Wat is de biosfeer?
De biosfeer – de sfeer van het leven – werd in 1875 genoemd door Eduard Suess, maar pas in de jaren twintig van de vorige eeuw volledig beschreven als concept door Vladimir Vernadsky. De biosfeer bestaat uit biomen, of biofysische zones, die gevuld zijn met vele ecosystemen. Elk ecosysteem bestaat uit een complex geheel van soorten die zijn aangepast aan de heersende omstandigheden, van onder de oceaanbodem, tot aan het landoppervlak, tot boven de hoogste bergen. Het omvat levensvormen variërend in grootte van microscopisch kleine bacteriën tot de reusachtige blauwe vinvis. De biosfeer, die al miljarden jaren bestaat, is in het geologische verleden door vijf massa-extincties getroffen en wordt nu geconfronteerd met existentiële bedreigingen voor de soortenrijkdom als gevolg van menselijke activiteiten.
Hoe werkt de biosfeer?
Tijdens de evolutie van het leven op aarde, van primitieve organismen tot het huidige stel, hebben alle levensvormen manieren gevonden om energie te verkrijgen, voedingsstoffen te verwerven om organische moleculen op te bouwen, en zich voort te planten. Zonne-energie wordt opgevangen door fotosynthetiserende organismen, autotrofen of producenten genoemd, die zonne-energie kunnen gebruiken om anorganische moleculen om te zetten in organische moleculen – de bouwstenen van het leven. Deze organische moleculen slaan energie op en worden geconsumeerd door andere, niet-fotosynthetische organismen, de heterotrofen of consumenten genoemd. Dit schijnbaar eenvoudige proces – gras wordt bijvoorbeeld gegeten door herten – heeft miljarden jaren nodig gehad om zich te ontwikkelen. Door het evolutieproces diversifiëren soorten zich om de beschikbare bestaansmogelijkheden in te vullen, waardoor een steeds veranderende verzameling planten en dieren ontstaat die te vinden is in de biomen van de aarde, van toendra’s tot regenwouden.
Diversiteit van leven
Koraalrif in Papoea-Nieuw-Guinea. Koraalriffen worden ook wel het regenwoud van de oceaan genoemd vanwege de overvloed aan leven die erin voorkomt. In totaal zijn er 90.000 unieke soorten mariene planten en dieren in koraalriffen geïdentificeerd.
Het leven is alomtegenwoordig op aarde, maar de biologische productiviteit varieert sterk van woestijnen tot regenwouden. Ongeveer 1,9 miljoen soorten zijn benoemd, maar er zijn naar schatting vijf tot dertig miljoen of meer soorten die de biodiversiteit van de aarde vormen. Veel van de niet-geïdentificeerde soorten komen voor op bijzonder moeilijk bereikbare plaatsen, zoals de Antarctische oceaan, of extremofielen die leven op plaatsen waar het intens heet, koud of zuur is. Onder de grond en onder de zee wemelt het van de duizenden, zo niet miljoenen verschillende organismen, waarvan er vele niet geïdentificeerd zijn omdat er gewoon niet genoeg tijd en aandacht is geweest om al deze kleine levensvormen uit te zoeken.
Phytomassa, of de massa van planten, wordt geschat op zo’n 500 tot 800 GtC (miljard ton koolstof). Schattingen van de massa van heterotrofen worden gedomineerd door grote onzekerheden met betrekking tot de massa van organismen die in de bodem leven, diep onder de bodem, en in oceaansedimenten. Prokaryoten, eenvoudige organismen zonder kern (bacteriën en archaea), alleen al kunnen qua massa gelijk zijn aan die van planten. Andere heterotrofen op het land en in de oceanen dan prokaryoten hebben een relatief klein aandeel in de totale massa. De totale massa van de biosfeer wordt geschat op meer dan 1 TtC (biljoen ton C) en misschien wel 4 TtC.
Regenwoud in Blue Mountains, Australië. Een groot deel van de biodiversiteit van de wereld is te vinden in de regenwouden die over de hele wereld verspreid liggen. Ondanks het vitale belang van regenwouden voor het menselijk leven en het aardsysteem als geheel, worden ze voortdurend bedreigd door mensen die deze met leven verzadigde bossen inpalmen voor landbouw en andere doeleinden.
Hoe verandert de biosfeer?
Het aantal soorten op aarde verandert op elk moment door het evolutieproces. In de loop van de geologische tijd zijn er meer soorten uitgestorven dan er nu bestaan. Een dramatisch voorbeeld van deze verandering zijn de uitstervingen in het verleden. Paleobiologen en geologen hebben in het geologisch archief bewijsmateriaal bijeengebracht van vijf massa-uitstervingen die de biodiversiteit op aarde hebben teruggebracht tot een deel van haar volledige potentieel. Een opmerkelijk voorbeeld is de massa-extinctie 65 miljoen jaar geleden die samenviel met het einde van het tijdperk van de dinosauriërs.
Een abrupte verandering in de fysische en chemische factoren die fundamenteel zijn voor het leven zijn de sleutel tot massa-extincties. Na elke massa-extinctie herstelt de diversiteit van het leven zich langzaam om de beschikbare ruimte in het milieu van de aarde te vullen. Dit proces kan miljoenen jaren van evolutie in beslag nemen.
Mogelijke oorzaken voor massa-extincties in het verleden zijn massale en aanhoudende vulkaanuitbarstingen en inslagen van kometen en/of asteroïden – beide veroorzaken een consequente verandering van de atmosfeer door het opgestegen puin dat inkomend zonlicht blokkeert. Aanhoudende of zeer snelle klimaatveranderingen en veranderingen van het zeeniveau zijn ook mogelijke verklaringen voor massale uitstervingen in het verleden.
Sinds de laatste ijstijd is de menselijke activiteit, waarbij het landgebruik is veranderd, een dramatische factor geweest in de verstoring van de habitat van soorten. Zo wordt ongeveer 35% van het ijsvrije land gebruikt voor menselijke landbouw, en als gevolg van deze uitbreiding worden soorten gedwongen in omgevingen te leven waarin zij slecht kunnen overleven. Sinds de industriële revolutie heeft de menselijke activiteit de lucht- en waterkwaliteit gewijzigd en een verandering van het klimaat teweeggebracht. Deze factoren, naast de veranderingen in landgebruik, beïnvloeden de biodiversiteit op complexe wijze. Veel wetenschappers beschouwen het huidige tijdperk als een zesde massa-extinctie. Een schatting van het uitsterven als gevolg van toekomstige klimaatverandering (naar verwachting tussen 3,6 en 5,4 graden F), in combinatie met andere menselijke invloeden op de biodiversiteit, komt erop neer dat 20 tot 30 procent van de vandaag bekende soorten verloren zou kunnen gaan, samen met de ecosysteemdiensten die zij leveren.
JOURNAL ACTIVITY
Materialen: Notitieboek, papier en potlood of een speciaal computerbestand waarin je je werk kunt bewaren.
- Kies een of meer van de Biosphere-vragen.
- Opschrijven of schetsen van je antwoorden op basis van je eigen begrip, zonder iets op te zoeken.
- Vraag een familielid, vriend(in) of leraar dezelfde vraag (vragen) en schrijf hun antwoorden op of schets ze.
- Wat zijn de gemeenschappelijke ideeën in de antwoorden die je hebt verzameld? Schrijf de gemeenschappelijke thema’s/ideeën op of schets ze.
- Bedenk je eigen strategie om dieper te graven (vraag het een wetenschapper, bekijk websites van universiteiten en overheidsinstellingen zoals NASA en NOAA, ga naar de bibliotheek, ontwerp en voer een experiment uit, enzovoort) totdat je tevreden bent dat het antwoord voor jou zinvol is.
- Samenvatten wat bekend en onbekend is over het onderwerp van de vraag (vragen). Noteer ook welk bewijs er is ter ondersteuning van wat bekend is en hoe het bewijs werd verkregen.
- Beoordeel het antwoord dat je hebt bedacht op een schaal van 1 tot 10, waarbij 1 zwak is met veel onzekerheid en 10 perfect.