Cosmos (12) Het kwetsbare klimaat van planeet Aarde

Venus is een paradijs geweest met oceanen en misschien leven. Toen ging het mis. Het werd een hel. De oceanen zijn miljarden jaren geleden verdampt naar de ruimte. Het oppervlakte is heet genoeg om lood te smelten. Het verschil tussen hemel en hel is een kwetsbaar evenwicht. Veel kwetsbaarder dan je zou denken. 

De atmosfeer van Venus bestaat nu uit een dichte mist van zwalvelzuur dat bijna alle zonlicht tegenhoudt. Het beetje zonlicht dat er doorheen komt wordt binnen gehouden door CO2 in de atmosfeer. Maw: het broeikas effect (greenhouse effect).

Venus en aarde begonnen met evenveel koolstof!

Belangrijk: Venus en de Aarde begonnen met dezelfde hoeveelheid koolstof. Op Venus zit nu vrijwel alle koolstof in de atmosfeer. Op aarde is het meeste koolstof opgeslagen in carbonaatgesteente zoals de beroemde krijtrotsen van Dover (Engeland). Dat hebben eencellige algen op de bodem van de oceaan afgezet. Het CO2 is opgelost in de oceanen en is afkomstig van vulkanen. Later heeft de rusteloze aarde die enorme krijtlagen omhoog geduwd. Ook zijn koraalriffen met CO2 gebouwd. Het resultaat was dat er maar uiterst lage concentraties CO2 overbleven in de atmosfeer van de aarde. Minder dan 3 moleculen CO2 per tienduizend moleculen of: 300 per miljoen. Zonder CO2 zou de aarde bevroren zijn. En met de dubbele hoeveelheid, 600 per miljoen moleculen CO2, wordt het klimaat onaangenaam heet.

Daarom is het op Venus zo'n hel en is er geen leven mogelijk

 

Op Venus bleef het CO2 uit vulkanen zich ophopen in de atomosfeer omdat er geen oceanen waren die het op konden vangen. Op aarde loste het CO2 op in de oceanen.

Chemicus-oceanograaf Charles Keeling heeft zich verdienstelijk gemaakt door CO2 gehalte in de lucht te meten (1958). Hij ontdekte dat het CO2 gehalte was gestegen vanaf de opkomst van de landbouw. Bewijzen zijn gevonden in diepe ijslagen in Groenland en Antarctica. Het CO2 gehalte is nu 40% hoger dan vóór de industriële revolutie. Greenhouse effect, broeikas effect: it's all just basic physics. Een klein beetje broeikas is goed, te veel is rampzalig.

Zijn vulkanen de oorzaak van gestegen CO2 gehalte? Alle vulkanen bij elkaar stoten 500 miljoen ton CO2 uit. Maar dit is nog geen 2% van wat de mens jaarlijks uitstoot (30 miljard ton)! Die hoeveelheid komt overeen met de hoeveelheid kolen, olie en gas die de mensheid verbrandt. Bovendien is vulkansich CO2 fysisch te onderscheiden van ons industrieel CO2. We hebben de pech dat de energiebron (fossiele brandstoffen) van onze wereldeconomie toevallig broeikasgas eigenschappen heeft. Zichtbaar maken van CO2 in de lucht zou helpen om ons te overtuigen!

In 1896 de wetenschapper Arrhenius al dat  een verdubbeling van de CO2 het ijs op Antarctica zou smelten.
Guy Calendar verzamelde in 1938 bewijsmateriaal dat zowel CO2 als de gemiddelde temperatuur stegen.
Carl Sagan (de bedenker van de serie Cosmos) berekende in 1960 in zijn proefschrift voor het eerst het runaway broekasteffect op Venus.
Tyson legt uit waarom we het klimaat kunnen voorspellen maar niet het weer op iets langere termijn (10 dagen).
Wat maakt het uit als Noordpool ijs smelt? IJs reflecteert zonlicht, water absorbeert zonlicht en wordt warmer, waardoor meer ijs smelt, waardoor meer water zonlicht kan opvangen. Ma.w.: een moeilijk te stoppen positieve feedback loop.
Permafrost herbergt genoeg koolstof om het CO2 gehalte in de atmosfeer te verdubbelen. Als het ontdooit komt dat vrij.

Komt klimaatopwarming door verhoogde activiteit van de zon? Nee, de feiten wijzen uit dat de zon niet de oorzaak van opwarming is.

In 1978 construeerde Augustine Mouchot de eerste zonnecollector. Deze zette opgevangen zonnewarmte om in beweging. Mouchot kreeg erkenning maar steenkool werd zo goedkoop dat niemand meer belangstelling had voor zonne-energie.
In 1913 bouwde de Amerikaan Frank Shuman in Egypte een zonnecollector die een stoommachine aandreef. Het was een overweldigend succes. Zijn energieopwekking was goedkoper dan kolen. Maar met de opkomst van goedkope olie had niemand meer belangstelling.

Bemande ruimtevaart (Apollo project) gaf voor het eerst een blik vanuit de ruimte op onze aarde. Dit onthulde dat we allemaal op het oppervlakte van een bol leven, waarbuiten we niet kunnen leven. We zitten allemaal in hetzelfde schuitje. Als dat bootje zinkt, gaat iedereen ten onder.

Blik op planeet aarde: een neven-effect van het Apollo project

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 ;
   27 mei 2014 Cosmos (9) De rusteloze aarde heeft het lot van het leven op aarde bepaald (deel 2)
10. 4 juni 2014 Cosmos (10) Michael Faraday legde de basis voor de moderne natuurkunde en communicatietechnieken
11. 5 juni 2014 Cosmos (11) Zal de menselijke beschaving overleven?

(De data zijn blog datums. De titels van de afleveringen zijn van mij)

Cosmos (11) Zal de menselijke beschaving overleven? Panspermia

Must we die? 
Zal de menselijke beschaving overleven?

De uitvinding van het schrift gaf mensen de mogelijkheid gedachten door te geven naar toekomstige generaties. Op die manier worden mensen onsterfelijk.

Koningin Enheduanna 3000 jaar voor Chr. schreef teksten en ondertekende die voor het eerst in de geschiedenis met haar eigen naam. ("Regarded by literary and historical scholars as possibly the earliest known author and poet").
Gilgamesj zocht naar onsterfelijkheid, wijsheid, en reisde over de hele wereld, bouwde een ark om een grote watersnoodramp te overleven en nam dieren mee. Het verhaal lijkt als twee druppels water op het verhaal dat 1000 jaar later in Genesis terecht kwam als het verhaal van Noach en de ark. Gilgamesj is in die zin onsterfelijk geworden omdat wij zijn verhaal nog steeds lezen.

Ontstaan van het leven

Ieder van ons heeft een boodschap uit het verleden in zich: DNA met 4 letters en woorden van 3 letters. Deze boodschap gaat uiteindelijk terug naar 3 miljard jaar geleden. "Hoe die oorspronkelijke boodschap is ontstaan weet niemand". Tyson legt uit dat de oorsprong van het leven niet bekend is. Het zou ontstaan kunnen zijn op de zeebodem rond een vulkaan. Of het leven is uit het heelal gekomen liftend op een komeet.
Nakhla meteoriet [1] kwam in juni 1911 in  Egypte terecht. Toen wetenschappers de gassen van de meteoriet analyseerden

 

Perfect match tussen atmosfeer van Mars
en de gassen in de Nakhla meteoriet

 

vonden ze een treffende gelijkenis van de gassen in de atmosfeer van Mars en in de Nakhla meteoriet (zie plaatje). Conclusie: de meteoriet kwam van Mars! Zo'n steen kan miscroscopisch kiemen van leven bevatten.

Panspermia  

We weten dat sommige microben in de ruimte kunnen overleven. Sommigen hebben anderhalf jaar in het ruimtestation ISS doorgebracht en zijn blootgesteld aan extreme temperaturen, vacuüm en straling. Sommigen waren nog levend toen ze terug naar de aarde gebracht werden. Tyson: als micro-organismen dat kunnen overleven kunnen ze misschien ook wel een reis met een meteoriet overleven en zo van Mars naar de Aarde getransporteed worden. Tyson vertelt dat de jonge aarde gedurende Late Heavy Bombardment gesteriliseerd zou moeten zijn, maar dat er tussen die periodes toch leven aanwezig geweest moet zijn. Omdat de aarde herhaalde malen gesteriliseerd is geweest in die tijd, kan het haast niet anders dat bacterieën in meteorieten afkomstig van Mars of Venus naar de aarde gebracht zijn [2]. In dat geval zou het leven op aarde niet steeds na iedere ramp opnieuw ontstaan hoeven zijn.

Waarom kunnen sommige bacterieën op aarde de straling en vacuüm zoals in de ruimte verdragen? Misschien omdat ze afstammen van 'ruimtereizigers' [3]. Tyson gaat zelfs nog verder door uiteen te zetten dat leven getransporteerd zou kunnen zijn tussen verschillende planetenstelsels. Het leven zou zich door het hele Melkweg stelsel hebben kunnen verspreiden.

"This could be how life came to Earth. We do not know for sure".

Buitenaardse beschavingen

Over het zoeken naar buitenaards intelligent leven door radiosignalen te scannen. Tot nu toe nog niets gevonden. Maar we hebben onze antennes misschien de verkeerde kant op gericht en signalen gemist. Of het zijn geavanceerde signalen die wij niet kunnen detecteren. Of: buitenaardse beschavingen hebben maar kort bestaan. Dit moet ook met beschavingen op onze eigen aarde gebeurd zijn. De beschaving van Enheduanna is verdwenen door onverstandig gebruik van natuurlijke hulpbronnen (water), droogte, oorlog. In die tijd hadden de mensen het niet door: ze ervaarden plotseling klimaatverandering en schreven het toe aan boze goden. Drieduizend jaar later maakte de Maya beschaving in Midden-Amerika ook een plotselinge klimaatverandering mee: droogte periodes van bijna een eeuw lang.

Op haar hoogtepunt stierf de Maya beschaving uit.

Zal de huidige globale menselijke beschaving overleven? De risico's zijn:

• supernova explosite dichtbij genoeg om onze beschermende ozonlaag weg te vagen. De komende paar honderd miljoen jaar zijn er geen te verwachten in onze buurt.
• supervulkaan uitbarsting eens in de miljoen jaar. De laatste was Toba 74.000 jaar geleden op Sumatra; de grootste vulkaan uitbarsting allertijden [4]. Gevolg: een globale mist die zonlicht verduisterde gedurende 5 jaar lang. Planten en dieren bevroren zelfs in de tropen. De menselijke bevolking werd gedecimeerd.
• iedere miljoen jaar komt er een asteroïde op de aarde terecht
• nieuwe dodelijke besmettelijke ziektes [8]
  
• zichzelf vernietigende beschavingen gericht op korte termijn winst en geen oog voor de lange termijn

Als de huidige menselijke beschaving die ene unieke, karakteristieke eigenschap, intelligentie, ten volle benut, kunnen we nog duizenden jaren overleven.

Wij hebben de pech dat we rondjes draaien om een ster die al op de helft van zijn levensduur is. Maar rode dwergen (red dwarfs) sterren hebben een levensduur van een triljoen jaar ( trillion year; 10^12 of: 10^18 jaar [5]) en de planeten die daar om heen cirkelen hebben ruim de tijd om (super-)intelligent leven te ontwikkelen.

Toekomst van het universum

• over 5 miljard jaar heeft onze zon alle waterstof (H) opgebruikt en wordt een rode reus (red giant)

Tegen die tijd zal de mensheid hopelijk verhuisd zijn naar andere planeten of ruimteschepen! [6], [7]

Noten

1. In de Nakhla meteoriet werd koolstof, en microscopisch kleine structuren aangetroffen die op bacterieën leken, en aminozuren. Dit werd niet algemeen aangenomen als bewijs voor leven op Mars. Koolstof is het vierde meest algemene element in de cosmos.
2. De theorie heet panspermia. Tyson vertelt dat verhaal alsof het algemeen wordt aangenomen door wetenschappers. In ieder geval niet door biologen. Waarom zou leven op Mars wel soortgelijke bombardementen overleefd hebben en het aardse leven niet? De jonge planeet Venus leek op de aarde en zou leven gehad kunnen hebben. Het grootste probleem van panspermia is dat je wel organismes kunt transporteren van de ene naar de andere planeet, maar organismes zijn aangepast aan de omstandigheden van de lokale planeet (voedsel, energie, temperatuur, atmosfeer, concurrenten) die helemaal niet hetzelfde hoeven te zijn als op de aarde. Bijvoorbeeld tijdens het ontstaan van leven op aarde was de aarde zuurstofloos. Buitenaardse bacterieën die van zuurstof afhankelijk zijn maken dus al geen kans. Zie ook: Energy at life's origin in: Science 6 juni 2014. Daaruit blijkt dat het eerste leven op aarde misschien diep op de oceaanbodem ontstond (hydrothermal vents) en gebruikt maakte van H2 ipv O2.
3. Dit is heel zwak bewijsmateriaal. Fred Hoyle had dit al beweerd in 1983 maar dat is weerlegd. Zie mijn review Fred Hoyle's The Intelligent Universe, interne noot [21] en eindnoot 7. Mijn bezwaar is dat Tyson dit verhaal brengt zonder alternatieve, en meer plausibele verklaringen te melden. En als alle leven op aarde van buitenaardse bacterieën af zou stammen dan zou alle het leven op aarde daar sporen van moeten dragen, en niet alleen maar één bacterie.
4. Interessant detail: De Toba-catastrofetheorie stelt dat de evolutie van het menselijk ras in belangrijke mate is beïnvloed door een uitbarsting van de vulkaan Toba (wiki). (leuk voor fine tuners!)
5. De vertaler-ondertitelaar vertaalt 'trillion' met miljard, wat in ieder geval fout is.
6. Géén vermelding van: 'The Five Ages of the Universe' of: 'Heat death of the universe'.
7. Op de aftiteling zie ik: Scientists: Andre Bormanis (Star Trek advisor!), Jonathan I. Lunine (Planetary Scientist), Ward Wheeler (American Museum of Natural History), Brandon Fibbs (research coordinator: Carl Sagan Took My Faith — and Gave Me Awe) dat artikel is zeer de moeite waard!
   Aflevering 12: Matthew Siegler (NASA); Donald Goldsmith (astronoom en auteur); Cathy Trentalancia (historisch onderzoek, werkte ook aan de originele Sagan serie); Robert Oltra (research coordinator). Interview: "Several passages in the new series focus on scientists whose research faced opposition from governments and religious institutions. ... Druyan said other networks wanted to “edit out the uncomfortable parts” from Cosmos.".
8. Naschrift Feb 2022: inderdaad: er is in decmeber 2019 een (dodelijke) besmettelijke pandemie uitgebroken: SARS-CoV-2 / covid-19. Deze heeft miljoenen doden gekost.
   

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 ;
   27 mei 2014 Cosmos (9) De rusteloze aarde heeft het lot van het leven op aarde bepaald (deel 2)
10. 4 juni 2014 Cosmos (10) Michael Faraday legde de basis voor de moderne natuurkunde en communicatietechnieken 

(de data zijn geen uitzenddata maar blog datums)

Cosmos (10) Michael Faraday legde de basis voor de moderne natuurkunde en communicatietechnieken

Royal Institution Christmas Lecture door Faraday

Michael Faraday werd in een arm, christelijk gezin geboren, en maakte zijn school niet af. Zijn carrière in de wetenschap werd aangewakkerd door een lezing voor het grote publiek met demonstraties over elektriciteit, in het Royal Institution in Londen. 

Faraday construeerde de eerste elektrische motor. Dat had verstrekkende gevolgen voor onze beschaving. Menselijke en dierlijke spierkracht kon vervangen worden door elektrische motoren. Later hield hij zich bezig met de relatie tussen magnetisme, elektriciteit en licht, en stelde de hypothese van (onzichtbare) magnetische velden op. Op zijn 49e begon hij aan ernstig geheugenverlies te leiden.
Desondanks ontdekte hij na veel experimenteren dat een elektromagnetische kracht licht kan manipuleren. Daarmee had hij een diepere eenheid in de fysische natuur ontdekt. Elektriciteit, Magnetisme en Licht vormden een eenheid. Hij opende hiermee de weg voor latere geleerden als Einstein.

Faraday was opgeklommen uit de armoede van zijn ouderlijk huis tot een gevierd wetenschapper (the all-Amercian dream!), de uitvinder van de elektromotor [1] en nog veel meer.

Hij kwam op het idee dat de aarde zelf een enorme magneet was met magneetvelden waar een kompas op reageerde. Leuk dat Tyson vermeldt dat vogels het aardmagnetisch veld kunnen waarnemen en zich daar op kunnen oriënteren. Het magnetisch veld is sterker bij de polen dan bij de evenaar. Dat kunnen vogels waarnemen en dat helpt bij vogeltrek.

Het magnetisch veld van de aarde heeft nog een ander effect: het beschermt ons tegen kosmische straling. Kosmische stralen kunnen DNA beschadigen. Gelukkig wordt de meeste straling opgevangen door de Van Allen gordel.

Vergelijking van aardmagnetisch veld met gravitatievelden rond de zon en planeten: werking op afstand. Maar werking op afstand door onzichtbare velden werd door tijdgenoten niet serieus genomen, en sommigen maakten Faraday's ideeën belachelijk. De wiskundige James Clerk Maxwell slaagde er in Faraday's krachtlijnen in formules te vatten. En stuurde hem het manuscript toe. Faraday had door zijn te korte schooltijd geen wiskunde kunnen leren.
Faraday's uitvindingen en inzichten hebben moderne communicatie technieken mogelijk gemaakt. De wereld zou nooit meer dezelfde zijn. Faraday is een held van de wetenschap. En meer dan dat. We hebben alle moderne communicatietechnieken uiteindelijk aan Faraday te danken.

 

Noten

1.  Ik dacht dat Tesla de elektromotor had uitgevonden!

 

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
10. 27 mei 2014 Cosmos (9) De rusteloze aarde heeft het lot van het leven op aarde bepaald (deel 2)

(de data zijn geen uitzenddata maar blog datums)