kunnen kopiëren. Dat kopiëren geeft uiteindelijk ook de mogelijkheid tot voortplanting en erfelijkheid. De moleculen pakken zich samen in iets wat lijkt op een waterdruppeltje. Dit druppeltje schermt de moleculen af van hun omgeving, waardoor een primitieve cel ontstaat. Het belangrijkste kenmerk van zon cel is dat het een min of meer zelfstandige eenheid is met z’n eigen interne huishouding (stofwisseling), die anders is dan de stofwisseling van zijn omgeving.

Is leven een kenmerk dat alleen bij onze planeet hoort? Is het alleen op Aarde ontstaan, of is biogenese, het ontstaan van leven uit dode materie, een proces dat in het hele universum plaatsvindt? Levend organisme heeft het vermogen om mengsels van koolstof, waterstof, stikstof en zuurstof tot complexe verbindingen om te vormen, én .….om zichzelf te kopiëren. Levende organismen zijn door een membraan begrensde systemen die continu materie en energie met hun omgeving uitwisselen.…ziehier het ‘onbewuste bewustzijn’ van levend organisme…… 

  • De eerste organismen op Aarde ‘waren zich organisch bewust’ van de chemisch elementen, (UV)licht van de Zon en van een warme en vochtige omgeving.  

Organische verbindingen kwamen uiteindelijk vanzelf terecht in oceanen. Door verdamping van het water, vooral in ondiepe wateren, werd de concentratie van het aantal organische verbindingen groter. Hierdoor was voor kleinere moleculen de mogelijkheid ontstaan om grotere verbindingen te vormen. Ook op bodems van oceanen kon leven ontstaan van bacteriën, voor wie zuurstof giftig was en die zicht huis voelden in extreme omstandigheden zoals bij Black Smokers, waar de temperatuur kan oplopen tot wel 400 graden…Video Life-on-Black-Smokers.

De eerste vormen van leven

Van de allereerste vormen van leven zijn geen fossielen gevonden, omdat deze geen harde delen bevatten. Het waren gewoon losse cellen zonder bescherming. Er zijn twee soorten cellen: cellen met en zonder celkern. Planten en dieren hebben wel een celkern, bacteriën hebben er geen. De oudste fossielen hadden geen celkern. Door de fossielen is bekend dat cellen zonder celkern 3.500 miljoen jaar oud zijn en cellen met celkern maar 1.700 miljoen jaar oud. Dus de cellen zónder celkern zijn prokaryoten. Later zouden deze cellen zich ontwikkelen tot cellen mét kern, de eukaryoten.

Voor het volgende heb ik Natuurinformatie als bron gebruikt.

De eerste eencelligen             

Eerst ontstonden zeer eenvoudige cellen zonder celkern. 
Cellen zonder celkern zijn prokaryote cellen. De eerste prokaryote organismen verkregen hun energie uit de afbraak van organische stoffen die in water ronddreven. Het waren  koolwaterstoffen opgebouwd uit koolstof en waterstof.


Bij oerbacteriën stulpte de celmembraan in en omhulde het erfelijk materiaal, het DNA, in de cel. 
Om het voedsel zo goed mogelijk te benutten, namen sommige eencelligen met kern (eucaryoten)  weer andere bacteriën in hun lichaam op. Dit wordt endosymbiose genoemd. Hierbij gaan twee organismen verder als één organisme en hebben beide organismen voordeel bij de samenwerking.
De opgenomen bacteriën hielpen bijvoorbeeld bij het verteren van voedsel en vormden de eerste mitochondriën
27_2_1endosymbiose

Endosymbiose 
Als een organisme symbiotisch leeft in de cellen of in het lichaam van een gastheer-organisme, spreken we van endosymbiose. Dit verschijnsel zou ook de oorsprong zijn van sommige organellen. Bekijk de
animatie op Bioplek

Hoe zijn die prokaryote cellen dan ontstaan uit de biomoleculen?

Biomoleculen kunnen chemisch uiteindelijk worden herleid tot de elementen koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof en fosfor die volop aanwezig waren op de vroege Aarde…..in wel of niet opgeloste vorm in ondiepe wateren en, zoals gezegd op bodems van oceanen.

step0007[1]

Voor het ontstaan van de prokaryote cel waren vier belangrijke onderdelen nodig. 

  1. Eiwitten
  2. Stofwisseling
  3. Membraan
  4. DNA
  • Eiwit als katalysator (versneller)
    • In een RNA-wereld vervult RNA de functie van katalysator. Het RNA is een keten die is opgebouwd uit vier verschillende nucleotiden. 
      Tegenwoordig gebruikt de cel vooral eiwit als katalysator. Eiwit is een ketting met 20 verschillende soorten kralen, de aminozuren. 
Afbeeldingsresultaat voor rna

RNA 
(een afkorting van ribonucleïnezuur, in het Engels ribonucleic acid) is een molecuul dat, net als DNA, bestaat uit een reeks aan elkaar gekoppelde nucleotiden. RNA is meestal enkelstrengs, in tegenstelling tot DNA, dat dubbelstrengs is.

Ontstaan stofwisseling (is al in celcyclus behandeld)

Door mutaties ontstonden biomoleculen die iets bijzonders konden. Ze konden stoffen, die leken op de bouwstoffen, omzetten naar de bouwstoffen…..dat waren ze zich bewust….Deze biopolymeren groeiden sneller dan de anderen, omdat ze meer bouwstoffen tot hun beschikking kregen. Het zelf produceren van de bouwstoffen heeft duidelijk voordelen, wel was energie nodig om de bouwstoffen te maken. Deze energie kwam vrij bij de afbraak van andere organische moleculen.
Er wordt onderscheid gemaakt tussen de opbouw van stoffen onder gebruik van energie (anabolisme) en de afbraak van biomoleculen, waarbij energie vrijkomt (katabolisme). een ‘doordacht systeem’


Schema van de stofwisseling van het leven. Het maken (opbouw) van bouwstoffen is anabolisme (blauw). Het afbreken van stoffen om energie vrij te maken heet katabolisme (rood). 
  • Ontstaan van het membraan

Onbeschermd RNA was kwetsbaar voor gevaren van buitenaf. Zuren en zware metalen konden het RNA afbreken. Het was daarom beter om een beschermingsmantel te maken. Het celmembraan werd in de loop van misschien wel ’n miljoen jaar gevormd uit vetachtige stoffen, die al in de buurt van het RNA aanwezig waren.

  • Zie ook hier een soort bewustzijn: zowel de ‘vraatzucht’ van de zuren als de ‘angst’ van het RNA om aangeverten te worden…..


Bepaalde vetachtige stoffen (fosfolipiden) hadden een polaire kop, die in water wil zijn, en twee apolaire (vettige) staarten, die water afstoten.

 

Als de vetachtige stof in water zat, gingen de staarten bij elkaar zitten om contact met water te vermijden. Een manier om dat te doen was door een dubbellaag te maken.


Deze dubbellaag kon een bolletje vormen. Alle koppen hadden contact met water en alle staarten hadden alleen contact met andere staarten.

Dit membraan werd in fasen van, laat ik zeggen ’n miljoen jaar, het omhulsel om een cel. De concentratie bouwstenen (fosfolipiden) moest wel hoog genoeg zijn…..

Door het membraan had de cel nu een afscheiding tussen een binnen en buiten. Het membraan laat alleen bepaalde stoffen door en hield sommige schadelijke stoffen buiten. Zo had de cel meer controle over de interne omstandigheden.

  • Ontstaan van DNA als informatiedrager.

Door de evolutie ontstonden er steeds langere ketens RNA. RNA is niet erg stabiel. Lange ketens RNA vallen relatief snel uit elkaar. DNA is veel stabieler.

Wat is DNA?

DNA is net als RNA een keten van nucleotiden. DNA heeft in vergelijking alleen een andere suiker, deoxiribose in plaats van ribose, en een andere base, thymine in plaats van uracil. Door deze aanpassingen zit DNA meestal in één structuur: de dubbele helix.


Johan Friedrich Miescher ontdekte DNA. Hij vond het in witte bloedcellen die hij in het afval van het ziekenhuis had gevonden. De wetenschappers Watson en Crick ontdekten dat een DNA molecuul eruit ziet als een dubbele helix.

Maar hoe kwam de cel aan DNA? Deze kwam uit een onverwachte hoek vandaan: virussen…. 

Een virus

Een virus  is een stuk erfelijk materiaal verpakt in eiwit, dat een gastheercel nodig heeft om zich te kunnen vermenigvuldigen. Het erfelijk materiaal bestaat uit of RNA of DNA. Virussen waren waarschijnlijk de eerste, die DNA als erfelijk materiaal gebruikten.

De DNA-virussen zijn waarschijnlijk ontstaan doordat een viruseiwit de halffabrikaten van RNA kon omzetten naar die van DNA. Doordat DNA veel stabieler was dan RNA, waren de DNA-virussen in het voordeel in vergelijking tot RNA-virussen.

Deze virussen hebben waarschijnlijk het RNA van een gastheer ‘per ongeluk’ omgezet in DNA. DNA was hierna een back-up voor de genetische informatie. Dit gaf die gastheer een evolutionair voordeel, want als zijn onstabiele RNA uit elkaar was gevallen, maakte hij gewoon nieuwe met zijn DNA-backup.

Variatie

De prokaryote cellen verspreidden zich razendsnel over de aarde. Hierdoor kwamen ze in aanraking met verschillende omstandigheden, zoals zouten, zuren, hitte en vrieskou. Aanpassing aan de verschillende omstandigheden zorgde voor het ontstaan van variatie in prokaryote cellen. Er ontstonden bijvoorbeeld cyanobacteriën, die met fotosynthese zuurstof kunnen produceren en aerobe bacteriën, die deze zuurstof konden gebruiken voor verbranding.

Cyano

Zo’n drie miljard jaar geleden begonnen cyanobacteriën via fotosynthese de atmosfeer van zuurstof te voorzien, een atmosfeer die tot die tijd voornamelijk bestond uit koolzuurgas, stikstof en waterdamp. Zonder die zuurstof zou het leven zoals we dat nu kennen, zich onmogelijk hebben kunnen ontwikkelen.

Ontstaan van de eukaryote cel

Eukaryote cellen ontwikkelen al aparte onderdelen (organellen) die bacteriën niet hebben. Het belangrijkste organel is de celkern met het DNA.

step0007[1]
  • De eukaryote cel is rond 1700 miljoen jaar geleden geëvolueerd uit prokaryoten, oftewel: het duurde 1700 miljoen jaar totdat uit de eencelligen de meercellige organismen zijn ontstaan.

Cellen met celkern, eukaryoten, zijn geëvolueerd uit de prokaryoten. Voor de evolutie van prokaryoten tot eukaryoten zijn verschillende onderdelen nodig. Drie belangrijke onderdelen zijn:

  1. Cytoskelet
  2. Kern
  3. Mitochondriën en chloroplasten

Een prokaryote cel kan voedsel alleen opnemen via het zeer dunne celmembraan. De cel kan daarom alleen voedsel in de vorm van losse in water opgeloste biomoleculen opnemen zoals eiwitten, vetten en glucose. Deze biomoleculen kunnen chemisch uiteindelijk worden herleid tot de elementen koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof, fosfor en sommige metalen.

Eiwitten hielpen de vorm van de cel te bepalen en vormden een compleet netwerk: het cytoskelet. Hierdoor hadden de cellen een grote controle over de celvorm en het celmembraan kon vervormd worden om de cellen grotere brokken voedsel opnemen en verteren (endocytose).

De celkern is ontstaan door instulping van het celmembraan.

Bij prokaryoten ligt het erfelijk materiaal los in het cytoplasma. De energievoorziening vindt plaats op diezelfde plek. Bij de chemische processen van de energievoorziening komen afvalstoffen vrij. Sommige daarvan zijn giftig, zoals vrije radicalen.

  • Dit zijn moleculen met een oneven aantal elektronen die reageren om weer stabiel te worden veelal heftig middels een kettingreactie. Daarbij kan één radicaal in seconden de structuur van honderden miljoenen deeltjes wijzigen door bij een van hen een elektron weg te stelen. Deze giftige stoffen kunnen het erfelijk materiaal beschadigen, waardoor cellen kapot gaan.
  • Om het genetisch materiaal te beschermen tegen deze giftige stoffen kwamen er instulpingen in het celmembraan. Deze instulpingen zijn een afscheiding tussen het DNA en de schadelijke stoffen….over bewustzijn gesproken: aanvallen en ervoor beschermd willen zijn……

Ontstaan van mitochondriën en bladgroenkorrels

Rond 1700 miljoen jaar geleden leefden allerlei soorten cellen op aarde, zowel eukaryoot als prokaryoot. In prokaryoten vinden de stofwisselingsreacties plaats in het cytoplasma. In eukaryote cellen vindt het plaats in speciale onderdelen: mitochondriën en chloroplasten.

  • In mitochondriën vindt verbranding plaats, dit is het vrijmaken van energie met zuurstof.
  • Planten hebben daarbij ook nog chloroplasten (bladgroenkorrels), hierin vindt fotosynthese plaats: het vastleggen van energie uit licht.
Mitochondriën zijn celorganellen die de in koolhydraten en vetten aanwezige energie overdragen aan ATP en zo ter beschikking stellen van energievragende reacties in de cel.
Daarom worden ze wel de ‘energiefabriekjes’ van de cel genoemd.

Bladgroenkorrels geven het blad de groene kleur.

Ontstaan van de bladgroenkorrel

Een cyanobacterie kan energie halen uit licht, maar ze is klein en kwetsbaar. Ze zocht bescherming bij een eukaryote cel, met mitochondriën. Die eukaryote cel had zuurstof nodig om  met mitochondriën veel energie te halen uit voedsel. De cyanobacterie maakte de zuurstof als bijproduct van fotosynthese

Ook hier weer een niet te onderkennen vorm van bewustzijn: er werd gekozen voor een samenwerking! De grote cel met mitochondriën sloot de cyanobacterie in. De cyanobacterie leefde verder binnenin de eukaryote cel en ontwikkelde zich langzaam tot bladgroenkorrel. Het nieuwe samenwerkingsverband kon energie halen uit licht en ontwikkelde zich tot plantencel.

Kolonievorming van cyanobacteriën

Cyanobacteriën maken dus gebruik van fotosynthese om in hun energiebehoeften te voorzien. Ze produceren daarbij zuurstof en waren de eerste organismen die dat deden.


‘Levende’ stromatolieten in Shark Bay (Australië).
Cyanobacteriën
vormden ter bescherming, zorgvuldig opgebouwde kolonies van stromatolieten in ondiepe opgewarmde zeeën. Stromatolieten zijn afzettingsgesteenten waarvan het sediment ingevangen en vastgehouden werd door deze eencellige bacteriën.

De zeespons was mogelijk het allereerste dier op aarde Earths-First-Animals

Zo’n  1,7 miljard jaar geleden gingen eencelligen over om meercellig organisme te vormen. Nog ‘ns ’n miljard jaar later evolueerde hieruit de allereerste primitieve diertjes, die ’n zweepstaartje hadden ontwikkeld om zich snel in het water te kunnen bewegen ( om op voedsel te jagen, om zich voort te planten, maar ook uit angst…………)

Choanoflagellaten, eencellige zweepdiertjes met staart, die beschouwd worden als de voorouders van meercellige sponsdieren. 

De belangrijke evolutionaire ontwikkeling van “het meercellig zijn”, leidde ertoe dat cellen zich konden gaan specialiseren. Die specialisatie leidde in de afgelopen 600 miljoen jaar tot de bijna oneindige variëteit in dierlijke levensvormen die we nu kennen. Dat kon echter alleen gebeuren doordat onze eerste dierlijke voorouder al beschikte over een bouwplan, het eerste DNA, dat steeds aan het nageslacht werd doorgegeven. De nakomelingen zorgden steeds voor verdere uitbouw en verfijningen.

Afbeeldingsresultaat voor ontstaan sponzen

Sponzen krikten de zuurstofconcentratie in oceanen flink op door organisch materiaal van bacteriën weg te kapen. Bacteriën verbruiken veel zuurstof bij het ‘verteren’ van dood organisch materiaal, maar door de opkomst van de sponzen bleef er minder voedsel voor hen over, het gevolg: de zuurstofconcentratie steeg.
Door de afname van organisch materiaal kon zonlicht doordringen tot de diepere oceaanlagen. Fytoplankton, ‘de kleine planten van de oceaan’, kon door de toegenomen lichtintensiteit zich vermenigvuldigen en in diepere lagen van oceanen zuurstof produceren. 

De Aarde is gedurende haar ontstaan voortdurend onderhevig is geweest aan tektonische- en klimatologische veranderingen

Afbeeldingsresultaat voor paleomap project
Sneeuwbal Aarde

Tegen het eind van het Proterozoïcum, 600 miljoen jaar geleden. vond de grootste ijstijd uit de geschiedenis van de Aarde plaats.
       De oceanen waren zelfs tot op grote diepte bevroren, hoewel er vermoedelijk rond de evenaar nog wel enig open water aanwezig was. Deze periode van sneeuwbal-aarde-duurde-12-miljoen-jaar.

Invloed van de ijstijd op het leven

De sterke zuurstoftoename na de ijstijd veroozaakte het uitsterven van veel soorten. Deze soorten konden zich niet aanpassen aan de veranderende omstandigheden en hadden met name problemen met de toename van de (voor hen giftige) zuurstof.

De soorten die het overleefden zorgden voor een enorme bloei van het leven. De periode na de ijstijd is te vergelijken met de lente na een strenge winter: De zwakkeren hadden het niet overleefd en de sterkeren begonnen zich voort te planten, waarbij vele nieuwe soorten ontstonden. Omdat er zoveel soorten waren uitgestorven, waren er ook veel leefgebieden (niches) vrijgekomen, die nu bezet konden worden door nieuwe soorten

Er ontwikkelden zich in de oceanen sponsdieren die zich gingen vasthechten aan de oceaanbodem, zoals manteldieren. Andere vastzittende sponsdieren ontwikkelden zich tot beweeglijke rondzwemmende platwormen met gespecialiseerde cellen, het beginsel van ‘n zenuwstelsel, zintuigen én……….van de allereerste hersenen!!


Het prototype van de hersenen is waarschijnlijk ontstaan als het allereerste primitieve brein van een manteldiertje, zo’n 500 miljoen jaar geleden. Het zenuwstelsel van dit zeediertje bestond uit niet veel meer dan ’n stel gespecialiseerde cellen, met ’n knetterende elektrische lading….de eerste synapsen…

Afbeeldingsresultaat voor knetterende synaps
……knetterende elektrische ladingen…
Afbeeldingsresultaat voor synaps
….van de allereerste communicerende synapsen

video Microscopic-View-synaps

Uit de beweeglijke manteldieren zijn kaakloze vissen ontstaan en slijmprikken.

Kaakloze vis

Slijmprikken kunnen hun lichaam in een knoop leggen en de knoop van hun staart naar hun kop bewegen. Op deze manier kunnen ze kracht zetten om stukken vlees van hun prooien los te trekken. Ook doen ze het om het slijm van hun huid af te stropen. Hun kleverige slijmlaag dient vooral om vijanden af te schrikken.

Nadat de kaakloze vissen meer dan 130 miljoen jaar de zeeën hadden bevolkt, ontstonden er geleidelijk hoger ontwikkelde soorten en de meeste kaakloze vissen stierven uit. De nieuwe soorten ademen door kieuwen en bewegen zich voort met behulp van vinnen. Ze ontwikkelende een wervelkolom en primitieve hersenen die door een beschermende schedel worden omgeven.

step0002

Voor zover bekend kwamen de eerste hersenen voor in ’n oceanische oervis.

De eerste 3 miljard jaar van het aards bestaan was er alleen leven mogelijk in ondiepe zeeën en oceanen, omdat zonnestralen de dieptes niet bereikten.


Eerste leven op land ruim 400 miljoen jaar geleden

Het betreden van het land door levende wezens kwam langzaam op gang. Al meer dan één miljard jaar geleden leefden er schimmels op land. Zij vormden met algen samen korstmossen, waardoor organische koolstof vrijkwam. Door verwering en opslag van deze organische koolstof nam het zuurstofgehalte in de atmosfeer geleidelijk toe. Met als gevolg dat er steeds meer complexere organismen ontstonden.

Afbeeldingsresultaat voor cambrische explosie
De ‘Cambrische explosie’ blijkt eigenlijk een gestage evolutie te zijn geweest, die ongeveer 100 miljoen jaar duurde

650 miljoen jaar geleden, na een periode waarin het op aarde zo koud was dat deze helemaal bedekt was met ijs (Snowball Earth), zou er “ineens” een periode aangebroken zijn in het Cambrium van zó veel verschillende soorten organismen, dat men sprak van een Cambrische explosie. Het leven speelde zich echter wel nog steeds af, diep onder water. Het was echter een explosieve ontwikkeling en uitbreiding van het planten- en dierenrijk….die er toen al was. Dit omhelst de bouw en de levenswijzen van zowel gewervelde dieren, schaaldieren, wormen als geleedpotigen waarin geen enkel dier superieur was t.o.v. ’n ander.

Verklaringen voor deze plotselinge ontwikkeling van soorten

Een verklaring voor een snelle toename van de soortenrijkdom moeten we misschien zoeken in bepaalde ecosystemen die alleen uit producenten bestaan, en altijd soortenarm: organismen die m.b.v. energie van de Zon en stoffen als koolstof..stikstof..zwavel hun eigen organische stoffen maken zoals cyanobacteriën. Zodra er consumenten verschijnen, ontstaat er veel meer variatie: dit zijn organismen die andere organismen of delen ervan als voedsel gebruiken zoals schimmels en de meeste bacteriën.

De soortenexplosie zou ontstaan kunnen zijn, doordat (eencellige of simpele meercellige) organismen zich gingen toeleggen op het eten van andere organismen. Een goed evenwicht tussen producenten en consumenten schept ruimte voor andere consumerende soorten.

Afbeeldingsresultaat voor larven manteldieren zwemmen

De kleurrijke wereld van de meest eenvoudige organismen

Na het Cambrium duurde het nog meer dan honderd miljoen jaar voor het leven op het land mogelijk werd. De ozonlaag, die alle levende wezens op het land beschermt tegen al te sterke ultraviolette straling, was pas rond 400 miljoen jaar geleden hecht genoeg van samenstelling om leven buiten het water veilig te maken. 

De overgang van water naar land begon ergens in het Siluur (
Silurian ca. 440 – 410 miljoen jaar geleden) op. Op het land is er meer licht en dus kan er op grote schaal fotosynthese plaatsvinden. In het water is het licht snel weggefilterd en na een paar meter is het donker. Ook zuurstof (O2) als basis voor de ademhaling en koolstofdioxide (CO2) als voedingsstof zijn op het land veelvuldig aanwezig en stromen vrij rond door de lucht. Ook een andere voedingsstof, stikstof (N2), is in ruime mate voorhanden.

De eerste landplanten waren vaatplanten. Ze beschermden zich zeer geleidelijk aan tegen uitdroging door een waslaag “te verzinnen”.….iets waar “een miljoen jaar over is nagedacht”….

Tijdens het Devonian, zo’n 360 miljoen jaar geleden, bewogen twee supercontinenten langzaam naar elkaar toe. Gedurende 63 miljoen jaar verschijnen in rivieren, binnenzeeën en zoetwatermeren allerlei verschillende levensvormen.

In dit tijdperk werd het land gekoloniseerd door de eerste insecten, spinnen, duizendpoten en een verscheidenheid aan planten, die veel leken op de hedendaagse varens en wolfsklauwen. In het Laat-Devoon had een aantal van deze planten zich ontwikkeld tot de eerste bomen. De bladeren en resten van de landplanten vormden lagen organisch afval en creëerden woonplaatsen voor de eerste zoetwaterlevensgemeenschappen. Hier leefden verschillende soorten vissen, waaruit zich aan het eind van het Devoon de amfibieën ontwikkelden. 

Ichthyostega

De achterpoten van de Ichthyostega waren naar achteren gericht om in het water te kunnen peddelen

Hun verovering van het land was echter geen volledig succes – voor de voortplanting moesten de amfibieën nog steeds terug naar het water. Het zijn hun afstammelingen, de reptielen, die pas echt het land veroverden ruim 60 miljoen jaar later……..’n golvende periode verder…..

Het Carboon en het aaneensluiten van Pangea

Het Carboon is het steenkooltijdperk (= koolstof = carbon).  De grondstof (planten)  voor steenkool was in deze periode in grote hoeveelheden aanwezig. Bovendien waren de omstandigheden voor de vorming van steenkool gunstig in deze periode. Voor steenkoolvorming moet namelijk het moeras intact blijven, omdat al het organische materiaal onder water moet liggen. Moerassen waren als overblijfselen vanuit het Devoon voltallig aanwezig. Ongeveer de helft van alle bekende steenkoolvoorraden op aarde is afkomstig uit het Carboon

In kustgebieden ontstonden weelderige moerasbossen, die gonsden van het leven.  Vooral reusachtige insecten zijn hier opvallend. Sommige libellen hadden een spanwijdte van 70 cm. Uit bepaalde amfibieën ontwikkelden zich de eerste reptielen. Reptielen waren de eerste landdieren die voor hun voortplanting geen water nodig hadden. Hun eieren waren namelijk bestand tegen uitdroging. Zo konden zij het land verder veroveren. Verder ontwikkelden de slakken en de mosselachtigen zich sterk. Van de vissen vormden de kraakbeenvissen, zoals de haaien, de belangrijkste groep.

Pangea, het grote supercontinent

306.jpg (127699 bytes)


Ongeveer 300 miljoen jaar geleden ontstond Pangea uit de resten van een eerder supercontinent Rodinia….Animation-Breakup-of-Rodinia-Formation-of-Pacific……

Image

Zo’n 200 miljoen jaar geleden begon het echter uiteen te vallen in Laurazië en Gondwana. Uiteindelijk kregen de huidige zeven continenten hun vorm.

Het uiteenvallen van Pangea. Afbeelding: USGS.

Al eerder bracht ik de tektonische veranderingen van de Aarde in beeld.
Dit heeft alles te maken met temperatuurverschillen binnenin de Aarde.
In de Aarde zit warmte opgeslagen. Een deel is restwarmte (overgebleven na het ontstaan van de aarde) en een deel is het resultaat van radioactief verval van elementen in de aardmantel.

Afbeelding: KNMI.nl

In de Aarde stijgt het hete gesteente op en zakt afgekoelde korst naar beneden. Zo ontstaan convectiestromingen die de continenten met zich meevoeren.

Dat continenten soms uit elkaar vallen, heeft ook met warmte te maken. Continenten houden een enorme hoeveelheid hitte gevangen. Dat creëert een gigantische druk die er uiteindelijk voor zorgt dat het continent in stukken breekt.

Om het tektonische verhaal compleet te maken, noem ik ook nog het aller allereerste continentje van deze planeet.

Platentektoniek en dinosauriërs

Aan de dierenwereld uit het begin van het Mesozoïcum is goed te zien dat zich een supercontinent had gevormd. In grote delen van de wereld vinden we dezelfde diergroepen. Zo is de dicynodont Lystrosaurus gevonden in Zuid-Afrika, Australië en op Antarctica, en kennen we de prosauropode Plateosaurus uit China, Europa en Zuid-Amerika. Toen zo’n 160 miljoen jaar geleden de continenten uit elkaar begonnen te drijven, ontstonden op het continent grote binnenzeeën. Verschillende gebieden begonnen hun eigen dierenwereld te ontwikkelen. Toch vinden we in het Jura bijvoorbeeld Brachiosaurus nog in zowel Noord-Amerika als Afrika. De grootste diversiteit in dinosauriërs vinden we in het Krijt. De huidige continenten beginnen hun vorm aan te nemen. Zo’n 100 miljoen jaar geleden begon de zuidelijke Atlantische Oceaan te ontstaan. We vinden dan verschillende typen dinosauriërs in de verschillende continenten.

Wanneer zijn dino’s ontstaan…..

Uit reptielen van de groep der Archosauria waarvan tegenwoordig alleen nog krokodillen en vogels over zijn — ontstonden de eerste dinosauriërs. De meer oorspronkelijke voorouders binnen de archosauriërs waren vermoedelijk kleine jagers die zich op vier poten voortbewogen. De poten stonden recht onder het lichaam in plaats van ernaast, zoals bij eerdere reptielen.

Dino’s zijn zo’n 230 miljoen jaar geleden ontstaan tijdens de Trias. De eerste dino’s waren veel behendiger dan de meeste andere reptielen. En dat heeft ze enorm geholpen.

Dinosauriërs hadden een slimmigheidje dat andere reptielen niet hadden. Ze hadden hun poten op een handige manier ónder hun lichaam en niet, zoals hagedissen en krokodillen dat nu nog hebben, heel onhandig aan de zijkant. Dat maakte ze veel behendiger, en we denken dat dat één van de redenen is waarom de dinosauriërs op het land zo succesvol waren.


Dinosauriërs leefden tijdens het Trias (230 miljoen jaar geleden) nog samen met een heleboel andere vreemde, vaak zelfs bizarre reptielen.
Tijdens het hierop volgende Jura en Krijt waren de dinosauriërs 140 miljoen jaar lang de heersende landdieren, de grootste die ooit geleefd hebben. Toen bij de overgang van de Trias naar de Jura de meeste van die vreemde reptielen uitstierven, kregen de dinosauriërs plotseling alle ruimte. In zéér korte tijd (minder dan 100.000 jaar, en dat is extreem kort voor geologen) ontstond er plotseling een enorme hoeveelheid verschillende soorten dino’s.

Afbeeldingsresultaat voor soorten dinosaurussen met foto

65 miljoen jaar geleden sloeg een meteoriet in, die een grote uitstervingsgolf veroorzaakte op aarde: het einde van het dinosauriërs tijdperk
Afbeeldingsresultaat voor meteoriet yucatan
Ontstaan nieuw bacterieel leven na de meteorietinslag 65 miljoen kaar geleden

Zoogdieren waren kleine dieren in de tijd dat de dinosauriërs heersten op de aarde. Toen de niet-vliegende dinosauriërs aan hun einde kwamen rond de Krijt-Tertiair grens kregen de zoogdieren hun kans. Minder concurrentie en meer voedsel zorgde ervoor dat ze veel groter en zwaarder werden en de heerschappij op aarde overnamen.


Purgatorius , onderdeel van een uitgestorven groep primaten genaamd plesiadapiformen, verschijnt voor het eerst in het fossielenbestand kort na het uitsterven van de niet-vliegende dinosaurussen. Dit kleine zoogdiertje wordt verondersteld ’n voorouder geweest te zijn van primaten…..chimpansees…..en dus van de mens…..

Het probleem is dat niet alle paleontologen het erover eens zijn dat Purgatorius een directe (of zelfs verre) voorloper van primaten was. Het is misschien een vroeg voorbeeld geweest van de nauw verwante groep zoogdieren die bekend staat als “plesiadapids”, naar het beroemdste lid van deze familie, Plesiadapis uit de orde die verwant is aan de Primates, maar die verwantschap is omstreden.

De eerste zoogdieren verschenen aan het eind van het Trias, ruim 200 miljoen jaar geleden. In uiterlijk en waarschijnlijk ook in levenswijze leken zij op de huidige spitsmuizen. Ze zijn vooral bekend van kleine kaken en kiesjes. Deze zijn gevonden in aardlagen uit het Boven Trias en zijn zo’n 220 miljoen jaar oud. Dat betekent dat de zoogdieren bijna tegelijkertijd met de dinosauriërs ontstonden. De dinosauriërs zouden echter de daaropvolgende 160 miljoen jaar de dominante levensvorm op aarde zijn, terwijl de zoogdieren in diezelfde periode (160 miljoen jaar!!??) een obscuur bestaan leidden in de schaduw van de reuzenreptielen. Pas na het verdwijnen van de dinosauriërs, zo’n 65 miljoen jaar geleden, namen zoogdieren de rol van de belangrijkste gewervelde diergroep op het land over.

Hiermee begon ’n 65 miljoen jaar durende evolutie, die uiteindelijk (of misschien wel voorlopig……) zal leiden tot de evolutie-van-de-mens. Hoewel we voor 98% hetzelfde DNA hebben, stamt de mens niet af van de chimpansee. Wel laat de genetische overeenkomst zien dat mens en chimpansee uit dezelfde voorouder zijn ontstaan. Dit was een aapachtige boombewoner die tussen zeven en vijf miljoen jaar geleden in Afrika leefde.

Kort na hun evolutionaire splitsing waren de verschillen tussen vroege mensachtigen en chimpansees klein. Maar in de loop van de tijd werden ze steeds groter. Chimpansees bleven min of meer hetzelfde, maar de mens kreeg grotere hersenen en ontwikkelde spraak. Twee miljoen jaar geleden begon hij ook met het maken van werktuigen, het begin van cultuur. In de loop van de evolutie zijn er 20 soorten mensachtigen ontstaan. Allemaal zijn ze ook weer uitgestorven, behalve de laatste in de reeks: Homo sapiens sapiens, de soort waartoe wij behoren……

Evolutie van de mens in beeld (bron Natuurinformatie)

Afbeeldingsresultaat voor natuurinformatie De vier grote stappen in de menselijke evolutie (stambomen en foto's van schedels)

Alle bewustzijnsvormen en de gehele biologische evolutie heeft een oorsprong…..een oersprong om tijd en ruimte te maken voor een elementair bewustzijn.


Het elementaire bewustzijn

Afbeeldingsresultaat voor inflatie heelal
Met de inflatie werden samen met de bewustzijnsgolvingen, ook de drie dimensies en tijd, en de vier natuurkrachten het universum ingeblazen om uiteindelijk het elementaire bewustzijn mogelijk te maken.

Het volgende vind ik cruciaal om te weten in welke periode energie/materie en de natuurkrachten zijn ontstaan.

Op extreem microscopische schaal gedragen de vrijgekomen krachten en de energie ervan zich quantummechanisch, en de vraag is nu: wat is het quantummechanische equivalent van ruimte en tijd?
In de quantumwereld van het zeer kleine hoort bij elke afmetingsschaal een bepaalde energie of massa van een deeltje dat die afmeting heeft. Hoe kleiner het deeltje, hoe groter de energie…én er hoort een bepaalde tijdschaal bij, die aangeeft hoe snel iets verloopt.
De afstotende zwaartekracht ‘pompte’ het universum in ’n flits op en de fluctuaties van dit proces hebben uiteindelijk geleid tot de vorming van de eerste sterrenhopen en sterrenstelsels binnenin gigantische gas-en stofwolken (zie iets verder terug).

De vaccuümenergie waaruit de inflatie ontvlamde, wordt direct erna omgezet in thermische straling in de vorm van lichtgolven. De eerste lichtdeeltjes (fotonen) worden één deze golven. De zeer verdunde en afgekoelde thermische straling is in onze huidige tijd nog aanwezig als een kosmische achtergrondstraling. Deze straling is inmiddels afgekoeld tot net iets boven het absolutie nulpunt van – 273,15°C. Deze was na de inflatie ” 50.000 miljard graden” (dit met enige terughoudendheid).

Het is nauwelijks voor te stellen dat elementaire en atomaire processen zich afspelen op een ultra kleine schaal, een quantumschaal…….er gaan meer atomen in een glas water, dan er glazen water in alle oceanen op Aarde gaan....

Het is overigens ook heel frappant, op welke manier al deze minuscule processen zich afspelen. Alsof deze zich begeven op intrinsieke bewustzijnsgolvingen…….. 

Materie bestaat uit subatomaire deeltjes, uit fermionen: protonen, positief geladen deeltjes, en neutronen,