Mastercourse Mastercourse Google Earth Google Earth en de zichtbare effecten en de zichtbare effecten van klimaatveranderingvan klimaatverandering

Geschiedenis Geschiedenis van de atmosfeer en van de atmosfeer en het klimaat op aardehet klimaat op aarde

J.H. van Boxel

Universiteit van Amsterdam

13 januari 2010

Inleiding

Geschiedenis

Broeikaseffect

20ste eeuw

Toekomst

Google Earth

Geschiedenis Geschiedenis aardatmosfeer en het aardatmosfeer en het

klimaat op aardeklimaat op aarde

Het ontstaan van de aarde en de oeratmosfeer

In zevenmijlslaarzen door de geologische geschiedenis van de aarde

De hedendaagse atmosfeer

Toekomstige atmosfeer

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer

Het ontstaan van de aardeHet ontstaan van de aarde(circa 4700 Ma BP)(circa 4700 Ma BP)

Schijf van stof en gasMeeste massa kwam samen in het centrum

van de schijf De Zon

Planeten, o.a. de aarde (ca 4700 Ma BP)Heel veel meteorieten

Aarde was aanvankelijk gloeiend hete bol met een nog vloeibare "aardkorst"

Ontgassing van de aardmantel Atmosfeer

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer

OeratmosfeerOeratmosfeer

Uit het binnenste van de jonge aarde ontsnapten gassen.

Zij vormden de oeratmosfeer.

Een vergelijkbaar gasmengsel komt ook nu nog vrij bij vulkaanuitbarstingen.

Daarnaast aanvoer van water via meteorieten

http://www.museumkennis.nl/nnm.dossiers/museumkennis/i002638.html

Ontgassing:WaterdampH2O

Stikstof N2

AmmoniaNH3

Waterstof H2

ZwavelwaterstofH2SKoolmonoxide COKooldioxideCO2

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer

Chemische samenstelling Chemische samenstelling atmosfeer v/d aarde en haar atmosfeer v/d aarde en haar

buurplanetenbuurplaneten

Volumepercentages

Venus Mars

Stikstof 3.503.50 2.702.70

Zuurstof 0.00 0.13

Argon 0.01 1.601.60

Waterdamp 0.00 0.03

Kooldioxide 96.4896.48 95.3295.32

Zon

Waterstof 92.1%

Helium 7.8%

Zuurstof 0.061%

Koolstof 0.030%

Stikstof 0.008%

Neon 0.008%

IJzer 0.004%

Silicium 0.003%

Magnes. 0.002%

Zwavel 0.002%

Waar is alle CO2 gebleven?

Volumepercentages

Venus Aarde Mars

Stikstof 3.503.50 77.8977.89 2.702.70

Zuurstof 0.00 20.9020.90 0.13

Argon 0.01 0.93 1.601.60

Waterdamp 0.00 0.26 0.03

Kooldioxide 96.4896.48 0.0495.3295.32http://www.daviddarling.info/encyclopedia/M/Marsatmos.html

http://www.daviddarling.info/encyclopedia/V/Venusatmos.html

Venus

Waar is alle CO2 gebleven?Waar komt die zuurstof vandaan?

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer

Het eerste leven op Het eerste leven op aardeaarde

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer

PrecambriuPrecambriumm

> 550 Ma BP> 550 Ma BP Cyanobacteriën produceren

zuurstof Aardkorst bevat veel ijzer, o.a. Pyriet (FeS2) IJzer komt o.a. via verwering & erosie in de oceanen Zuurstof wordt gebruikt voor oxidatie van het ijzer Gebande ijzerformaties Warme perioden

Veel cyanobacteriënVeel zuurstofGeoxideerd ijzer (rood)

Koude periodenMinder cyanobacteriënWeinig zuurstof IJzersulfiden (zwart)

Pyriet

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer

Ca 600 Ma BP Ca 600 Ma BP eerste ijstijdeerste ijstijd

Toen CO2-concentraties daalden verminderde het broeikaseffect

Circa 600 miljoen jaar geleden eerste ijstijd Veel levensvormen stierven toen uit

Toen de atmosfeer zuurstof bevatte ontstonden ook levensvormen die niet hun eigen zuurstof produceerden dieren

De jonge zon was zwakker dan huidige zon

Aarde was toch warm door sterk broeikaseffect

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer

Devoon en Carboon:Devoon en Carboon:LandplantenLandplanten

Devoon (ca 420-360 Ma BP): ontstaan van de eerste landplanten

Carboon (ca 360-300 Ma BP): heel veel CO2 wordt aan de atmosfeer onttrokken en wordt de koolstof vastgelegd in dikke pakketten steenkool

CO2-concentraties in de atmosfeer dalen voor het eerst onder de 1000 ppm

Nieuwe ijstijd

Perm Perm (ca 300-250 Ma BP)(ca 300-250 Ma BP)

CO2-concentraties < 1000 ppm Koud klimaat IJstijd Waarschijnlijk ook interglacialen

Perm-Trias overgang (ca 250 Ma BP): waarschijnlijk Meteorietinslag

Massaextinctie Vrijwel alle bestaande levensvormen verdwijnen

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer

Trias Trias (ca 250-200 Ma BP)(ca 250-200 Ma BP): : Pangea BreektPangea Breekt

Plaattektoniek 250 Ma BP één groot supercontinent Pangea Trias: Opbreken supercontinent Pangea Enorme toename van het vulkanisme

Veel extra CO2 in de atmosfeer

CO2-concentraties stijgen

Temperatuur stijgt

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer

Trias Trias (ca 250-200 Ma BP)(ca 250-200 Ma BP)

en Jura en Jura (ca 200-144 Ma BP)(ca 200-144 Ma BP)

Perm-Trias overgang (ca 250 Ma BP): waarschijnlijk Meteorietinslag

Trias: aanvankelijk lage biodiversiteit Mogelijkheden voor nieuwe

levensvormen

Gedurende Trias en Jura verschijnen veel nieuwe soorten o.a.:– Dinosauriërs– Eerste zoogdieren

Het Krijt Het Krijt (144-65 Ma BP)(144-65 Ma BP):: een warme periode een warme periode

Het Krijt was warm (dinosauriërs)

Zeespiegel 70 m +NAP Aarde vrijwel ijsvrij Veel CO2 wordt vastgelegd

door schelpdieren Krijtafzettingen/Krijtrotsen Einde van het Krijt (65 Ma BP) waarschijnlijk door

inslag van grote meteoriet bij Yucatan Massaal uitsterven van heel veel dieren en planten De dinosauriërs verdwijnen Opkomst van de zoogdieren

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer

Tertiair Tertiair (Ca 65-2.5 Ma BP)(Ca 65-2.5 Ma BP): : Vastlegging COVastlegging CO22 via via

verweringverwering Ca 30 Ma BP sluit India aan bij het Aziatische

continent Vorming Himalaya-gebergte begint Veel erosie van silicaten Verwering d.m.v CO2 tot Carbonaten

Bijv.:

CaSiO3 + H2CO3 CaCO3 + SiO2 + H2O

CO2-concentratie daalt definitief(?) tot beneden de 1000 ppm Begin vergletsjering Antarctica

Van "greenhouse" planeet naar "icehouse" planeet

Kwarts zand

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer

Pleistoceen Pleistoceen ((caca 2.5-0.01 Ma 2.5-0.01 Ma BP)BP)

IJstijden en interglacialenIJstijden en interglacialen

Afwisseling van ijstijden en interglacialen Glacialen CO2-concentratie ca 180-230 ppm

Interglacialen CO2-concentratie ca 250-300 ppm

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer

ValkuilValkuil

Goede correlatie Verband bewezen? Oorzakelijk verband? Richting v/d causale relatie? CO2 en CH4 concentraties volgden temperatuur Klimaatgevoeligheid voor CO2 geschat op circa 1oC

per 100 ppm CO2 (0.5oC tot 1.5oC per 100 ppm) Glaciaal-interglaciaal verschil in CO2 concentratie

circa 100 ppm maar temperatuurverschil circa 8oC

Broeikasgassen hebben dus niet de afwisseling tussen glacialen en interglacialen veroorzaakt

Bij lage CO2 concentraties veroorzaken astronomische factoren ijstijden en interglacialen

(Ondanks de verhoogde instraling van de zon)

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer

Ontstaan aarde

Oeratmosfeer

Precambium

Devoon&Carboon

Perm

Trias en Jura

Krijt

Tertiar

Pleistoceen

Moderne atm.

Waar is de COWaar is de CO22 gebleven? gebleven?

Micro-organismen zetten CO2 om in O2. Dat werd aanvankelijk gebruikt voor de oxidatie van ijzersulfide

Vastgelegd door planten in de vorm van steenkool, olie, gas, veen, etc.

Vastlegging in krijtafzettingen door schelpdieren

Reactie met door verwering vrijgekomen silicaten

Opgelost in de oceanen

750 Gton C< 1 Teraton

39 000 Gton C 39Teraton C

90 000 000 Gton C90 000 Teraton C

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer

Wat als COWat als CO22 nog in de nog in de atmosfeer zou zijnatmosfeer zou zijn

In sedimenten en rotsen zit circa 100,000 keer zoveel C als in de atmosfeer

Nu 0.04 % CO2 in de atmosfeer

Sedimenten bevatten ca 40 maal zoveel C dan N2 en O2 samen in de atmosfeer

Volumepercentages

Venus Aarde Mars

Stikstof 3.503.50 77.8777.87 2.702.70

Zuurstof 0.00 20.8920.89 0.13

Argon 0.01 0.94 1.601.60

Waterdamp 0.00 0.26 0.03

Kooldioxide 96.4896.48 0.040.0495.3295.32

Volumepercentages

Venus Aarde Mars

Stikstof 3.503.50 1.89 1.89 2.702.70

Zuurstof 0.00 0.510.51 0.13

Argon 0.01 0.02 1.601.60

Waterdamp 0.00 ?? 0.03

Kooldioxide 96.4896.48 97.597.595.3295.32

Als die C in de vorm van CO2 in de atmosfeer zou zitten dan zou die veel meer lijken op de atmosfeer van Venus

78.09

20.95

0.93

0.80

0.04N2

O2

Ar

H2O

Rest

N2

O2

0.25

Chemische samenstelling Chemische samenstelling van de moderne van de moderne aardatmosfeeraardatmosfeer

Onderverdeling rest

0.038

1.82E-03

5.24E-04

3.58E-04

CO2 Ne He Sporen

CO2

Sporegassen

1.50E-04

1.14E-04

5.00E-05

3.00E-05

8.70E-06

5.00E-06

CH4 Kr H2 N2O Xe O3

KrH2

N2O

O3

CH4

(0.04%)

%

Percentagesten opzichte van

droge lucht

0.039 %

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer

Precambrium

Cambrium

Devoon

Carboon

Perm

Trias

Jura

Krijt

Tertiair

Pleistoceen

Holoceen

Ordovicium

Siluur

Oeratmosfeer Broeikasgassen in Broeikasgassen in de moderne de moderne atmosfeeratmosfeer

Pre-industrieelCO2 280 ppm; CH4 700 ppb

NuCO2 390 ppm; CH4 1700 ppb

Einde 21ste eeuw ….CO2 2005: 380 ppm

CH4 2005: 1600 ppb

400

500

600

CO2 2060: 560 ppm

Deze eeuw zullen we concentraties bereiken die

al miljoenen jaren niet meer zijn voorgekomen op aarde

Volgende Volgende presentatiepresentatie

John van Boxel

Het broeikaseffect

Inleiding

Geschiedenis

Broeikaseffect

20ste eeuw

Toekomst

Google Earth