Cosmos (9) De rusteloze aarde heeft het lot van het leven op aarde bepaald (deel 2)

De titel 'Rusteloze aarde' is een titel die ik zelf gegeven heb aan deel 9 van de serie Cosmos (er verschijnen geen titels in beeld in de documentaire). Uit het resterende gedeelte van deel 9 blijkt dat het een goed gekozen titel is. Hierbij het vervolg.

Dat zonlicht hier niet kan komen,
wil niet zeggen dat er geen licht is.

De Mid-Atlantic Ridge is de langste bergketen op aarde en is een harde aanwijzing van continental drift. Beneden 1000 meter in de oceaan is er geen zonlicht. Dat zou in principe leven onmogelijk maken. De hoogste bergen van de MA-Ridge steken 4 km boven oceaanbodem uit. En de Mariana trog is 10 km diep. De druk is daar enorm hoog, toch is er leven. Er wordt door dieren licht geproduceerd d.m.v. bioluminescentie [1] (zie foto). Ondanks het feit dat op grote diepte geen zonlicht is, en dus geen fotosynthese, is er toch veel leven, zelfs dieren [2]. De energiebron: chemosynthese (chemische energie). Dat proces vervangt hier fotosynthese als basis voor de voedselketen. Chemosynthese op basis van waterstofsulfide: schaaldieren eten bacterien, en die worden op hun beurt weer door grotere dieren gegeten.

Nog een voorbeeld van de rusteloze aarde: Hawai is door een vulkaan uitbarsting op de zeebodem ontstaan.

Nog een voorbeeld: het binnenste van de aarde is niet soliede en bewegingsloos.
Dat is een illusie omdat we zo kort leven. Het is een vloeibare hete massa. Wij leven op een afgekoelde, uiterst dunne, relatief stevige korst aan de oppervlakte.
De energie voor die beweging in de kern van de aarde is warmte overgebleven van de vorming van de aarde en radioactief verval.
Door die bewegelijke kern ontstaan er zo nu en dan aardschokken en aardverschuivingen. Die vinden niet plaats omdat iemand zich misdragen heeft en gestraft wordt, maar door willekeurige krachten van de aarde [3].

één van onze voorouders gedurende het Trias
(geen naam)

We zijn aangekomen in het TRIAS, 200 milj jaar geleden. Op het einde van het Trias is er weer een massa uitsterven (maar niet zo groot als vorige). Oorzaak (?): meteoriet inslag (Tyson noemt geen naam). Weinig dieren van meer dan 50 kg overleefden de meteoriet inslag van het late Krijt. (Tyson is niet duidelijk in benamingen van perioden, een plaatje van een tijdlijn zou geholpen hebben). Vermoedelijk bedoelt hij Cretaceous–Paleogene extinction event. Het gevolg:
maandenlang stoflaag in atomosfeer; de dinoasuariers stierven uit. Kansen voor andere, kleinere diersoorten: 'The Planet of the mammals'.

Weer een voorbeeld van de rusteloze aarde: 5,5 miljoen jaar geleden ontstaat de Middellandse Zee. Een gigantisch grote droge zoutwoestijn veranderde binnen een jaar in een zee. (niet de zondvloed: deze is niet waargenomen door mensen!). En tegelijkertijd aan de andere kant van de wereld: Noord- en Zuid Amerika dreven naar elkaar toe (landengte van Panama). Gevolg: andere zeestromen, en die beinvloeden weer het klimaat.
India was nog een eiland.
 
Verder: verdroging en afkoeling in Afrika, oerwouden maakten plaats voor graslanden. Toen leefden de voorouders van de mens nog in bomen, maar moesten zich aanpassen aan het leven op de savanne. Ze moesten op de grond leven temidden van roofieren. Ze liepen, of renden, op hun twee achterpoten (benen). Wij hebben ons bestaan misschien wel te danken aan geologische verschijnselen die klimaat en zeespiegel wijzigden.

Behalve de omstandigheden van de planeet Aarde zelf, hebben ook de andere planeten van ons zonnestelsel ons beinvloed. Venus en Jupiter deden de aardas hellen, en werd de baan van de aarde om de zon iets veranderd. Dit veroorzaakte periodieke ijstijden, of juist warmere Noordpoolzomers. Groeiend landijs betekent lagere zeespiegels en droogvallende kustgebieden. 10.000 jaar geleden kwamen de ijstijden en zeespiegelfluctuaties tot stilstand. De eerste civilisaties ontstonden in rivierdelta aan zee. Landbouw. Beschaving. En dat allemaal door geologische en planetaire krachten.

We kunnen nog 50.000 jaar verder met dit interglaciale tijdperk ... als we niet te veel CO2 dumpen door fossiele brandstoffen in hoog tempo te verbranden. Het
tempo ligt hoger dan klimaatveranderingen die vroeger tot massa uitstervingen leiden.

Tyson vergelijkt het leven op aarde met een estafette wedstrijd. Iedere generatie geeft het stokje door aan de volgende. Tot nu toe zijn alle hindernissen overwonnen! Het huidige leven heeft een zeer instabiele aarde overleeft: overstromingen, droogtes, hittes, ijstijden, vulkaanuitbastingen, zeespiegelstijgingen, continental drift, asteroïden, giftige gassen, smog, etc. 

Tyson: "De dinosauriërs zagen die asteroïde
niet aankomen. Wat is ons excuus?"

Ieder van ons maakt tijdens zijn leven zo'n 27.000 aardasomwentelingen mee en zo'n 75 baantjes rond de lokale ster [4], staande op een dunne aardkorst en ademend in een relatief dunne en kwetsbare atmosfeer. Alle dynamiek van de aarde is onverschillig ten aanzien van het leven. De rusteloze aarde heeft het lot van al het leven op aarde bepaald.

Dat we iets begrijpen van onze komaf is een grote prestatie van de mens. Waarom we hier zijn, begrijpen we pas goed als we naar het totaalplaatje kijken.

Postscript 29 mei 2014

In de Nature van donderdag 29 mei staat een interview met Neil deGrasse Tyson. Het blijkt dat de serie Cosmos in 181 landen en 45 talen uitgezonden wordt! Tyson was verrast door de grote belangstelling van journalisten en de blogosfeer. Op de vraag wat mensen er mee naar huis zouden kunnen nemen antwoord Tyson dat hij blij zou zijn als mensen door de serie anders naar de wereld om hen heen zouden kijken, en zouden begrijpen dat de wereld gekend kan worden door wetenschappelijke methodes en dat die methodes de beschaving hebben voortgebracht die we nu als vanzelfsprekend aannemen. Tyson vertelt hoe hij als 17-jarige Carl Sagan ontmoette en door hem aangemoedigd werd astronoom te worden. 

Noten
(De blogtekst is een zo goed mogelijke weergave van Cosmos, de noten zijn van mij)

1. Maar dat is geen gratis licht van de zon! Bioluminescentie kost energie!
2. Volgens mij GEEN zoogdieren!
3. Vroeger waren aardbevingen, etc. een straf van God, nu vinden de meeste moderne gelovigen dat niet meer. Maar wél dat God alle gruwelijkheden op aarde van de afgelopen duizenden en miljoenen jaren heeft laten passeren. Hopelijk helpt de serie Cosmos gelovigen een handje hun wereldbeeld te updaten: Download now the latest update of your worldview.
4. De getallen zijn van mij, het idee is van Tyson.

Vorige blogs over Cosmos:

1. 14 april 2014 Cosmos: A Spacetime Odyssey (1) Neil deGrasse Tyson
2. 22 april 2014 Cosmos: A Spacetime Odyssey (2) Evolutie
3. 29 april 2014 Cosmos (3): Newton en Halley. De opkomst van de natuurwetenschap
4. 30 april 2014 Cosmos (4) De ontdekking van het licht (Mozi, Ibn al-Haytham, Herschel, Fraunhofer)
5. 1 mei 2014 Cosmos (5) een telescoop is een tijdmachine (Michell, Herschel, Faraday, Maxwell, Einstein)
6. 2 mei 2014 Cosmos (6) The planet of the tardigrades
7. 20 mei 2014 Cosmos (7) Clair Patterson's zoektocht naar de leeftijd van de aarde en lood in ons milieu
8. 21 mei 2014 Cosmos (8) het classificeren van de sterren: Annie Jump Cannon, Henrietta Swan Leavitt, Cecilia Payne
9. 26 Mei 2014 Cosmos (9) de rusteloze aarde en massa uitstervingen

(de data zijn blog datums; afleveringstitels zijn van mij)

Cosmos (9) de rusteloze aarde en massa uitstervingen

In de 9e uitzending van Cosmos (11 mei 2014) zien we de rusteloze en steeds veranderende aarde en de atmosfeer, met een aantal bijbehorende massa uitstervingen van het leven op aarde. We maken kennis met een aantal onorthodoxe wetenschappers die een revolutie teweeg brachten in de kennis van onze aarde.

Tyson bij een fossiele boom

Gedurende het Carboon was er twee maal zoveel zuurstof in de atmosfeer dan nu [1]. Er zijn fossielen gevonden van reuzen insecten, waaronder de beroemde reuze libellen.
Waar komt al die zuurstof vandaan? Waarom was de zuurstofconcentratie toen zo hoog? Die zuurstof was afkomstig van bomen. Bomen werden mogelijk gemaakt door lignine dat de nodige stevigheid gaf om groot en hoog te worden. Tot dan toe waren er voornamelijk kruidachtige planten (?). Het 'nadeel' van lignine is dat het moeilijk verteerbaar is! [2]
Bacterien en schimmels konden lignine niet verteren, en termieten zouden pas over 100 miljoen jaar evolueren.
Dode onverteerbare bomen hoopten zich op in de grond, er ontstaan wereldwijd 'begraven bossen'.
 Bomen (net als alle planten) bestaan dankzij fotosynthese:

fotosynthese: zonlicht + water + CO2 ➞ glucose + zuurstof
verbranding: glucose + zuurstof ➞ water + CO2 + chemische energie

 

Verbranding is in feite fotosynthese in de omgekeerde richting: zuurstof wordt verbruikt en CO2 komt weer in de lucht. Het vergaan van dood plantmateriaal is verbinden met zuurstof. Maar, als bomen begraven worden zonder dat ze afgebroken worden (vergaan), dan verdwijnen de koolstofverbindingen (bijv. lignine, cellulose) in de bodem. En omdat er daarbij géén zuurstof verbruikt wordt, hoopt zuurstof zich op in de atmosfeer. Dat is volgens Tyson de verklaring dat 300 miljoen jaar geleden het zuurstofgehalte in de atmosfeer steeg. Zo had ik er nog niet tegenaan gekeken.

 

Deze berg is ontstaan door het leven dat floreerde in het Perm

 

Na het Carboon kwam het  Perm. In Siberië vonden lava erupties plaats gedurende honderden miljoenen jaren; de grootste en langdurigste vulkaan uitbarstingen aller tijden. Dat stootte enorme hoeveelheden van het broeikasgas CO2 uit met als gevolg klimaat opwarming (zie gastbijdrage serie van Nand Braam over Herman Philipse!).
Bomen waren ondertussen verandert in steenkoolafzettingen. De lava die vrijkwam bij de vulkaan erupties in Siberië verhitte de steenkool en dreef methaan en zwavelgas de grond uit. Er ontstond smog. Zwavelgas blokkeerde het zonlicht en verduisterde de planeet. Ongunstig voor plant en dier. Perioden van koude werden afgewisseld met hete jaren (broeikas). Dit waren té sterke klimaat schommelingen voor veel soorten. Bovendien begon methaanrijk ijs op de bodem van de oceaan te smelten. Het methaangas kwam vrij en kwam in de atmosfeer terecht. Het methaangehalte in atmosfeer begon te stijgen. Methaangas is een veel sterker broeikasgas dan CO2. Het klimaat werd nog warmer. Bovendien tastte methaan de ozonlaag  aan waardoor meer voor het leven schadelijk UV licht de aarde bereikte.
Er ontstond zuurstofgebrek in de zee, bijna alle soorten vissen stierven uit. Bacteriën floreerden en produceerden dodelijk waterstofsulfide (rotte eieren lucht!). Dit doodde bijna alle land- planten en dieren! Dit was de 'Great Dying' (Permian–Triassic extinction event). Het scheelde niet veel of al het leven op aarde was uitgestorven [3]. Het duurde lang voordat het leven zich hersteld had. In die tijd was de aarde de Planet of the Death.

220 miljoen jaar geleden bestond er een supercontinent, er was geen Atlantische oceaan die Amerika en Europa-Afrika scheiden [4]. Het ontstaan van de Atlantische oceaan was een ingrijpende verandering voor de aarde en het leven. Grappig is de opmerking dat de mensheid duizenden jaren niets geweten heeft van dat hele verhaal, omdat de sporen diep op de bodem van de oceaan verborgen lagen. Onwetende mensheid! 

In 1570 maakte de Vlaming Abraham Ortelius
de eerste moderne wereldatlas

In 1570 maakte de Vlaming Abraham Ortelius de eerste moderne wereldatlas. Het viel hem op dat de continenten aan beide kanten van de Atlantische oceaan in elkaar pasten, en suggereerde dat de continenten door aardbevingen en overstromingen uit elkaar zijn gedreven. Dat werd vergeten.

Alfred Wegener pakte de draad weer op.

Alfred Wegener had de overeenkomst van fossiele planten aan beide kanten van de Atlantische oceaan opgemerkt in de literatuur:

Het verbaase Wegener dat fossielen van een fossiele varen
aan beide kanten van de Atlantische Oceaan gevonden waren.

 

Nog opvallender was de vondst van identieke dinosauriërs aan beide kanten. Dit soort informatie werd door geologen verklaard door het aannemen van landbruggen waar de dieren over heen trokken (kennelijk in twee richtingen):

Begin 20e eeuw legden geologen de oversteek over
de oceanen uit door landbruggen

 

en die daarna weer verdwenen! Maar, dacht Wegener, waarom zou een bergketen doorlopen op een ander continent? En waarom zou je dezelfde aardlagen terugvinden in Brazilië en Zuid-Afrika? En: hoe konden tropische planten gebloeid hebben op de bevroren vlakten in het Noordpoolgebied? Wegener's verklaring was dat er ooit één supercontinent was geweest: Pangea. De meeste geologen maakten zijn theorie belachelijk. Hoe konden continenten door de soliede bodem van de oceaanbodem bewegen? Daar had Wegener geen antwoord op. Hij werd een excentriekeling (eccentric person, oddball, crackpot) op wetenschappelijke congressen. Hij verdween tijdens een Noordpool expeditie (zie het boeiende wikipedia verhaal). Hij heeft nooit geweten dat hij erkend zou worden als de grootste geoloog in de geschiedenis. 

"Wetenschappers zijn mensen met blinde vlekken en vooroordelen"

Marie Tharp, een vrouwelijke geologe werkte geduldig aan het in kaart brengen van de bodem van de Atlantische oceaan, maar werd niet voor vol aangezien door haar collega's. Zij ontdekte de Mid-Atlantic Ridge. Later bleek dat de locaties van aardbevingen op de oceaanbodem samen te vallen met de MA-ridge. De smoking gun van Wegener's continental drift. Een nieuwe wereld atlas kon gemaakt worden, nu inclusief de oceaanbodem. 

Dit is een boeiende en belangrijke uitzending, boordevol belangrijke inzichten die overduidelijk alles met evolutie te maken hebben. Maar ik ben nog maar op de helft! Morgen verder!
 

Noten

1. "The atmospheric content of oxygen also reached their highest levels in history during the period, 35% compared with 21% today." (wikipedia) dat is dus minder dan 2x zo hoog.
2. de vraag is: nadelig voor wie? kennelijk niet voor de bomen zelf! Als er een stof is die in het milieu terecht komt en niet verteerd kan worden door bv micro-organismen, dan is dat per definitie milieuverontreiniging! Lignine is dus het plastic van die tijd! Gisteren verscheen er een nieuwsbericht: The old adage in the pulp industry has been that one can make anything from lignin except money.". Dus: de industrie heeft nog steeds moeite met lignine! [27 mei 2014]
3. Dit weinig bekende gegeven weerlegt het idee van Gaia (Lovelock), dat het systeem aarde zichzelf in leven houdt en het klimaat binnen levensvriendelijke grenzen zou houden. En het is in strijd met creationisme, Intelligent Design en Theïstische Evolutie.
4. Zie deze animatie van het uiteengaan van N-Z-Amerika en Europa-Afrika. 

Vorige blogs over Cosmos

1. 14 april 2014 Cosmos: A Spacetime Odyssey (1) Neil deGrasse Tyson
2. 22 april 2014 Cosmos: A Spacetime Odyssey (2) Evolutie
3. 29 april 2014 Cosmos (3): Newton en Halley. De opkomst van de natuurwetenschap
4. 30 april 2014 Cosmos (4) De ontdekking van het licht (Mozi, Ibn al-Haytham, Herschel, Fraunhofer)
5. 1 mei 2014 Cosmos (5) een telescoop is een tijdmachine (Michell, Herschel, Faraday, Maxwell, Einstein)
6. 2 mei 2014 Cosmos (6) The planet of the tardigrades
7. 20 mei 2014 Cosmos (7) Clair Patterson's zoektocht naar de leeftijd van de aarde en lood in ons milieu
8. 21 mei 2014 Cosmos (8) het classificeren van de sterren: Annie Jump Cannon, Henrietta Swan Leavitt, Cecilia Payne

De data zijn blog datums, de titels van de afleveringen zijn van mij.

Cosmos (8) het classificeren van de sterren: Annie Jump Cannon, Henrietta Swan Leavitt, Cecilia Payne

Deel 8 van de serie Cosmos op National Geographic uitgezonden op zondag 4 mei. 

Het sterrenbeeld de Plejaden of Zevengesternte was al in de Oudheid bekend en er ontstonden mythen om hun ontstaan en betekenis te verklaren.
Pas een paar duizend jaar later ontdekten drie briljante wetenschappers de ware aard van de sterren.

Zij verlichtten het pad naar de moderne astrofysica

Astronoom Edward Charles Pickering huurde een groep vrouwen (in die tijd uniek) in om het arbeidsintensieve werk van het classifiseren van sterren uit te voeren. Het hoofd van het team was Annie Jump Cannon (ze was doof geworden door roodvonk [1] in haar jeugd), ze classifiseerde een kwart miljoen sterren! Een andere vrouw in het team Henrietta Swan Leavitt (ook doof) ontdekte een wet die nog steeds geldt in de astronomie. Sterren werden geclassifiseerd op basis van spectraallijnen. De Britse Cecilia Payne [2] voegde zich bij het team. Later legde ze het verband tussen het spectrum van een ster en hun temperatuur. Ze ontdekten dat sterren een miljoen keer meer waterstof en helium dan metalen bevatten. Dit revolutionaire resultaat werd niet geaccepteerd door het astronomie establishment. Haar proefschrift wordt achteraf beschouwd als het meest briljantste ooit in de astronomie.

Onze eigen zon

Over 4 - 5 miljard jaar is de kern van de zon zo heet
dat Helium gaat fuseren tot Koolstof en Zuurstof.

Over een miljard jaar is onze zon 10% feller dan nu. Met grote gevolgen voor de aarde. Op het einde van haar levensloop fuseert Helium in de kern van de zon tot Koolstof en Zuurstof [3]. De zon wordt een 'rode reus'. Het leven op aarde wordt dan onmogelijk. Hopelijk is het (intelligent) leven dan gemigreerd naar andere planeten (!) zegt Tyson. Uiteindelijk wordt de zon een 'witte dwerg'. Niets is er over gebleven van de aarde en het leven op die planeet.

Het lot van andere sterren is zeer divers en afhankelijk van hun eigenschappen.

Aboriginals in Australië (met zijn heldere nachten) zagen een emu in de donkere plekken tussen de sterren van het melkwegstelsel:

Aboriginals zagen een emoe in de melkweg

Carinanevel: 'een machine die sterren maakt'. Eta Carinae heeft de maximale omvang die een ster kan bereiken. Hypernova.

De mens en zijn artefacten bestaan uit sterrenstof (stardust):

• silicium in het gesteente
• zuurstof in de lucht
• koolstof in ons DNA
• ijzer in onze wolkenkrabbers
• zilver in onze sieraden

Deze aflevering vertelt de geschiedenis van de astronomie door middel van de personen die belangrijke ontdekkingen deden, vaak onder moeilijke omstandigheden. Een belangrijk bestanddeel van het verhaal zijn de animaties die historische figuren tot leven wekken. Zodoende is de uitzending geen droge opsomming van feiten. Verder ook computersimulaties van astronomische verschijnselen.

Ik zie nog 5 wetenschappelijke adviseurs op de aftiteling van deze aflevering.

Noten

1. Roodvonk (scarlet fever) is tegenwoordig te bestrijden met antibiotica. Door haar doofheid kon ze moeilijk sociale contacten leggen en is ze nooit getrouwd en had geen kinderen (dit is een voorbeeld van natuurlijke selectie in actie: geen kinderen. Tenminste, als er variatie in erfelijke weerstand tegen roodvonk is. Ook seelctie via gevaren en risico's die doofheid anderszin kan opleveren)
2. In Engeland mochten vrouwen in 1923 geen wetenschappelijke graad behalen, daarom kwam ze naar Amerika. 
3. De zuurstof en koolstof die wij op aarde hebben is niet afkomstig van onze zon. Die ontstaan pas over 4 -5 miljard jaar op het einde van de levensloop van de zon. Helium heeft zich in de kern opgehoopt; de kern stort in totdat deze heet genoeg is om Hleium tot Zuurstof en Koolstof te laten fuseren. De kern is dan heter dan ooit. Daarna wordt de zon een rode reus. etc. Dit is het verhaal van Tyson. [22 mei nav vraag Cor]
   

Vorige blogs over dit onderwerp:

1. 14 april 2014 Cosmos: A Spacetime Odyssey (1) Neil deGrasse Tyson
2. 22 april 2014 Cosmos: A Spacetime Odyssey (2) Evolutie
3. 29 april 2014 Cosmos (3): Newton en Halley. De opkomst van de natuurwetenschap
4. 30 april 2014 Cosmos (4) De ontdekking van het licht (Mozi, Ibn al-Haytham, Herschel, Fraunhofer)
5. 1 mei 2014 Cosmos (5) een telescoop is een tijdmachine (Michell, Herschel, Faraday, Maxwell, Einstein)
6. 2 mei 2014 Cosmos (6) The planet of the tardigrades
7. 20 mei 2014 Cosmos (7) Clair Patterson's zoektocht naar de leeftijd van de aarde en lood in ons milieu