Isaac-aardrijkskunde 5D - Module 2

Onze unieke aarde

Bekijk de onderstaande afbeelding en lees de tekst in de kaders.

• Hoe kan de energie die de zon op aarde brengt weer ontsnappen?

• Welke factoren zorgen ervoor dat er minder energie van de zon tot op het aardoppervlak kan komen?

• Welke gassen blijven rond de aarde hangen?

• Wat is wind?

• Hoe kunnen bergen ontstaan?

• Wat is een vulkaan?

• Wat is het gevolg van vulkanisme?

• Waarom is de Tafelberg plat aan de bovenkant?

• Als je een fles in de oceaan gooit, waar drijft die dan heen?

Verdeel de vragen op pagina 4 in vier groepen. Geef elke groep een titel. Zijn er vragen die beter in een doorsnede tussen groepen thuishoren?

1 De aarde zien … als een systeem

In de eerste module ‘Wat hebben we in onze mars?’ werd duidelijk op welke indrukwekkende en unieke planeet we wonen. Die unieke eigenschappen kwamen tot stand doorheen de afgelopen 4,6 miljard jaar. Land ontwikkelde zich, water ontstond, een laag van gassen vormde zich rond de planeet en ook leven kwam tot stand.

De evolutie van het leven op aarde heeft geleid tot een bijzondere diversiteit aan eencelligen, zwammen, planten en dieren. Eén van die diersoorten is de mens: een bijzonder intelligente en nieuwsgierige primatensoort. In de loop van de afgelopen honderden jaren hebben we de aarde in al haar facetten geobserveerd, bestudeerd, benut en beïnvloed. De tijd van de grote ontdekkingsreizen ligt al even achter ons, maar tot vandaag heeft onze planeet nog steeds enkele mysteries voor ons!

In deze module observeren en bestuderen we verschillende kenmerken van onze planeet. Daarna gaan we nog een stap verder en verklaren we heel wat aspecten die ons dagelijks leven beïnvloeden. Denk maar aan het steeds kostbaarder worden van water, de invloed van het weer of het ontstaan van bergen, vulkaanuitbarstingen en aardbevingen. Deze gebeurtenissen staan niet los van elkaar; ze gaan net in interactie met elkaar. Er is dus niet alleen nood aan een louter beschrijven van onze planeet, we stellen de aarde ook voor als een systeem. Daarom spreken we van het systeem aarde

Wat? Waar? Waarom daar?

AARDRIJKSKUNDE

De kennis en de inzichten in dat systeem aarde zijn alleen maar mogelijk geweest dankzij het werk van talloze wetenschappers doorheen de geschiedenis, stuk voor stuk mensen met veel kunde en passie voor hun vakgebied. Wat aardrijkskunde zo uniek maakt, is dat het de discipline is die de andere wetenschappen verenigt. Vanuit het standpunt van de aardrijkskundige reikt deze module dan ook methodieken aan die geleid hebben tot het verzamelen van informatie over alle kenmerken van de aarde.

Omdat de hoeveelheid aan informatie over onze planeet zo ongelofelijk groot is, hebben we nood aan wat structuur.

Enerzijds onderscheiden we vier sferen op planeet aarde. Je leerde ze al in het derde jaar. We bestuderen de geosfeer, atmosfeer en hydrosfeer eerst apart. Later kunnen we dan met meer kennis van zaken de verschillende interacties tussen de sferen analyseren.

De sferen en de onderlinge interacties zijn er niet zomaar gekomen. In de afgelopen 4,6 miljard jaar is er heel veel gebeurd. Daarom is er een manier nodig om ook het systeem aarde te bespreken waarin we rekening houden met de dimensie tijd. Alle belangrijke gebeurtenissen die een invloed hebben op de sferen in het systeem aarde plaatsen we daarom op een geologische tijdschaal.

De interacties tussen de sferen zorgen ervoor dat elke sfeer op zich niet statisch is, maar dynamisch, veranderlijk, actief … Elke sfeer is onderhevig aan voortdurende veranderingen, klein en groot. Deze hebben dan ook een voortdurende impact op ons dagelijks leven. Om die impact te begrijpen, is een grondige analyse van de activiteiten in elke sfeer aangewezen.

In deze module beschrijven we de volgende activiteiten:

• endogene processen die zich afspelen in de geosfeer en de gevolgen ervan

• processen die zich afspelen in het atmosfeer-oceaansysteem en de gevolgen ervan

In de volgende modules komen dan de exogene processen aan bod. Zij vervormen hele landschappen van buitenaf door middel van verwering, erosie en sedimentatie.

In module 1 van het derde jaar, De aarde biedt kansen, leerde je al over de vier sferen.

1.1 De vier sferen

In de aardrijkskunde onderscheiden we vier sferen: de hydrosfeer, de atmosfeer, de geosfeer en de biosfeer. Op de biosfeer gaan we hier echter niet in, omdat dit uitvoerig in de lessen biologie wordt besproken. In het onderstaande kader ligt de focus dan ook op de drie andere sferen.

SFEER

SAMENSTELLING EXTRA

atmosfeer

= dunne laag van die een planeet bedekt

geosfeer

= binnenste delen van de aarde tot het vaste deel aan de buitenkant van de planeet. Ze bevat mineralen en gesteenten in (deels) gesmolten of vaste toestand.

hydrosfeer

= totale hoeveelheid

op en in een planeet

1.1.1 De geosfeer

Onze planeet is geen saaie, massieve, stenen bol. Dankzij aardbevingsgolven of seismische golven weten we dat de geosfeer uit verschillende lagen is opgebouwd. Eén van die lagen is zelfs vloeibaar!

Er zijn verschillende types aardbevingsgolven. De p-type golven zijn het snelst en kunnen door een vloeistof. De s-type golven zijn wat trager en kunnen niet door een vloeistof. Telkens wanneer een aardbevingsgolf door een andere laag gaat, ondergaat ze een lichte breking. Door deze eigenschappen van de aardbevingsgolven konden geologen berekenen op welke diepte een andere laag voorkomt.

Met een seismograaf kan je de verschillende types aardbevingsgolven meten. Op verschillende plaatsen verspreid over de wereld staan zulke toestellen.

de aarde bekeken volgens:

CHEMISCHE SAMENSTELLING

oceanische korst (SiMa, basalt)

• 3 g/cm3

• dun, gemiddeld 6 km

• jong, max. 270 miljoen jaar

Moho discontinuïteit

mantel (silicaten)

vooral Si en O die samen met andere lichte elementen silicaten vormen verdere onderverdeling van de mantel op basis van temperatuur en druk:

buitenmantel

bevat lithosfeer en asthenosfeer

binnenmantel bevat mesosfeer

continentale korst (SiAl, graniet)

• 2,7 g/cm3

• dik, 35 à 40 km

• kan oud worden, meer dan vier miljard jaar

korst (silicaten) twee soorten korst

FYSISCHE SAMENSTELLING

lithosfeer

• vast

• bestaat uit de korst en het bovenste vaste deel van de buitenmantel

• opgedeeld in stukken die we platen noemen

• drijft op de asthenosfeer

asthenosfeer

• plastisch

• bestaat uit het onderste plastische deel van de buitenmantel waar het materiaal deels gesmolten is door de hitte

• laat beweging toe

mesosfeer

• vast

• hoge temperatuur, maar ook hoge druk

• nog steeds onduidelijk of en hoe deze sfeer warmte kan doorgeven

buitenkern

• vloeibaar

• hoge temperatuur (4500 à 5500 °C)

• convectiestromen van Fe veroorzaken het aardmagneetveld

kern (NiFe) zware elementen zoals Ni en Fe

binnenkern

• vast

• hoogste temperatuur (5500 °C) en druk

• groeit met een mm per jaar omdat de kern heel traag afkoelt

Simulaties in laboratoria en theoretische voorspellingen, gecombineerd met waarnemingen aan het oppervlak, geven inzicht in hoe de aarde er vanbinnen uitziet. De scherpe overgang in dichtheid tussen opeenvolgende lagen noemen we een discontinuïteit.

1.1.2 De atmosfeer

interplanetaire ruimte

1000 à 10 000 km

exosfeer

690 km

thermosfeer

ionosfeer

85 km

mesosfeer

50 km

stratosfeer

10 km

troposfeer

heliumballon

passagiersvliegtuig

35 km

ozonlaag

15 km

weersverschijnselen

De buitenste laag van onze atmosfeer is de exosfeer

Ze bevat vooral H2O en sporen van He, CO2 , O2 In periodes van hevige zonneactiviteit wordt ze samengedrukt tot 1 000 km van het aardoppervlak. Wanneer de zon rustig is, kan ze uitzetten tot 10 000 km.

ZON

De ionosfeer bestaat uit ionen of geladen deeltjes. Deze ontstaan door de krachtige X-stralen en UVstralen van de zon die elektronen uit atomen slaan. Deze ionen weerkaatsen radiogolven en veroorzaken aurora’s aan de polen.

In de thermosfeer kunnen heel hoge temperaturen ontstaan door de impact van krachtige zonnestralen met de deeltjes in de atmosfeer. De temperatuur kan er oplopen tot 1500 °C.

De mesosfeer is een laag waar nog relatief weinig over geweten is. Hier branden de meeste meteoren op door de wrijving met de luchtdeeltjes.

De stratosfeer heeft onderaan sterke horizontale luchtstromen, die noemen we straalstromen Verder is deze laag erg rustig en stabiel, waardoor het heel geschikt is voor de luchtvaart. Weerballonnen gevuld met helium raken tot boven in de stratosfeer. De ozonlaag bevindt zich in deze laag.

In de troposfeer komen wolken, wind en neerslag voor. Kortom: alle weersverschijnselen. Dat komt omdat deze laag bijna alle waterdamp van de atmosfeer bevat.

interplanetaire ruimte

1000 à 10 000 km

690 km

85 km

50 km

10 km

De luchtdruk aan het aardoppervlak bedraagt gemiddeld 1014 hPa. Deze druk ontstaat door de kolom van gasdeeltjes in de atmosfeer die door de zwaartekracht van de aarde op het aardoppervlak worden geduwd. De meeste deeltjes komen dan ook voor dicht bij het aardoppervlak. Hoe hoger in de atmosfeer, hoe minder deeltjes en hoe minder druk. In onze atmosfeer komt vooral N2 voor, gevolgd door O2. Argon, een edelgas, is het op twee na meest voorkomende gas. Dit gas is te zwaar om uit onze atmosfeer te ontsnappen en reageert niet met gesteenten. CO2 is het meest voorkomende broeikasgas. Verder blijven enkel nog de sporengassen over. Deze gassen zijn aanwezig in heel kleine concentraties of ‘sporen’. Hiertoe behoren de overige broeikasgassen, enkele edelgassen en ozon.

In dit diagram wordt er bij de gassen nog geen waterdamp vermeld. Dit is dus de samenstelling van droge lucht. De hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer is heel variabel en gaat van 0% in extreem droge gebieden tot 4% in zeer vochtige gebieden. Het theoretisch maximum is 7%.

Vanaf 100 km hoogte en hoger zijn de omstandigheden helemaal anders in de atmosfeer. Hierdoor ontstaan er lagen, waarbij de zwaardere gassen zich onderaan bevinden met daarbovenop steeds lichtere gassen. Deze laag heet de heterosfeer (‘hetero’ = verschillend).

Van het aardoppervlak tot 100 km hoogte is de samenstelling van de atmosfeer in elk punt uniform. Dat wil zeggen dat de verhoudingen van de gassen overal gelijk zijn. Deze laag heet de homosfeer (‘homo’ = gelijk).

De temperatuur is heel variabel in de atmosfeer. Dat komt door de combinatie van: • de hoeveelheid deeltjes in een laag van de atmosfeer die de straling kan absorberen. • de kracht van de straling die geabsorbeerd wordt.

Voorbeeld 1

De temperatuur in de thermosfeer zal hoger worden naarmate je stijgt, omdat daar de meest krachtige straling op slechts enkele deeltjes botst. Dit leidt tot zeer hoge temperaturen.

Voorbeeld 2

Voorbeeld 3

In de stratosfeer zal de temperatuur ook stijgen naarmate je hoger gaat. Dat komt door de ozonlaag die UV-stralen absorbeert. Op die manier kan de ozonlaag ons beschermen tegen UV-stralen. Er zijn drie soorten UV-stralen:

De temperatuur in de troposfeer zal dalen naarmate je stijgt. Dat komt door de infraroodstralen die de warmte terug uitstralen vanaf het aardoppervlak. Naarmate je hoger gaat, zijn de meeste infraroodstralen al geabsorbeerd.

• UV-A: lage energie UV, wordt niet geabsorbeerd

• UV-B: gemiddelde energie UV, wordt deels geabsorbeerd omdat ze ozon splitst

• UV-C: hoge energie UV, wordt zo goed als volledig geabsorbeerd omdat ze zuurstofgas splitst

1.1.3 De hydrosfeer

Vloeibaar water is een van de kenmerken die onze planeet zo zeldzaam maakt. Dat verklaart de blauwe kleur van de aarde wanneer je er vanaf de maan naar kijkt. Onze planeet bevat 1,386 triljard liter water (een triljard = 1021). Dat is genoeg om 68% van het aardoppervlak te bedekken met water en te zorgen voor leven op onze planeet.

Ondanks die gigantische hoeveelheid water, maakt ze toch een relatief klein deel uit van de massa van de aardbol. Als we onderzoeken waar we water kunnen vinden en in welke toestand, dan zijn er toch een aantal opmerkelijke kenmerken. Een belangrijk inzicht is het feit dat elke watermolecule deel uitmaakt van de watercyclus.

Het meeste water bevindt zich dus in de oceanen. Het is dan ook niet verwonderlijk dat de oceanen een grote impact hebben op de andere sferen. Zo zal de verdeling van warmte via de oceanen een belangrijke impact hebben op de atmosfeer. Je leert er meer over in hoofdstuk 4.3. Eerst kijken we naar temperatuurverschillen. Het water aan het oppervlak is in de buurt van de evenaar warmer dan aan de polen. Het verschil tussen beide locaties is groot, tot 30 °C.

gemengde laag

Naast grote verschillen in temperatuur is dat ook voor het zoutgehalte (saliniteit) het geval. De kaart hiernaast toont enkel het zoutgehalte aan het oppervlak. Daar lijken de zones in de buurt van de keerkringen het meest zout te bevatten. De doorsnede hieronder, ongeveer langs de 30 °W lengtecirkel, toont het zoutgehalte in de diepte. Daar zien we een ander beeld. Richting 40-60 °N wordt het water ook op grotere diepte telkens zouter.

Het is pas als je dieper in het water kijkt, dat er interessante verschillen opduiken. Zo is het ook logisch dat het water aan het oppervlak warmer is dan diep in de oceaan.

• De bovenste laag is de gemengde laag. Deze laag is in beweging door de werking van golven, waardoor ze rijk is aan voedingsstoffen voor vissen. Zonnestralen dringen tot hier door en de temperatuur blijft stabiel.

• De thermocline is de laag waarin de temperatuur evolueert. Het wordt kouder naarmate je dieper gaat.

• Het diep water is de dikste laag waar de temperatuur stabiel blijft bij zo’n 0 tot 4 °C.

De verschillen in temperatuur en in zoutgehalte zorgen voor een verschil in massadichtheid. Hoe kouder en zouter het water, hoe groter de massadichtheid. Oceaanwater kan warmte opnemen in de tropen. Een deel van dat oceaanwater stroomt als de Golfstroom van de evenaar langs de Golf van Mexico oostwaarts doorheen de Atlantische Oceaan richting de noordpool. Naarmate dat warme water onderweg deels verdampt (het overblijvende water wordt zo zouter) en afkoelt, neemt de massadichtheid toe. Het zinkt als een baksteen naar beneden en zet als gevolg daarvan een circulatie in gang. We noemen dit de Noord-Atlantische diepwaterpomp Vanaf die diepwaterpomp gaat de circulatie wereldwijd. Soms blijft het koude water op grote diepte, soms welt het op naar de oppervlakte, waar het kan opwarmen. Dit vormt de thermohaliene circulatie

1.2 Interacties tussen en binnen de sferen

Zowel binnen de sferen als tussen de sferen vinden continu wisselwerkingen plaats. Haal uit de bronnen op de volgende pagina’s voorbeelden voor elke interactie. Bekijk zeker ook de bronnen via de QR-code op de volgende pagina. Noteer je voorbeelden in de tabel op pagina 20 en 21.

De opgaande bomenrijen langs de Damse Vaart hebben vaak scheefstaande stammen. De stammen en de boomkronen buigen mee in de richting van de overheersende zeewinden en leveren een karakteristiek landschapsbeeld op.

globale gemiddelde jaarlijkse verdamping van water

Lava is een zeer vruchtbare materie. Het bevat elementen zoals ijzer, kalium, calcium, magnesium, natrium en nog andere voedingsstoffen. Na een vulkaanuitbarsting laat de gestolde massa echter nog geen plantengroei toe. De eerste tekenen van groen zijn dan ook meestal vetplanten of cactussen met een klein wortelgestel die aan een beetje zand al genoeg hebben. In combinatie met water, zonlicht en vorst brengen deze eerste planten een cyclus op gang waarbij organisch materiaal

gevormd wordt en waardoor de voedingsstoffen uit het harde gesteente vrijkomen. Langzaamaan ontstaat zo een voedingsrijke bodem waar nu ook andere planten kunnen groeien. Dit proces kan tientallen tot honderd jaren duren. De vruchtbare voedingsbodem is dan ook wellicht de reden waarom bewoners na een (dodelijke) uitbarsting toch weer naar de flanken van de gevaarlijke vulkaan terugkeren. De bodem is er uitstekend voor de teelt van bananen, tabak, thee …

NAAR: DE STANDAARD, 4/09/2008, KIM DE RIJCK

beïnvloedt

GEOSFEER

HYDROSFEER

ATMOSFEER

BIOSFEER

2 Sferen doorheen de tijd

De vier sferen van planeet aarde kennen elk hun eigen ontstaansgeschiedenis en opbouw, waarbij de ene sfeer pas ontstond na de vorming van de andere. Tegelijk staan de sferen in voortdurende interactie met elkaar, waardoor ze ook na hun ontstaan elkaar verder zijn blijven beïnvloeden. Die voortdurende wisselwerking tussen alle sferen is er tot op vandaag nog altijd.

In dit hoofdstuk kijken we naar de manier waarop elke sfeer is ontstaan. We kunnen dat pas bespreken als we enkele afspraken maken. We moeten dus eerst een manier vinden waarop we de geschiedenis van de aarde op een bevattelijke manier kunnen weergeven. De illustratie hieronder geeft al een idee over deze uitdaging. Ze toont de lange geschiedenis van de sferen.

Nadat we een tijdskader hebben afgesproken, kunnen we chronologisch te werk gaan. Op die manier kunnen we zo duidelijk en eenvoudig mogelijk het ontstaan, de evolutie en de continue wisselwerking van de sferen in het systeem aarde aanduiden.

2.1 De geologische tijdschaal

Waarom is er leven? Hoe komt het dat er zoveel water op aarde is? Waarom zijn er bergen? Hoe ontstaan vulkanen? Waarom regent het vaak in het tropisch regenwoud en bijna nooit in de Sahara? Allemaal vragen waar wetenschappers over de hele wereld al decennia lang het antwoord op zoeken.

De resultaten van hun onderzoek leverden al gigantische hoeveelheden aan informatie op. Hierdoor begint het moeilijk te worden om het overzicht te bewaren. Die gegevens gaan dan ook tot enkele miljarden jaren terug!

tertiair

Daarom maakt men gebruik van de geologische tijdschaal. Dit is een grafische manier om de geschiedenis van de aarde voor te stellen. Deze tijdschaal wordt lineair voorgesteld, liggend of staand. Vaak staan de jongste geologische periodes bovenaan of rechts, de oudste onderaan of links. Verschillende tijdperken worden gebruikt, zoals eonen, era’s, periodes en tijdvakken. In de tijdschaal herken je in één oogopslag gemakkelijk de grote tijdperken van de geologische tijd.

proterozoïcum

paleozoïcum

jura

trias

mesozoïcum krijt

perm

carboon

devoon

siluur

ordovicium

cambrium

neoproterozoïcum

mesoproterozoïcum

paleoproterozoïcum

archeïcum

hadeïcum

In de komende hoofdstukken zullen we telkens de gebeurtenissen linken aan hun plaats binnen de geologische tijdschaal. Om praktische redenen doen we dit hier horizontaal en onderaan de volgende pagina’s in klokvorm. Zo maak je je eigen geochronologisch overzicht. Tegelijk duiden we de interacties tussen de sferen aan, om systeemdenken zichtbaar te maken.

Dit is een alternatieve voorstelling voor de geologische tijdschaal. Op de klok staat gemarkeerd wanneer op de geologische tijdschaal de bijhorende gebeurtenis plaatsvindt. De geologische klok is dus een cirkel die de geschiedenis van de aarde weergeeft. Je leest deze klok door bovenaan te beginnen en vervolgens in wijzerzin verder te gaan.

Homo sapiens

dinosauriërs sterven uit

dinosauriërs

Pangaea

landdieren

landplanten

ontstaan ozonlaag

sneeuwbalaarde

Rodinia

fanerozoïcum

proterozoïcum

vorming van de maan

hadeïcum

archeïcum

zuurstof in de atmosfeer

In de komende hoofdstukken kom je af en toe onderaan op de pagina cirkels tegen. De linker cirkel gebruiken we om systeemdenken visueel voor te stellen. Zet twee of meer begrippen aan de rand van de cirkel. Je kan hiervoor de begrippen in het vetgedrukt gebruiken, aangevuld met termen die je leerkracht of jij zelf belangrijk vindt. Verbind vervolgens de begrippen met pijlen om de interacties weer te geven. Als ze elkaar in beide richtingen beïnvloeden, gebruik dan dubbele pijlen.

Met de rechtercirkel bieden we je een geochronologisch houvast. Markeer op de geologische klok wanneer de gebeurtenissen uit dat hoofdstuk plaatsvonden.

Bijvoorbeeld:

klimaatverandering atmosfeer

CO2 in atmosfeer

albedo geosfeer hydrosfeer

verbranding fossiele brandstoffen biosfeer

2.2 Interne warmte

Het verhaal van het systeem aarde begint toen het zonnestelsel zich nog aan het vormen was. Een bijzonder tumultueuze tijd was het toen. Uit module 1 ‘Wat hebben we nog in onze mars?’ herinneren we ons nog hoe onze planeet ontstond.

Plaats de nummers van de gebeurtenissen in de juiste volgorde op de tijdlijn. 1 2 3 4 5 protoplaneten zijn heel heet (als gevolg van al die botsingen) en volledig gesmolten

planetesimalen botsen met elkaar door zwaartekracht

planetesimalen evolueren tot protoplaneten

zwaardere elementen zakken naar het midden van elke protoplaneet, lichtere elementen blijven aan de buitenkant

planetesimalen worden groter door accretie

Het prille begin van de aarde werd dus gekenmerkt door accretie. Dat zorgde voor een onaflatende stroom van botsingen. Deze botsingen veroorzaakten heel wat warmte, waardoor het meeste materiaal dat zich hier verzamelde, zich in gesmolten toestand bevond. Het oppervlak van de aarde was dus één gigantisch grote magma-oceaan! Het woord magma definiëren we hier als het vloeibare gesteente onder het aardoppervlak. Telkens wanneer een meteoor op de aarde insloeg, ontstond een tsunami van magma!

WIST-JE-DAT

Door de helse omstandigheden in het begin van de geschiedenis van de aarde, heeft men dit tijdperk hadeïcum genoemd. De naam is een verwijzing naar de Griekse god van de onderwereld, Hades.

De daaropvolgende transformatie van een hete en volledig gesmolten toestand naar een deels vaste bol met verschillende lagen was een mijlpaal voor onze planeet.

Temperatuurverschillen leiden tot beweging

Om te begrijpen hoe deze transformatie kon gebeuren, moeten we opnieuw wat fysica en chemie toepassen. Met behulp van het deeltjesmodel kunnen we de volgende verklaring geven.

1 Wanneer deeltjes warmer worden, zal de kinetische energie van die deeltjes stijgen.

2 Deeltjes met een hoge kinetische energie nemen een groter volume in. Hierdoor verandert de massadichtheid. Het aantal deeltjes blijft hetzelfde.

3 Deeltjes met een relatief lagere massadichtheid zullen, door de nabije deeltjes die een relatief hogere massadichtheid hebben, omhoog worden geduwd. Warme lucht zal dus beginnen te drijven op de koudere lucht rondom. Er ontstaat, met andere woorden, een beweging naar boven.

Dezelfde verklaring kan gegeven worden aan deeltjes die kouder worden. Hier zal de kinetische energie dalen, waardoor de massadichtheid stijgt. Als een gevolg hiervan, duwen de omringende deeltjes de koude deeltjes naar beneden. Er ontstaat, met andere woorden, een beweging naar beneden.

temperatuur stijgt

temperatuur daalt

Natuurlijk kunnen deeltjes niet oneindig lang naar omhoog of omlaag bewegen. Er zou immers na verloop van tijd een tekort of overschot aan deeltjes ontstaan. Om het aantal deeltjes in een systeem in evenwicht te houden, zal er een stroming ontstaan. We noemen zo’n stroming op basis van temperatuurverschillen convectie

Het fenomeen dat de drijvende kracht achter beweging eigenlijk verschillen in massadichtheid zijn ten gevolge van temperatuurverschillen, komt op verschillende plaatsen voor op aarde. Zo kun je de volgende bewegingen verklaren:

• bewegingen in de mantel van de aarde, zoals mantelconvectie

• bewegingen in de oceaan, zoals de diepwaterpomp

• bewegingen in de atmosfeer, gekend als wind

Vandaag, miljarden jaren later, is heel wat van die warmte nog steeds aanwezig. Deze interne warmte of aardwarmte is cruciaal in het systeem aarde. Zo is ze niet alleen bruikbaar voor de mens om zich te verwarmen met geothermische energie, of laat ze mijnwerkers harder zweten naarmate ze dieper de mijn ingaan. Ze speelt namelijk (nog steeds) de hoofdrol in de beweging van de aardkorst. Dit belangrijk gevolg komt uitgebreid aan bod in hoofdstuk drie van deze module.

De hoeveelheid aan interne warmte wordt door een aantal factoren bepaald.

• De accretie heeft miljarden jaren geleden gezorgd voor een grote hoeveelheid warmte. Na de afkoeling, waarbij de aardkorst gevormd werd, blijft er nog steeds een restwarmte over.

• De wrijving van zware elementen (die naar beneden zakken) en het omliggende materiaal, heeft ook voor een hoeveelheid warmte gezorgd. Ook hiervan blijft er nog steeds een restwarmte over.

• Bepaalde chemische elementen ondergaan radioactief verval. Bij dit proces komt ook warmte vrij. Tot op heden is dit nog steeds een bron van warmte die vrijkomt binnenin de aarde.

• Het verlies van de warmte uit de aarde gaat vrij traag. Dit komt omdat de aarde een redelijk kleine oppervlak-volume verhouding heeft. Grote planeten koelen namelijk trager af dan kleine. Dit geldt niet alleen voor planeten, maar ook voor levende organismen. Dat is dan ook de reden waarom een ijsbeer een pak groter is dan een zwarte beer. Zo zal een ijsbeer minder warmte verliezen!

ijsbeer

zwarte beer

• De dikte en samenstelling van onze atmosfeer heeft ervoor gezorgd dat warmte niet zo vlot kan ontsnappen. Ook dit effect, waarbij de atmosfeer als een deken rond de aarde functioneert, zorgt ervoor dat warmte relatief lang in het systeem aarde kan blijven. Dit komt uitgebreid aan bod in hoofdstuk vier van deze module.

De onderstaande afbeeldingen tonen bewijzen van interne warmte op Mars (links) en op aarde (rechts). Toch is er één groot verschil: op aarde zijn er nog geregeld actieve vulkanen te vinden, op Mars niet.

Hoe zou dat komen?

2.3 Vulkanen maken de geosfeer

spleetvulkaan Bardarbunga, IJsland lava van de schildvulkaan Kilauea, Hawaï, VS

stratovulkaan Iwate, Japan

In de eerste 100 miljoen jaar was het oppervlak van de aarde nog steeds een magma-oceaan. Die kon pas langzaam afkoelen en een korst vormen, als er geen planetesimalen meer op botsten. Dat gebeurde ongeveer 4,5 miljard jaar geleden. Onder die korst zit echter nog steeds intens heet materiaal. Deze warmte zorgt ook nog steeds voor een beweging van materiaal binnen in de aarde. Het zorgt ervoor dat lokaal warm materiaal kan opwellen, of dat er door de beweging scheuren in de korst ontstaan. Met andere woorden, op bepaalde plaatsen aan het aardoppervlak kan dit intens heet materiaal ontsnappen! We spreken dan van vulkanisme

Waar heet magma aan het aardoppervlak komt, ontstaan vulkanen. Vanaf dan spreken we niet meer van magma, maar van lava. De lava koelt onvermijdelijk af, waardoor ze vast gesteente wordt. Zo groeit de geosfeer aan.

2.4 Vulkanen vullen de atmosfeer

Uit een vulkaan komt niet alleen magma die de geosfeer vorm geeft. Ook heel wat gassen komen eruit vrij. We onderscheiden drie fasen in de ontwikkeling van de aardse atmosfeer. Vanaf de tweede fase spelen vulkanen een grote rol.

2.4.1 Primaire atmosfeer

H2 He

Toen de aarde zich 4,6 miljard jaar geleden vormde door accretie, was niet alle materiaal uitsluitend aanwezig in vaste of gesmolten toestand. Lichte gassen zoals H2 en He vormden de primaire atmosfeer. Zij waren alomtegenwoordig in de accretieschijf rond de protoster die later onze zon zou worden. De zonnewind en de kleine massa van de aarde zorgden er echter voor dat quasi al deze lichte gassen al vrij snel naar de ruimte konden ontsnappen.

2.4.2 Secundaire atmosfeer

In magma zitten diverse gassen opgelost. Ze zijn chemisch gebonden aan de gesmolten gesteenten. Als een vulkaan uitbarst, brengt dat een ontgassing van de lava met zich mee. Hierbij komen de gassen uit het gesmolten materiaal vrij. De jonge aarde kende vanaf 4,5 miljard jaar heel wat vulkanische activiteit, waardoor H2, H2O in de vorm van waterdamp, CO2, CH4, NH3, SO2 en N2 in de atmosfeer konden belanden. Er zijn aanwijzingen dat dit ontgassingsproces heel snel verliep, in minder dan 100 miljoen jaar. Daarnaast vermoeden wetenschappers dat een laatste episode van accretie, meer bepaald botsingen van de planetesimalen en kometen, heel wat vluchtige stoffen met zich meebracht. Ook deze stoffen vulden de atmosfeer. Deze botsingen zouden bij benadering tussen 4,5 en 3,8 miljard jaar zijn voorgekomen.

De secundaire atmosfeer zag er helemaal anders uit dan de atmosfeer die we nu hebben. Ze bevatte in verhouding vrij veel broeikasgassen, waardoor het natuurlijk broeikaseffect op dat moment ook veel groter was dan nu.

Markeer in de tekst hierboven elk broeikasgas in een kleur.

In de periode tussen 4,5 miljard en 2,2 miljard jaar geleden zijn er tal van biogeochemische processen actief die gassen niet alleen ín maar ook weer uít de atmosfeer halen. Op die manier kunnen we verklaren waarom er in de secundaire atmosfeer nog geen sprake van O2 lijkt te zijn.

• Fotochemische reacties breken onder invloed van UV-licht, CO2 en waterdamp weer af waarbij O2 kan ontstaan. Dit proces kwam al zo’n 3,5 miljard jaar geleden voor.

• Het eerste leven op aarde begint aan fotosynthese te doen. Hierbij komt vanaf 3 miljard jaar geleden uiteindelijk ook O2 vrij in de hydrosfeer.

• Vrije O2 moleculen reageren in deze periode onmiddellijk met een heel grote voorraad aan oxideerbare stoffen. Daardoor kunnen ze niet opstapelen. Eén van de grootste voorraden aan oxideerbare stoffen kon je vinden in de oceaan waar ijzer opgelost zat in het water. Wanneer zuurstofgas zich aan ijzer bindt, slaat het neer en vormt het een laagje roodgekleurd ijzerhoudend gesteente. De laagjes in dit gesteente dateren vanaf 3,5 miljard jaar geleden.

jaspilliet gesteente met banded iron formation - 2,7 miljard jaar oud

Ook andere gassen die vrijkomen zullen terug reageren met de geosfeer. Op die manier ontstaat een wisselwerking tussen geosfeer en atmosfeer.

2.4.3 Tertiaire atmosfeer

De tertiaire atmosfeer ontstond pas zo’n 2,2 miljard jaar geleden, op een moment dat levende wezens (zie biosfeer verderop) al eventjes aan fotosynthese deden en O2 zich in de atmosfeer kon opstapelen. Zuurstof die vrijkomt door fotosynthese wordt immers snel vastgelegd door te reageren met ijzer. Zodra al het beschikbare ijzer gereageerd heeft, komt zuurstofgas in de atmosfeer terecht. Door al dat O2 verandert de atmosfeer in een totaal andere omgeving. Het prille leven op aarde zal hier eerst even aan moeten wennen.

In deze fase ontstaat ook de ozonlaag in de atmosfeer, een belangrijke mijlpaal in de geschiedenis van onze planeet. De ozonlaag is gedurende miljoenen jaren aangegroeid, maar was pas 470 miljoen jaar geleden dik genoeg om het aardoppervlak te beschermen tegen de schadelijke UV-straling. Pas dan kon het leven op land zich verder ontwikkelen.

Dat leven op land zorgde vervolgens voor een impuls aan fotosynthese en het ontstaan van een nieuwe balans tussen alle sferen. Deze balans was er niet onmiddellijk; verschillende periodes van extreem hoge temperaturen werden afgewisseld met periodes van extreem lage temperaturen. Het aantal broeikasgassen in de atmosfeer speelde hier een bepalende rol. De periodes met extreem lage temperaturen zouden de aarde quasi volledig bedekt hebben met ijs. Daarom beschrijft men de aarde tijdens deze koude periodes als de sneeuwbalaarde (zie afbeelding vorige pagina).

Je kan zelfs stellen dat een balans nooit kan worden bereikt. De samenstelling van de atmosfeer is dan ook het resultaat van verschillende factoren die continu variabel zijn. Het resultaat hiervan is een systeem dat steeds boven en onder een evenwicht beweegt.

Zowel op Aarde, Mars als Venus was het aanvankelijk te warm voor vloeibaar water en vond er heel wat ontgassing plaats tijdens een periode met veel vulkanisme. Op Venus kwam er zodanig veel koolstofdioxide vrij dat het natuurlijk broeikaseffect op hol sloeg. Als je vandaag op Venus zou willen rondwandelen, moet je een verschroeiend hete 474 °C trotseren. Bij die temperaturen smelten tin en lood al. De luchtdruk is er 90 keer zo sterk als op aarde en er hangt continu een wolkenband die vooral bestaat uit zwavel en zwavelzuur. Zowel de Sovjet-Unie als de Amerikanen stuurden al eind 1970 een lander naar Venus om de bizarre atmosfeer te onderzoeken.

Op Mars zit ook veel koolstofdioxide in de atmosfeer. Omdat die planeet zich echter veel verder van de zon bevindt, blijft Mars een diepvrieskist. De temperatuur is er gemiddeld -23 °C, maar aan de polen is het er zelfs kouder dan -100 °C. Mars’ massa is maar 10,7 % van die van de aarde. Met die geringe zwaartekracht slaagde Mars er niet in om zijn gassen in de atmosfeer vast te houden. De luchtdruk is er maar 0,07 keer die van de aarde. De lucht is er vaak helder, al komen zandstormen evengoed voor. Mars raakte haar interne warmte ook veel sneller kwijt: alle vulkanen zijn er uitgedoofd.

2.5 Vulkanen vullen (voor een deel) de hydrosfeer

Toen de aarde zich vormde, was er nog geen sprake van vloeibaar water. Uit oude gesteenteafzettingen in Groenland weten we wel dat er vanaf 3,9 miljard jaar geleden oceanen waren op aarde. Omdat een planeet met zoveel water zo zeldzaam is in het universum, zoeken wetenschappers ijverig naar een antwoord op de vraag: ‘Hoe kon de aarde aan water komen?’

Op dit moment stellen wetenschappers twee verklaringen voor. Het is nog niet duidelijk voor hoeveel water elke verklaring verantwoordelijk is en of de twee elkaar opvolgden dan wel tegelijk plaatsvonden. De omstandigheden op de jonge aarde lieten alvast niet toe dat water in vloeibare vorm spontaan kon ontstaan.

• In de mantel van de aarde waren watermoleculen aanwezig, al waren ze gebonden aan andere chemische elementen. Tijdens de ontgassing, die zorgde voor de secundaire atmosfeer, kon ook waterdamp vrijkomen. Pas toen de atmosfeer verzadigd was met waterdamp (en verder afkoelde), condenseerde het tot vloeibaar water. Onze planeet kreeg wellicht een periode van honderdduizenden jaren aan regen te slikken. De temperatuur van de hydrosfeer was in het begin vrij warm: 50 à 90 °C.

• De aarde kwam ook aan water door botsingen met kometen en meteorieten. Kometen bestaan voor een groot deel uit ijs. Sommige kometen hebben echter de juiste samenstelling aan isotopen, zoals het water op aarde, maar niet alle. Koolstofhoudende chondrieten zijn een specifieke soort meteorieten die tot 20% van hun massa aan ijs kunnen bevatten. We weten dat ze massaal op de jonge aarde zijn neergekomen.

2.6 Hydrosfeer faciliteert biosfeer

We weten nog steeds niet hoe het leven op aarde precies ontstond, maar we weten wel dat de eerste levensvormen in de oceanen voorkwamen. Om dat te begrijpen, nemen we even de eigenschappen van water onder de loep. Water is een eenvoudige molecule die een positief en negatief geladen kant heeft. We noemen dit polair. Daarom kan het gemakkelijk verbindingen aangaan met veel andere moleculen, waaronder zichzelf. Zo kan water ook dienen als ideaal oplosmiddel voor tal van andere moleculen. Zo kwamen er na verloop van tijd voldoende concentraties van de bouwstenen voor het leven: atomen zoals S, P, O, N, C en H. Deze atomen kwamen vervolgens voor in meer complexe organische moleculen, zoals aminozuren en RNA- en DNA-strengen. Zo werden de eerste eencelligen gevormd.

Er zijn sterke aanwijzingen dat de eerste eencelligen zich diep in de oceaan in de buurt van hydrothermale bronnen hebben kunnen vermenigvuldigen. Deze ‘schoorstenen’ braken dan ook heet water uit, rijk aan diverse chemische elementen. Vandaag zien we op die plekken ook een enorme rijkdom aan wormen, garnalen, schelpen en slakken. Van bacteriën, over schimmels en planten, tot dieren: allemaal zijn ze geëvolueerd uit organismen die in de oceaan ontstonden.

In het hoofdstuk over de tertiaire atmosfeer leerde je al hoe het leven ook de samenstelling van de atmosfeer mettertijd veranderde.

De oceanen en zeeën zitten boordevol leven. Er wordt geschat dat wel 80% van alle leven op aarde zich in de oceaan bevindt.

Het is duidelijk: zelfs al gaan we chronologisch te werk, het verhaal over hoe het systeem aarde is ontstaan, is en blijft complex. Dat komt vooral omdat alle sferen in een vrij korte tijdsspanne zijn ontstaan. Eerst ontstond de geosfeer, snel gevolgd door de hydrosfeer en atmosfeer. Het ontstaan van de biosfeer kwam er ook verbazingwekkend snel. Zodra er meer dan één sfeer was, volgden de interacties tussen de sferen onderling ook bijzonder vlug.

In de hoofdstukken hierna bestuderen we de platentektoniek in de geosfeer en het oceaanatmosfeersysteem dat onder meer ons weer bepaalt.

In de eerste module van het zesde jaar pikken we de draad verder op wat de interactie tussen de sferen betreft. Daar kijken we vooral naar hoe het landschap doorheen de tijd verandert.

In de tweede module van het zesde jaar analyseren we vervolgens de invloed van de mens op het systeem aarde. Daar zal blijken dat de mens zich ondertussen als de grootste beïnvloedende factor heeft opgeworpen, voornamelijk van de atmosfeer. We zijn dan ook ondertussen met meer dan 8 miljard op de planeet. Binnen het fanerozoïcum tijdperk stellen geologen daarom voor om een nieuw tijdvak te laten starten, het antropoceen

3 Planeet vol spanning

3.1 Waarnemingen aan het aardoppervlak

Alle afbeeldingen op deze pagina tonen een vulkaanuitbarsting. Er zijn heel wat gelijkenissen, maar toch zijn er ook verschillen. Beschrijf deze verschillen.

kaart met aardbevingen in de wereld

kaart met actieve vulkanen in de wereld

Wat valt op? Is hier een patroon te herkennen? Beschrijf.

Vergelijk de gebieden met vulkanisme en aardbevingen met een reliëfkaart van de wereld in je atlas. Kan je een verband ontdekken? Beschrijf.

We kunnen de waarnemingen aan het aardoppervlak verklaren als we ervan uitgaan dat er beweging mogelijk is in de aarde. Ondertussen kunnen we, op basis van onze voorkennis, al inschatten of deze hypothese kan kloppen.

Overloop daarvoor de onderstaande figuren en beschrijf kort hoe de figuur aantoont dat beweging in de aarde mogelijk is én wat het gevolg is voor de buitenste vaste laag.

Conclusie: is beweging ter hoogte van de lithosfeer mogelijk? Zo ja, blijft de lithosfeer dan in één stuk?

continentaal plat

3.2 Zeebodemspreiding

Dankzij onze voorkennis hebben we min of meer een verklaring kunnen opbouwen voor de beweging van de lithosfeer. Het werd ook al vrij snel duidelijk dat dit zal resulteren in het openbreken van die lithosfeer in verschillende stukken. Deze delen noemen we platen en het proces van deze bewegende platen noemen we platentektoniek. De processen waarbij de platen bewegen, zijn het meest merkbaar aan de plaatranden.

Toch bleef de mens met nog heel wat vragen zitten. Veel mensen wonen in dichtbebouwde gebieden met frequente aardbevingen of nabij een vulkaan. Om deze mensen te beschermen en tijdig te waarschuwen voor een grote natuurramp, is er meer inzicht nodig. Zo blijft de zoektocht naar meer data, om heel nauwkeurig de beweging van de platen dieper in de aarde te voorspellen, nog steeds gaande.

Dankzij al dat onderzoek is duidelijk geworden dat er veel meer aan de hand is dan wat we hiervoor beschreven. Het verklarende model dat hier wordt uitgelegd, is het model van de zeebodemspreiding. Dat model kwam tot stand dankzij het onderzoek van de oceaanbodem, wat een schat aan informatie opbracht. Om het proces van zeebodemspreiding te kunnen uitleggen, heb je eerst meer kennis nodig over het reliëf van de oceaanbodem. De informatie vind je hierna.

3.2.1 Een schat aan informatie onder water

continentale helling abyssale vlakte

eilandenreeks vulkanisch eiland

mid-oceanische rug (MOR)

breuklijn

trog sedimenten onderzeese berg

• De continentale korst loopt nog even onder de zeespiegel door: het continentaal plat. Aan de rand van een continent gaat deze korst steil naar beneden, tot aan de abyssale vlakte.

• De abyssale vlakte is de oceanische korst die bedekt is met een dun laagje sedimenten. Deze vlakte wordt af en toe onderbroken door vulkanische verschijnselen onder water. Dit is het duidelijkst merkbaar bij een vulkanisch eiland.

• In het midden van de oceanische korst, vind je een verhoging van het reliëf, een onderwater bergketen met veel vulkanische activiteit: de mid-oceanische rug (MOR)

• Bij de overgang van de oceanische naar de continentale korst zijn er twee mogelijkheden:

• De oceanische korst duwt tegen de continentale korst aan (links op de afbeelding).

• De oceanische korst duikt onder de continentale korst en veroorzaakt een trog (rechts op de afbeelding).

3.2.2 Opbouwen en afbreken, duwen en trekken

Het reliëf van de zeebodem en de waarnemingen aan het aardoppervlak kunnen verklaard worden door een aantal processen die gelijktijdig verlopen en aan elkaar gekoppeld zijn. Dat zorgt ervoor dat het model van de zeebodemspreiding niet zo eenvoudig uit te leggen is. Daarom delen we het model op in enkele onderdelen, om ze daarna te combineren tot één geheel.

riftster breuk

A Opbouwen

In de mantel zijn er heel wat temperatuur- en drukverschillen. Omdat warmer materiaal verschilt in massadichtheid ten opzichte van de relatief koudere omgeving, kan dat omhoog migreren. Zo ontstaan op bepaalde plaatsen in de mantel smalle kolommen aan warmer materiaal die al dan niet helemaal tot aan het aardoppervlak reiken: een mantelpluim. De plaats waar een mantelpluim vol magma de korst raakt, noemen we een hotspot. Als magma aan het oppervlak komt, noemen we het lava. Lava koelt af en verhardt tot gesteente. Er is een nieuw stuk aardkorst ontstaan.

Enkele kenmerken van deze mantelpluimen:

• De opwaartse migratie van warm materiaal in de mantel gebeurt traag.

• Een mantelpluim kan vertrekken vanaf de overgang tussen kern en mantel of uit de mantel zelf.

• Diep in de mantel is de druk er zo hoog, dat het warm mantelmateriaal nog vast is. Naarmate het warm materiaal dichter bij het aardoppervlak komt, is er minder druk en kan het materiaal deels smelten. Zo ontstaat het magma.

mid-oceanische rug (MOR)

• Het magma dat afkomstig is van een mantelpluim heeft een chemische samenstelling die we definiëren als basalt. Doordat een mantelpluim op verschillende plaatsen kan ontstaan, merken we ook verschillen in de basaltische samenstelling. Zo is de korst die ter hoogte van een vulkanisch eiland ontstaat anders dan een korst die ter hoogte van een mid-oceanische rug ontstaat.

vulkanenboog

oceanische korst

* afstanden zijn niet op schaal

mantelpluim

trog subductie kern mantel

WIST-JE-DAT

Het woord ‘tektoniek’ komt van het Griekse ‘tektōn’, wat ‘bouwer’ betekent. Platentektoniek is dus letterlijk het proces waarbij platen worden opgebouwd.

Deze wereldkaart toont de plaatsen op aarde waar er wordt opgebouwd. Hotspots vind je onder de oceanische en continentale lithosfeer en ter hoogte van mid-oceanische ruggen.

Neem je atlas erbij en noteer enkele bekende eilanden die net boven een hotspot liggen.

opbouwende plaatrand transforme plaatrand

afbrekende plaatrand hotspot

Op opbouwende plaatsen komt magma aan het oppervlak, waardoor nieuwe korst gevormd wordt. Hierdoor zal het reliëf beginnen te stijgen. Lokaal is er dus meer massa, waardoor de zwaartekracht er ook meer kracht kan uitoefenen. Het eindresultaat van de opwaartse kracht van het magma en de neerwaartse kracht van de zwaartekracht is dat de stukken lithosfeer uit elkaar bewegen. Dit kan gepaard gaan met relatief lichte aardbevingen.

Platen die uit elkaar bewegen, noemen we divergerende platen (divergeren > Latijn: ‘divortium’ = scheiding). We kunnen dus opbouwen en hotspots in verband brengen met divergeren.

We bestuderen kort twee situaties: een hotspot onder de oceanische lithosfeer en een hotspot onder de continentale lithosfeer.

Hotspot onder oceanische lithosfeer

Een plaats waar veel warm mantelmateriaal omhoog komt, is de mid-oceanische rug. Hier wordt continu nieuwe oceanische korst aangemaakt, wat zorgt voor een verhoging in het reliëf van de zeebodem. Het is dan ook logisch dat de zwaartekracht ter hoogte van de rug meer kracht kan uitoefenen. Het gevolg is dat, ter hoogte van de mid-oceanische rug, de nieuw gevormde oceanische korst uit elkaar geduwd wordt. We noemen dit proces rugduwkracht (ridge push).

Hotspot onder continentale lithosfeer

Terwijl de gebeurtenissen bij een hotspot onder oceanische korst grotendeels onzichtbaar zijn voor ons, zijn de gevolgen van een hotspot onder een continentale korst veel duidelijker.

1 Eerst zal het landschap lokaal een opheffing meemaken. Het opwellende magma kan er al voor spectaculaire verschijnselen zorgen, zoals geisers en vulkanen.

2 Net zoals een puistje op je huid, kan de continentale korst niet blijven uitrekken. Daarom ontstaan er scheuren. Zo’n scheur in het landschap vormt een riftvallei. Magma kan gemakkelijk langs de scheuren ontsnappen en blijft nog steeds voor vulkanisme zorgen. Door de lagere ligging verzamelt regenwater er zich en kunnen langgerekte meren ontstaan.

3 Naarmate de tijd vordert, blijft het opwellende magma voortdurend voor een divergerende beweging zorgen. De riftvallei wordt daardoor breder en langer. Door erosie wordt ze dieper en breder, waardoor ze uiteindelijk in contact komt met het water in de oceaan. Vervolgens vult de riftvallei zich met zout water, waardoor een zee ontstaat. De nieuw gevormde korst bestaat vooral uit basalt waardoor we die kunnen bestempelen als oceanische korst.

4 Na miljoenen jaren van divergeren vormt zich een volwassen oceaan met in het midden een mid-oceanische rug.

Markeer alleen de opbouwende plaatranden op de onderstaande wereldkaart.

C Afbreken

Als er op de ene plaats op het aardoppervlak korst bijkomt, dan kan het niet anders dan dat er ergens anders korst moet verdwijnen. De aarde blijft immers constant qua volume.

Waar twee stukken lithosfeer samenkomen en zo naar elkaar toe bewegen, zal de situatie ontstaan waarbij het ene stuk lithosfeer onder het andere duikt. Dat proces heet subductie.

Het zal altijd de lithosfeer met de hoogste dichtheid zijn die subductie ondergaat. Daarom zal oceanische lithosfeer, in contact met een continentale lithosfeer of een lichtere oceanische lithosfeer, naar onder duiken. Aan de overgang van de ene plaat naar de andere ontstaat er een trog.

Platen die samenkomen en die dus naar elkaar toe bewegen, noemen we convergerende platen (convergeren > Latijn: ‘convergere’ = samenkomen). We kunnen afbreken en subductie dus in verband brengen met convergeren.

Naarmate de onderduikende korst dieper en dieper in de mantel zakt, stijgen de temperatuur en de druk. Op die manier zal de oceanische lithosfeer uiteindelijk weer smelten en gerecycleerd worden in de mantel. Boven op de oceanische lithosfeer zal ook een deel van de sedimenten – die zich miljoenen jaren na elkaar hebben opgestapeld – mee smelten. Dit geeft aanleiding tot het ontstaan van magma met een relatief hoog gehalte aan H2O dat uit de gesmolten gesteenten vrijkomt. Door dat water zal de smelttemperatuur nog verder verlagen en zal ook een stuk continentale lithosfeer opnieuw smelten. Het resulterende magma heeft een samenstelling die we definiëren als graniet. Graniet heeft een lagere massadichtheid dan de omgeving en een deel hiervan zoekt een weg omhoog, om zo voor vulkanisme te zorgen. Omdat dit magma een weg naar boven zoekt langs een uitgestrekte plaatrand, ontstaat er na verloop van tijd een vulkanenboog. Als twee stukken oceanische lithosfeer convergeren, ontstaat, via een gelijkaardig proces, een eilandenboog. Als twee stukken continentale korst convergeren, ontstaat een gebergte.

WIST-JE-DAT

De Marianentrog is de diepste plaats in de oceaan. Op haar diepste punt is ze 11 km onder zeeniveau. Met andere woorden, je kan dieper gaan ten opzichte van de zeespiegel, dan dat je hoog kunt gaan. De Mount Everest is ‘maar’ 8,8 km hoog.

De subductie van het ene stuk lithosfeer onder het andere, gaat vrijwel steeds gepaard met aardbevingen die erg krachtig kunnen zijn. Wanneer de aardverschuiving zich onder water afspeelt, krachtig genoeg is en zich in de buurt van land bevindt, dan kan er een tsunami ontstaan.

Vergelijk de locatie van de meeste aardbevingen en vulkanen in de wereld (zie pagina 39) met de locatie van de convergerende plaatranden. Wat concludeer je hieruit?

Markeer alleen de afbrekende plaatranden op de onderstaande wereldkaart.

D Trekken

Het onderduiken van de ene korst onder de andere werd lange tijd verklaard door het principe van convectie. Ter hoogte van de mid-oceanische rug komt warm materiaal omhoog. Ter hoogte van de subductie gaat kouder materiaal weer omlaag. Op zich is dat eigenlijk slechts grotendeels zo, want recent onderzoek heeft uitgewezen dat convectie amper voor enkele procenten verantwoordelijk is in het groter geheel van de platentektoniek.

Subductietrekkracht (slab pull) is het proces waarbij de onderduikende oceanische lithosfeer door de zwaartekracht naar onder wordt getrokken. De zwaartekracht krijgt een steeds grotere invloed op de oceanische korst door deze twee factoren.

• De oceanische korst wordt, naarmate ze verder van de mid-oceanische rug beweegt, steeds ouder en kouder. Door de lagere temperaturen verandert de massadichtheid en wordt ze zwaarder.

• Naarmate een stuk oceanische lithosfeer dieper in de asthenosfeer zakt, ervaart ze meer druk en kan het onderduikende materiaal transformeren tot een gesteente met hogere massadichtheid. De onderduikende oceanische lithosfeer wordt dus zwaarder wanneer ze dieper zakt.

Slab suction (vrij vertaald: subductiezuigkracht) is ten slotte de laatste motor in de beweging van platen. Dit proces treedt in werking op een oceanische lithosfeer die reeds dieper aan het zakken is, waarbij het onderduiken versneld wordt. Je kan het effect van een slab suction nabootsen met een ketting op een tafel. Wanneer je een voldoende lang stuk over de tafel laat hangen, zal de zwaartekracht op een steeds groter deel van de ketting invloed hebben. Hierdoor begint de ketting te vallen en versnelt het vallen in een mum van tijd tot de hele ketting op de grond ligt.

Vervolledig de grote afbeelding op pagina 42 en 43 door de pijlen (die op elke cirkelvormige afbeelding hiervoor staan) op de juiste plaats aan te brengen.

Duid op dezelfde afbeelding ook de mantelconvectie aan.

Nadat we alle processen hebben bestudeerd, kunnen we besluiten dat de motoren voor de beweging aan het aardoppervlak de volgende zijn:

• convectie

• rugduwkracht (ridge push)

• subductietrekkracht (slab pull)

• subductiezuigkracht (slab suction)

Deze vier processen vormen samen de oorzaak van platentektoniek. Huidige schattingen duiden de subductietrekkracht en subductiezuigkracht aan als de belangrijkste motor, verantwoordelijk voor zo’n 90% van de drijvende kracht achter platentektoniek. Rugduwkracht zou verantwoordelijk zijn voor slechts 5 à 10%. De rol van convectie is dus – in tegenstelling tot wat men vroeger dacht – veel meer naar de achtergrond verdrongen.

3.3 Transforme randen

Omdat de aarde een bolvorm heeft en de motoren voor de beweging variabel zijn in locatie en intensiteit, is er naast divergeren en convergeren nog een derde beweging waargenomen. Bij transforme plaatranden bewegen twee stukken lithosfeer langs elkaar. Deze situatie kan voorkomen wanneer er twee stukken lithosfeer in een andere richting willen bewegen, of in dezelfde richting, maar dan met een andere snelheid. Ter hoogte van transforme plaatranden wordt er geen nieuwe korst opgebouwd of afgebroken. Daarom is daar ook geen vulkanisme te bespeuren. Door de verschuiving van platen ten opzichte van elkaar zijn aardbevingen hier wel aan de orde.

Markeer alleen de transforme plaatranden op de onderstaande wereldkaart.

Welke

3.4 Isostasie

Een vierde beweging is niet horizontaal, maar verticaal. Omdat de lithosfeer op de asthenosfeer drijft, zal een dik en dus zwaar stuk lithosfeer ook dieper in de asthenosfeer zakken. Zo wordt duidelijk dat de continentale lithosfeer ter hoogte van gebergten dikker is dan elders.

Wanneer het gewicht van de lithosfeer zwaarder wordt, zal ze dieper in de asthenosfeer zakken. Omgekeerd komt een lichter wordende lithosfeer weer omhoog. Je kan dit proces vergelijken met het laden of lossen van een binnenschip, waardoor het schip dieper of minder diep in het water ligt.

blokken: lagere dichtheid

water: hogere dichtheid

Er is dus een voortdurend evenwicht tussen de neerwaartse zwaartekracht van de lithosfeer en de opwaartse Archimedeskracht van de asthenosfeer. Dit fenomeen heet isostasie Deze verticale beweging kan tot stand komen door, bijvoorbeeld, het bijkomende gewicht van sedimenten op de oceaanbodem of een grote ijsmassa op land. Zo kunnen we verklaren waarom de Noordzee steeds dieper zakt en waarom Scandinavië elk jaar enkele millimeters tot zelfs een centimeter op enkele plaatsen omhoog komt, na het smelten van het ijs van de laatste ijstijd.

WIST-JE-DAT

Tijdens de laatste ijstijd was de ijskap op bepaalde plaatsen tot wel 3 km dik. Als je weet dat een reusachtig ijsklontje van één kubieke meter ongeveer een massa van één ton heeft, welke massa moet een ijskap van 3 km dik en honderden kilometers lang en breed dan wel niet hebben!

Op de onderstaande wereldkaart zie je welke delen van de lithosfeer omhoog (in het rood) of omlaag (in het blauw) bewegen.

verticale bewegingen van de lithosfeer

3.5 Zicht op wat beweegt

De bewegingen die platentektoniek typeren, gaan dus gepaard met verschijnselen die een grote impact kunnen hebben op de mensen die op bepaalde plaatsen op aarde leven. Wanneer we een lange tijdschaal aannemen, dan kunnen we verklaren hoe eilanden, bergen, zeeën en oceanen ontstaan. Ook de plotse fenomenen, zoals vulkaanuitbarstingen, aardbevingen en tsunami’s kunnen we nu verklaren.

Tijd voor een overzicht.

Lokaliseer je voorbeelden uit de tabel op pagina 53. Maak een eigen legende met de drie mogelijke bewegingen van plaatranden.

reliëfkaart

4 Door weer en wind

In module 1 ‘Wat hebben we in onze mars’ werd duidelijk dat onze planeet nagenoeg uniek is. Door een uiterst belangrijk kosmisch toeval staat de aarde op een ideale afstand van een jongvolwassen ster, de zon. De zon straalt heel wat elektromagnetische straling de ruimte in, ook naar de aarde (zie 1.1.2 over de atmosfeer). De atmosfeer laat ook niet alle straling door, waardoor de onderste lagen ervan en het aardoppervlak voornamelijk energie in de vorm van zichtbaar licht ontvangen. Dit noemen we de instraling.

In de tweede graad aardrijkskunde leerde je al dat niet alle instraling ook geabsorbeerd wordt. Een deel wordt door het albedo-effect terug naar de ruimte weerkaatst. Wat de aarde absorbeert, wordt omgezet in warmte (infraroodstraling) en noemen we uitstraling.

Op de afbeelding hiernaast is goed te zien dat de atmosfeer sommige straling ongehinderd doorlaat en andere straling onderweg absorbeert (zie 1.1.3, interactie met de ozonlaag). In de omgekeerde richting werkt dat ook. Diverse broeikasgassen sturen de warmtestraling terug naar het aardoppervlak, zodat het grootste deel van de uitgestraalde warmte niet verloren gaat in het heelal. Dat is het natuurlijk broeikaseffect! Op die manier leven we hier op aarde met een gemiddelde temperatuur van 15 °C.

4.1 De ongelijke stralingsbalans

In- en uitstraling, net als het natuurlijk broeikaseffect, vinden overal op aarde plaats. Als we de globale temperatuur op aarde vergelijken met de temperatuur op specifieke locaties, merken we enorme temperatuurverschillen. Hierna bespreken we een aantal oorzaken hiervan.

Jakutsk (Rusland(Federatie))

Lat: 62° 1’ N • Long: 129° 43’ E • Hoogte: 101 m

Neerslag (N) in mm

Bangkok (Thailand)

Lat: 13° 44’ N • Long: 100° 34’ E • Hoogte: 2 m

Neerslag (N) in mm

4.1.1 Ongelijke instraling

De ongelijke instraling is een gevolg van de bolvorm van de aarde én van de schuine aardas (23,5°). Hierdoor is de invalshoek van de zonnestralen anders.

Als de invalshoek kleiner wordt, vergroot het bestraalde oppervlak. Dezelfde hoeveelheid zonne-energie wordt over een groter oppervlak verspreid en het geheel kan minder opwarmen. Het grote temperatuurverschil tussen de polen en de evenaar kunnen we dus snel verklaren. Daarnaast spelen de seizoenen en de breedteligging een rol: de invalshoek van de zonnestralen en de daglengte vergroten in de zomer en verkleinen in de winter. De daglengte varieert ook meer doorheen het jaar op grotere breedteligging. Op de volgende pagina wordt dit geïllustreerd.

aardas

zonnestralen evenaar

Wanneer duurt een dag exact 12 uur?

Waar op aarde is er 24 uur lang geen daglicht, terwijl het 21 juni is?

Als je hier in België op je horloge merkt dat de dag exact 12 uur heeft geduurd, maar de invalshoek van de zon valt de komende dagen steeds lager, in welk seizoen komen we dan?

4.1.2 Ongelijk albedo

Elk oppervlak absorbeert een andere hoeveelheid straling omdat het albedo van dat oppervlak verschilt. De figuur hieronder frist je kennis vanuit de 2de graad op.

4.1.3 Ongelijke specifieke warmtecapaciteit

Zonlicht kan in water diep doordringen. De watermassa warmt dan maar traag op. Eens die opgewarmd is, kan het de warmte lang vasthouden. Op het land kan enkel de dunne bovenlaag het zonlicht absorberen. Dat warmt heel snel op, maar zal even snel weer afkoelen. Een grote landmassa kan in de zomer sneller hoge temperaturen bereiken, maar is ook veel kouder in de winter. Een grote watermassa bereikt in de zomer niet zulke hoge temperaturen, maar zal in de winter nog steeds zachte waarden laten optekenen. Ter vergelijking: de Rode Zee en de Perzische Golf halen in de zomer slechts 35 °C. De binnenlanden van Iran en Libië halen dan temperaturen boven de 50 °C.

Vergelijk de jaarschommeling tussen de temperatuur in het zeewater en de lucht in Oostende. Verklaar.

temperatuur van het zeewater

4.1.4 Ongelijke hoogte

De temperatuur van een plek daalt naarmate de hoogte toeneemt: zo’n 0,8 °C per 100 m. De afkoeling van de lucht vindt plaats volgens een adiabatisch proces. Dat betekent dat er geen warmteuitwisseling met de omgeving plaatsvindt. De luchtdruk verandert ook met de hoogte, waardoor de luchtdeeltjes meer plaats kunnen innemen (minder kunnen botsen) en dus afkoelen. Het verklaart waarom mensen vaak verkoeling vinden in berggebieden en waarom bergbeklimmers best aangepaste kledij dragen.

4.2 De ongelijke warmtebalans

Als gevolg van ongelijke instraling krijgen we een ongelijke warmtebalans. Het model hieronder zet de ongelijke straling uit volgens breedteligging. Andere factoren, zoals de aanwezigheid van gebergten, oorzaken voor albedo en de verhouding aan land en zee, zijn lokaal verschillend. Ze zijn hier dan ook niet in de afbeelding opgenomen. De ongelijke balans kan pas een evenwicht vinden als er warmtetransport plaatsvindt van plekken met een overschot naar plekken met een tekort.

Bestudeer de afbeelding hieronder en los de volgende opdrachten op.

• Kleur de zone rood waar een energieoverschot zal zijn.

• Kleur de zone blauw waar een energietekort zal zijn.

• Teken met pijlen het warmtetransport op de afbeelding.

breedteligging

Noordpool

60°

60°

stralingsintensiteit (Joule)

instraling door zon uitstraling door aardoppervlak

4.3 Temperatuurverschillen leiden tot warmtetransport

Warmtetransport is cruciaal om de energie van de zon te verdelen over de hele aarde. Zo wordt onze planeet op veel meer plaatsen leefbaar. Warmtetransport kan op drie manieren plaatsvinden:

1 via geleiding (conductie)

2 via straling (radiatie)

3 via stroming (convectie)

We bespreken de twee grote warmtetransporten in het oceaan-atmosfeersysteem:

• Winden zijn verantwoordelijk voor 60% van het warmtetransport.

• Zeestromingen zijn verantwoordelijk voor de resterende 40% van het warmtetransport.

WIST-JE-DAT

Toen de ontdekkingsreizigers hun oversteek van de Atlantische Oceaan wilden aanvatten, kwamen ze met hun zeilschepen vaak in de doldrums (stiltegordel) terecht. Nabij de evenaar is dat een strook waar weinig of geen wind waait aan het aardoppervlak, omdat de intense zonnestraling er vooral voor zorgt dat de lucht hoger in de atmosfeer klimt. Zeelieden dobberden soms wekenlang rond, terwijl hun drinkbaar water en voedselvoorraad slonken. Toen de stoomschepen de oceanen veroverden, hoefde niemand zich nog iets aan te trekken van de doldrums.

Toen Vasco Da Gama in 1497 van Portugal naar Kaap de Goede Hoop zeilde, wist hij al van zijn voorgangers Cão en Diaz dat het lastig zou zijn langs de zuidwestkust van Afrika, vooral in de bocht van Guinee omwille van de doldrums. Nog meer zuidwaarts volgde een constante ZO-tegenwind. Daarom koos hij voor een gedurfd manoeuvre. Eerst voer hij naar open zee, tot ca. 30 °S. Ongeveer vanaf daar konden ze dan met de westenwinden in de rug richting de kaap varen. De techniek noemde hij volta do mar. In 93 dagen gingen ze 9500 km vooruit, ongezien! Later volgden vele kapiteins Da Gama’s voorbeeld en werd de volta do mar de standaard zeilroute.

62

4.3.1 Warmtetransport via winden

Om uit te kunnen leggen hoe warmtetransport via winden verloopt, bouwen we een redenering op met modelvoorstellingen. Op het einde van de redenering kun je dan verklaren waarom de wind uit een bepaalde richting waait op een bepaalde locatie.

Onze atmosfeer ontsnapt niet aan de wetten van de zwaartekracht. De kolom lucht wordt aangetrokken door de aarde en oefent zo (lucht)druk uit. Aan het aardoppervlak is die luchtdruk 1013 hPa in normale omstandigheden. Als de ene luchtkolom boven een warm oppervlak hangt, zal de lucht daarin ook opwarmen en stijgen (convectie). De andere luchtkolom hangt over een koud oppervlak, zodat de lucht daarin net afkoelt en naar beneden zakt.

Teken dit met pijlen op de luchtkolommen.

Zo is duidelijk hoe een hoge- en lagedrukgebied kunnen ontstaan.

koud oppervlak warm oppervlak

hoogte in km H wind

L 10 5

Gebieden met stijgende lucht (waar een lagedrukgebied heerst) zuigen als het ware lucht aan van plaatsen waar lucht daalt. Op grote hoogte gebeurt het omgekeerde: zones met dalende lucht zuigen daar lucht aan van plaatsen met opgestegen lucht.

Duid aan hoe de winden waaien aan het oppervlak én op grote hoogte.

Markeer de juiste keuze bij de drie breedteliggingen.

H L H Zuidpool Noordpool evenaar 60° N 30° N 30° S 60° S

temperatuur = kouder / warmer luchtdruk = hoog / laag polair minimum / maximum

temperatuur = kouder / warmer luchtdruk = hoog / laag equatoriaal minimum / maximum

De luchtstromen die opstijgen vanaf de evenaar, kunnen de globe niet helemaal overbruggen tot aan de polen, o.m. omdat het land en het water niet gelijk verdeeld zijn op aarde. Lucht die aan de evenaar opsteeg, zal al weer dalen ter hoogte van de 30° breedtecirkel. Op die manier ontstaan op het noordelijk en zuidelijk halfrond drie circulatiecellen: de Hadleycel, de Ferrelcel en de polaire cel.

Door die drie cellen ontstaan grote banden met hoge- en lagedrukgebieden langs diverse breedtecirkels.

Schrijf op de juiste plaats de letter H en L. Probeer daarna de winden te tekenen tussen de drukgebieden, binnen elke circulatiecel. Test jezelf daarna door op de volgende pagina jouw antwoorden te vergelijken met het globaal circulatiemodel.

Schrap wat niet past.

• Van polen naar evenaar: de wind draait van een locatie met grotere / kleinere omtreksnelheid naar een locatie met een grotere / kleinere omtreksnelheid.

Gevolg: de wind blijft achter / waait voor. Er is dus een afbuiging naar het oosten / westen.

• Van evenaar naar polen: de wind draait van een locatie met grotere / kleinere omtreksnelheid naar een locatie met een grotere / kleinere omtreksnelheid.

Gevolg: de wind blijft achter / waait voor.

• Als je kijkt naar waar de wind waait, dan

• buigen de winden op het noordelijk halfrond altijd af naar rechts / links.

• buigen de winden op het zuidelijk halfrond altijd af naar rechts / links.

Omdat de aarde roteert, krijgen alle bewegende objecten aan het aardoppervlak te maken met de Corioliskracht die winden (lees: luchtmassa’s) afbuigt. Hoe ze precies afbuigen, hangt af van de omtreksnelheid op de plek vanwaar ze vertrekken. De afbeelding hiernaast toont het principe.

30°N

Hadley cell

0°

Hadley cell

30°S

globaal circulatiemodel

polar cell

60°N

60°S

polair maximum

subpolair minimum

subtropisch maximum

Hadley

Hadley

subtropisch maximum

subpolair

polar cell

Los de volgende opdrachten op bij de bovenstaande figuur.

• Zet een kruisje op de locatie van België.

• Wat is volgens het model onze courante windrichting?

Gebruik de windster in je atlas. Wat is de vaakst voorkomende richting in België?

Voor onze gebieden blijven twee drukgebieden vrijwel het hele jaar door op dezelfde positie in de Atlantische Oceaan. Zij bepalen dus de heersende winden en het bijbehorende klimaat:

• het Azorenmaximum (subtropisch maximum van de Azoren)

• het IJslandminimum (subpolair minimum van IJsland)

WIST-JE-DAT

De Britse meteoroloog George Hadley gaf zijn naam aan de circulatiecellen die het dichtst bij de evenaar te vinden zijn. William Ferrel gaf zijn naam aan de circulatiecellen tussen de 30ste en 60ste breedtegraad. Hij was een Amerikaanse meteoroloog die Hadley’s theorie over de atmosferische circulatie uitbreidde en verbeterde. Enkel de derde cellenreeks is genoemd naar zijn locatie: de polaire cel. De Hadley- en polaire cel zijn duidelijk herkenbare gesloten systemen, de Ferrelcel is een beetje minder goed zichtbaar en soms onderbroken door andere windrichtingen. De luchtcirculatie is er ingewikkelder en onregelmatiger. Het gevolg? Het weer op die breedtegraden varieert veel meer.

Genoeg modellen gebruikt. Nu kunnen we de werkelijke winden bestuderen.

Gebruik de atlaskaart ‘luchtdruk en winden’. Vaak is er eentje van januari en juli te vinden. Noteer de naam van de winden op de onderstaande locaties en tijdstippen. Verklaar daarna waarom die zo waaien.

Je antwoord is pas volledig als je iets zegt over drukgebieden en afbuiging.

LOCATIE EN TIJDSTIP

Mumbai in juli

Lima het hele jaar door

Hongkong in januari

NAAM WIND

VERKLARING VOOR DIE WINDRICHTING

4.3.2 Warmtetransport via oceaanstromingen

Je leerde al eerder in het hoofdstuk 1.1.3 (hydrosfeer) over de gigantische oceanische transportband: de globale thermohaliene circulatie.

Welke twee factoren bepalen de variatie in massadichtheid van het oceaanwater?

Al meerdere keren kwam in het nieuws dat deze globale transportband tot stilstand kan komen als gevolg van de klimaatverandering. Via de QR-code kun je enkele berichtgevingen hierover lezen.

Naast de thermohaliene circulatie zijn er nog diverse koude en warme oppervlaktestromen. Ook die zijn een gevolg van de verschillen in zonne-instraling. Sommige zeestromen, zoals de Golfstroom, maken deel uit van de thermohaliene circulatie of staan ermee in verbinding. In je atlas kan je hun ligging, stroming, temperatuur en naam raadplegen.

Ga op zoek naar een kaart in je atlas met de zeestromen op. Welke stroom vind je op de onderstaande locaties? Markeer de stroom blauw bij een koude zeestroom, rood bij een warme.

westkust van Zuid-Amerika

kust van Mozambique

kust bij Sydney

Afrika ter hoogte van de Kreeftskeerkring

4.3.3 Globale aardtemperatuur

Als gevolg van het natuurlijk broeikaseffect, halen we op aarde een globale temperatuur van 15 °C en geen -18 °C. Dankzij winden en zeestromingen wordt het warmteoverschot aan de evenaar afgevoerd naar hogere breedteliggingen.

Lokaal gezien bepalen de heersende zeestromingen en de variatie in windrichting mee de temperatuur van een gebied. Dat kan van dag tot dag verschillen. Het maakt deel uit van het weer op een bepaalde plek.

4.4 Temperatuurverschillen leiden tot verschillen in luchtvochtigheid

Volgens deze figuur kan water op drie manieren als waterdamp in de atmosfeer komen. Welke manieren zijn dat?

1

2 3

Als je de algemene waterkringloop bekijkt, is het al snel duidelijk hoe warmtecirculatie daar een rol in speelt.

4.4.1 Soorten luchtvochtigheid

Onder invloed van de zonnestraling verdampt voortdurend water uit zeeën, rivieren, meren, vochtige grond en zelfs vegetatie.

De totale hoeveelheid waterdamp in gram/m3 lucht op een bepaald moment is de absolute luchtvochtigheid (AV). Een bepaald volume lucht kan maar een beperkte hoeveelheid waterdamp bevatten. Hoe hoger de temperatuur, hoe meer waterdamp er in datzelfde volume lucht kan zitten. Bij een temperatuur van 15 °C kan 1 kg lucht maximum 10,7 g waterdamp bevatten. Er is een maximale hoeveelheid absolute luchtvochtigheid, voor elke temperatuur en luchtdruk. Als die hoeveelheid bereikt is, spreken we van verzadigde lucht.

Weerkundigen spreken echter liever over de relatieve luchtvochtigheid (RV). Het is de verhouding tussen hoeveel waterdamp er in de lucht zit en hoeveel er maximaal kan in zitten, naargelang temperatuur en luchtdruk.

absolute LV (g/m3)

maximale LV (g/m3)

Omdat relatieve luchtvochtigheid een verhouding voorstelt, drukken we ze uit in %. Als de RV 50% is, kan de lucht nog steeds bijkomend waterdamp opnemen. Pas als de RV 100% is, is de lucht verzadigd en treedt er condensatie op.

Condensatie in verzadigde lucht lukt enkel als er condensatiekernen aanwezig zijn. Dat zijn kleine stof- en roetdeeltjes in de lucht of vaste oppervlakken (ramen, gras, een spinnenweb …).

Waterdamp is onzichtbaar. Een wolk bevat minuscule waterdruppeltjes of ijskristallen, geen waterdamp. Pas als water of ijs zwaar en groot genoeg is om te vallen, produceert de wolk neerslag.

We kunnen de inzichten uit de voorbije hoofdstukken gebruiken om verbanden tussen temperatuur en neerslag zichtbaar te maken. We bouwen een oorzaak-gevolgketting met als startpunt een relatief koude zeestroom, zoals de Benguelastroom langs de kust van Namibië.

Zet de onderstaande stappen in de juiste volgorde door ze te nummeren van 1 tot 5.

minder

waterdamp in de atmosfeer

minder kans op neerslag

lagere, relatieve luchtvochtigheid relatief koud zeewater minder verdamping van zeewater

Gebruik de kaart van de wereldwijde jaarneerslag. Vrij snel vallen er grote gebieden op met extreem veel of weinig neerslag. Combineer dit met de globe van 4.3.1 (globaal circulatiemodel) om de tabel aan te vullen.

lagedrukgebied

hogedrukgebied

dalende lucht / stijgende lucht

dalende lucht / stijgende lucht

weinig of geen bewolking / meer kans op wolken en neerslag

weinig of geen bewolking / meer kans op wolken en neerslag

4.4.2 De intertropische convergentiezone (ITCZ)

In de buurt van de evenaar is een wolkenband die wereldwijd goed opvalt. De band ligt niet het hele jaar door op dezelfde plek, maar schuift mee met de seizoenen. Wolken wijzen op verhoogde luchtvochtigheid. Waar meer wolken zijn, kan ook meer neerslag vallen.

De wolkenband komt overeen met de intertropische convergentiezone (ITCZ), een denkbeeldige lijn waarlangs veel opstijgende lucht (relatief warm en vochtig) aanwezig is. Men noemt dit ook wel de doldrums, een windstille zone die een gevaar vormde voor de ontdekkingsreizigers (zie wist-je-datje van eerder).

Zoals je op de figuur kunt zien, volgt de ITCZ ongeveer dezelfde loodrechte zonnestand tussen de keerkringen. De horizontale afwijking is het gevolg van de verschillende aanwezigheid van land- en watermassa’s over de aardbol. Op het geanimeerde beeld van de wereldwijde vegetatie is het opschuiven van de ITCZ vooral goed te zien in Afrika: de groei van de vegetatie volgt immers de neerslagzone.

4.4.3 Extremen

noordelijke positie ITCZ

noordelijke positie ITCZ

evenaar

Er zijn meerdere factoren die een rol spelen bij extreme droogte.

Beschrijf de rol van deze factoren. Het kan zijn dat een factor op die locatie geen rol speelt. Dan vermeld je dat zo.

Tessalit (Mali)

Lat: 20° 12’ N • Long: 0° 59’ E • Hoogte: 494 m

• circulatiecellen en wind:

• zeestromingen:

• vegetatie:

Er zijn meerdere factoren die een rol spelen bij extreme vochtigheid. Beschrijf de rol van deze factoren.

Manaus (Brazilië)

Lat: 3° 8’ S • Long: 60° 1’ W • Hoogte: 72 m

• circulatiecellen en wind:

• zeestromingen:

• vegetatie:

4.4.4 Regenseizoenen

paaldorp in Cambodja in het droge moessonseizoen

paaldorp in Cambodja in het natte moessonseizoen

Duid de volgende aspecten op de onderstaande afbeeldingen aan:

• de ligging van de hoge- en lagedrukgebieden

• de heersende windrichting (met pijlen en bijhorende naam)

• welke wind er veel vochtigheid met zich meebrengt (voeg er regendruppels aan toe)

Onderzoek de ligging van New Delhi binnen India in de atlas. Let goed op het reliëf en de afstand tot de oceaan.

Beschrijf de neerslagverdeling in New Delhi.

New Delhi (India)

Lat: 28° 35’ N • Long: 77° 12’ E • Hoogte: 211 m

Daarbij komt dat het Himalayagebergte zodanig groot en hoog is, dat er een extra effect te merken is.

Wat is de totale jaarneerslag ten noorden van de Himalaya?

Bouw aan de hand van de afbeelding hieronder de oorzaak-gevolg ketting op, zodat je kunt verklaren waarom de jaarneerslag er zo laag is.

loefzijde

condenserende waterdamp

heersende wind

waterdamp

warm oceaanwater

neerslag

lijzijde

regenschaduw

droge, dalende lucht

WIST-JE-DAT

In Goa (India) valt op één maand tijd gemiddeld al meer regen dan in een heel jaar in België. De totale jaarneerslag in België in de periode 1961-1990 was 820 mm. India komt vaak in het nieuws door verwoestende overstromingen en landverschuivingen met vaak dodelijke gevolgen, zeker wanneer de moessonregens extreem zijn. In juni 1999 werd het nog extremer: toen viel er 1586 mm neerslag!

Natste maanden met bijhorend jaartal:

- mei 2006 989,3 mm

- juni 1985 1558,5 mm

- juli 1995 1388,6 mm

- augustus 1970 1209,6 mm

- september 1996 1014,5 mm

Op één dag, 30 mei 2006, viel bijvoorbeeld 346 mm neerslag. Die hoeveelheid was zes keer meer dan wat normaal in de hele maand mei valt in die regio.

Goa (India)

Lat: 15° 29’ N • Long: 73° 49’ E • Hoogte: 58 m

In 2019 kwam de natte moesson maar traag op gang. Tot eind juli viel er bijna geen regen. In augustus kregen sommige gebieden dan weer te veel regen op korte tijd te verwerken, wat leidde tot vernietigende overstromingen die 1500 mensen doodden en een veelvoud daarvan zonder huis achterliet.

4.5 Het weer

in West-Europa

Uit de vorige hoofdstukken hebben we enkele elementen nodig die ons toelaten om het weer in onze streken beter te begrijpen en te verklaren.

Beantwoord de volgende vragen met behulp van je atlas.

Hoe heet de oceaanstroming van de thermohaliene circulatie die West-Europa bereikt?

Waar liggen de drukgebieden die West-Europa beïnvloeden in het globaal circulatiemodel?

Wat is de heersende windrichting in West-Europa in:

• januari?

• juli?

Hoe verschilt de neerslaghoeveelheid in Europa van west naar oost?

Welk klimaat heerst er vooral in West-Europa?

Verklaar je antwoord op de vraag hierboven met behulp van de voorgaande vragen en de leerstof uit de twee vorige hoofdstukken.

4.5.1 Satellietbeelden en weerkaarten

Meteorologen baseren zich op metingen van weerstations en weerballonnen. Ze krijgen hulp van de ruimtevaart dankzij weersatellieten. Al die gegevens voert men in in computerprogramma’s die met wiskundige formules het weer proberen te voorspellen. Er zijn zoveel factoren om mee rekening te houden, dat het ons tot nu toe (soms) nog maar lukt voor een week op voorhand.

Meteosat is de belangrijkste weersatelliet voor West-Europa. Hij kijkt op twee manieren:

• visueel: informatie over het aardoppervlak in kleur (albedo)

• infrarood: informatie over de temperatuur van het aardoppervlak: van warmst (zwart) via alle tussenliggende grijstinten naar koud (wit)

Welk nadeel hebben visuele beelden, maar infrarode niet?

De combinatie van de twee beelden levert heel interessante informatie op over de aanwezige wolkenbanden.

visueel satellietbeeld

IR satellietbeeld

weerkaart

legende weerkaart isobaar 1020

positie van kern lagedrukgebied en centrum hogedrukgebied L H

koufront, punten geven bewegingsrichting aan

warmtefront, bolletjes geven bewegingsrichting aan

occlusiefront, symbolen geven bewegingsrichting aan

Er is een duidelijk verband te zien tussen de weerkaart en de satellietbeelden. Verschillende wolkenbanden vormen fronten. Er zijn drie soorten fronten: een koufront, een warmtefront en een occlusiefront. Tegelijk zien we al het verband tussen wolken en drukgebieden.

In de buurt van welk drukgebied is er geen of weinig bewolking?

In de buurt van welk drukgebied is er veel bewolking?

4.5.2 Drukgebieden bepalen aangevoerde lucht

arctisch

polair

polair

maritiem continentaal

tropisch

tropisch tropisch

Onderzoek via de QR-code welke hoeveelheden neerslag en welke temperaturen je mag verwachten bij de verschillende luchtsoorten die aangevoerd worden.

4.5.3 Hoe (hard) waait de wind?

Om te bepalen vanwaar de wind komt en hoe hard ze waait, gebruik je best de isobaren in de buurt van je locatie. Teken een pijl van H naar L, maar hou rekening met de aardrotatie. Op de kaart op de vorige pagina krijg je al een aanzet vanuit de drukgebieden.

Markeer de juiste keuze.

• Hoe dichter de isobaren bij elkaar liggen, hoe groter / kleiner het luchtdrukverschil over een bepaalde afstand en hoe groter / kleiner de windsnelheid.

• Rond een lagedrukkern waait de wind in wijzerzin / tegenwijzerzin naar de kern toe / van de kern weg. Bij een hogedrukgebied is dit andersom.

Teken hieronder hoe de lucht zich verplaatst tussen een hoge- en een lagedrukgebied in het noordelijk halfrond.

BELGIË

KUST NOORWEGEN

FAERÖER EILANDEN

4.5.4 Een frontale depressie over je heen

Als de wind luchtsoorten aanvoert met een verschillende temperatuur, dan kunnen die met elkaar botsen. Dan stijgt warme lucht vaak omhoog, waardoor een lagedrukgebied of depressie ontstaat. De relatief koude of warme luchten zullen niet vermengen omdat ze een verschillende dichtheid hebben. De contactzone heeft een abrupte overgang. Daar liggen storingen of fronten

Als koudere lucht beweegt in de richting van warmere lucht, ontstaat een koufront. De zware koude lucht schuift onder de warme lucht door. Ze jaagt de warme lucht snel de hoogte in. Een koufront is agressief: de weersverandering is vrij plots met snel opkomende bewolking op alle hoogtes (cumulus en cumulonimbus) die dreigend aanvoelt, en een snelle afkoeling van de temperatuur. Er kan veel en hevige neerslag vallen (stratocumulus), met kans op onweer of hagel (cumulonimbus). Hier gaan vaak rukwinden mee gepaard.

koude lucht

cumulonimbus

stratocumulus

stratocumulus

cumulus

cumulus

Als warmere lucht de koudere lucht probeert weg te duwen, spreken we van een warmtefront. De warme lucht zal veel meer in de hoogte wervelen, waardoor het vaak traag en rustig langskomt. Als de warme lucht stijgt, koelt ze wat af en kan ze minder waterdamp bevatten. Er treedt condensatie op en wolken vormen zich. Als een warmtefront nadert, zul je dat eerst zien aan hoge sluierwolken (cirrus), daarna aan middelhoge bewolking (cirrostratus en altostratus) en tenslotte aan lage bewolking (nimbostratus) waar neerslag uit valt. De neerslag is vaak (mot)regen en zal gestaag blijven vallen. Na de doortocht van het warmtefront zal de temperatuur lichtjes stijgen. We bevinden ons dan in de warme sector, waar het in eerste instantie toch nog zwaarbewolkt en nat blijft. Als de afstand tussen het warmte- en koufront groot genoeg is, komen er wel (eventjes) opklaringen.

cirrostratus

Eerder leerde je al dat een koufront vrij snel nadert en agressief kan zijn. Als een koufront een warmtefront inhaalt, dan vormen ze samen een occlusiefront. Voor een waarnemer aan het aardoppervlak lijkt het eerst alsof er een warmtefront nadert. Hoge sluierwolken (cirrus) kondigen dat aan. Maar al snel volgen daarna de buien en de wolken van laag tot hoog (cumulonimbus). Het warmtefront sleept dan niet meer over het aardoppervlak, maar wordt de hoogte ingestuurd.

WARME SECTOR

cumulonimbus

stratocumulus

cumulus

cirrus

cirrostratus

altostratus

altocumulus

nimbostratus

koude lucht

occlusiefront

koufront

warme lucht

warmtefront

koele lucht

BOVENAANZICHT

Het complete systeem van fronten rondom een lagedrukgebied noemen we een frontale depressie. Ze kunnen 1000 km per dag afleggen en verplaatsen zich vaak van west naar oost doorheen Europa. Het weer bij een frontale depressie is heel onstabiel en wisselvallig. Als er een groot luchtdrukverschil is tussen de kern van H en L, dan zal er ook een sterke wind waaien. We kunnen dan spreken van een stormdepressie. Via de QR-code hieronder vind je er meer nog meer beeldmateriaal over.

4.5.5 Geen wolkje aan de lucht

Vul de tabel hieronder aan voor België met behulp van de weerkaart en het satellietbeeld.

bewolking

neerslag wind (richting en snelheid) luchtdruk temperatuur (hou rekening met het seizoen)

Als we ons onder invloed van een hogedrukgebied bevinden, krijgen we doorgaans een stralend blauwe hemel. Kun je verklaren waarom? Maak een oorzaak-gevolg ketting en gebruik in je antwoord (minstens) informatie over de bewegingsrichting van de lucht, de temperatuur en de relatieve vochtigheid.

Het weer onder invloed van een hogedrukgebied is vaak stabiel en rustig. In de zomermaanden kan het heel warm zijn, maar in de winter kan het ook heel koud zijn. Hoe kan dat, telkens met een blauwe hemel? Verklaar met behulp van je eerder opgedane kennis.

4.5.6 Alles komt samen: het weer voorspellen

Met behulp van satellietbeelden, weerkaarten en eventueel ook weerberichten, ben je nu in staat om verbanden te leggen en te verklaren waarom het weer op een bepaalde plek zo is. Je kunt temperaturen die hoger of lager dan normaal zijn, windrichting en -snelheid verklaren en je kunt fronten interpreteren. Je kunt op basis van de weerkaarten ook beschrijven wat er ons te wachten staat in de komende uren.

Oefen dit. Kijk en luister regelmatig naar het weerbericht. Analyseer mee de kaarten die je er ziet. Test jezelf met het archief van de weerkaarten in Europa. Richt je blik op de atmosfeer!

Op reis!

Welke droombestemming staat op jouw verlanglijstje? Ooit al eens gedacht aan een vulkaanbeklimming op reis? Een eiland bezoeken midden in de oceaan?

Maak een toeristisch product over jouw droombestemming. Misschien wil je wel afreizen naar een van deze twee voorstellen?

het tropisch eiland Réunion in de Indische Oceaan de berg Fuji in Japan

Hieronder vind je enkele suggesties om een toeristisch product te maken.

• Voorspel het weer aan de hand van de meest recente weerkaart (te vinden via de QR-code).

• Zeg iets over de verwachte temperatuur, windkracht, windrichting, bewolking en neerslagkansen (lukt enkel binnen Europa).

• Maak een reisbrochure met veel fotomateriaal.

• Prijs de bestemming aan in een vlog.

Items die je aan bod kunt laten komen in een reisbrochure of vlog:

• In welk reliëf kan de toerist gaan wandelen?

• Hoe groot is de kans op aardbevingen of vulkaanuitbarstingen? Waren die er in het verleden? Kun je als toerist daar ook iets bezoeken in dit thema?

• Welk klimaat heerst daar? Zijn er extreme situaties in bepaalde periodes van het jaar?

• Welke speciale natuurlijke locaties kun je er bezoeken?

• Als er een zee of oceaan bij is, zal je er dan kunnen zwemmen? Waarom wel of niet?

• Geef wat suggesties mee in verband met kleding en andere handige zaken die zeker in je koffer moeten zitten.

STUDIEWIJZER

ik ken het!

Je kan wetenschappelijke denktechnieken (zoals herkennen van patronen, oorzaakgevolg relatie …) toepassen op een breed aanbod aan informatiebronnen (zoals foto’s, kaarten, grafieken, teksten ...) om zo complexe modellen als dat van de platentektoniek en de interacties in het oceaan-atmosfeer systeem te analyseren.

Je kan zowel de samenstelling als de gelaagde opbouw van de geosfeer en de atmosfeer uitgebreid toelichten.

Je kan voorbeelden van interacties binnen en tussen sferen beschrijven.

Je kan de geologische tijdschaal hanteren om belangrijke gebeurtenissen in de geschiedenis van het systeem aarde te plaatsen.

paginanummer

p. 20-21, 27-28, 42-48, 54-55, 61-65, 74, 84

p. 8-22

p. 18-20, 26, 37

p. 26, 30-33, 35-37

Je kan de verschillende gebeurtenissen betreffende het ontstaan en de evolutie van de sferen in het systeem aarde verklaren. Je past hierbij concepten van systeemdenken toe. p. 6-17

Je beschrijft uitgebreid processen als rugduwkracht, subductietrekkracht en slab suction die platentektoniek veroorzaken.

Je kan de gevolgen van platentektoniek, zoals vulkanisme, aardbevingen, het reliëf op land of de oceaanbodem, oceaanvorming ... verklaren aan de hand van het model van zeebodemspreiding.

Je kan verklaren hoe temperatuurverschillen kunnen ontstaan aan de hand van de ongelijke stralingsbalans.

Je kan verklaren hoe temperatuurverschillen resulteren in warmtecirculatie via wind- en zeestromen en de thermohaliene circulatie in de oceanen.

p. 44-48

p. 41-55

p. 57-59

p. 61-67

Je beschrijft hoe winden en zeestromen afbuigen als gevolg van de aardrotatie. p. 62-64

Je verklaart hoe warmtecirculatie in het oceaan-atmosfeersysteem leidt tot neerslag. p. 68-75

Je verklaart verschillende weersituaties in West-Europa aan de hand van de ligging van fronten en drukgebieden en de aanvoer van luchtsoorten.

Je combineert informatie op weerkaarten met die op infrarood- en visuele satellietbeelden in West-Europa om het weer op een bepaalde plaats te beschrijven aan de hand van bewolkingsgraad, neerslag, temperatuur, windkracht en -richting.

Je lokaliseert gebeurtenissen, plaatsen, patronen en processen in verband met platentektoniek en het oceaan-atmosfeersysteem op een passende kaart.

p. 76-84

p. 77, 83

p. 45, 47, 49, 51, 54-55

Colofon

Auteurs Dieter Vandamme, Tine Simoens, Marc Bellinkx, Solange Goossens, Kris Verbouw

Illustrator Martijn van der Voo

Eerste druk 2023

SO 2023/198

Bestelnummer 65 900 0718 (module 2 van 2)

ISBN 978 90 4864 598 5

KB D/2022/0147/116

NUR 126

Thema YPJT

Die Keure wil het milieu beschermen. Daarom kiezen wij bewust voor papier dat het keurmerk van de Forest Stewardship Council® (FSC®) draagt. Dit product is gemaakt van materiaal afkomstig uit goed beheerde, FSC®-gecertificeerde bossen en andere gecontroleerde bronnen.

Verantwoordelijke uitgever die Keure, Kleine Pathoekeweg 3, 8000 Brugge

RPR 0405 108 325 - © die Keure, Brugge

9 789048