Wereldwijde klimaatverandering
advertisement
Wereldwijde klimaatverandering: Een grote uitdaging voor de wetenschap in de 21ste eeuw Wat zullen de effecten van de enorme hoeveelheden koolstofdioxide die de mensheid uitstoot zijn op de lange termijn? Niemand kan het echt zeggen. Klimaatverandering is een soort gigantisch experiment geworden waarin wij zowel de proefkonijnen als de uitvoerders zijn, en de gehele aarde de testruimte is met de moderne beschaving als professor. We zien dat de testruimte warmer wordt en dat de professor zich daar zorgen over begint te maken, maar hij is nog niet zo bezorgd dat hij het experiment stopzet. Maar in zekere zin kan het experiment ook helemaal niet meer stop gezet worden! De aarde warmt op, het klimaat verandert. We weten deels hoe dat komt, we weten heel weinig over hoe het zich gaat voortzetten. Over de hele wereld komen onderzoekers uit alle vakgebieden bij elkaar om hun kennis te delen en om een wetenschappelijke uitdaging van ongekende grootte aan te gaan: het begrijpen van de aarde als één systeem en de gevolgen van de verstoringen die de geïndustrialiseerde samenlevingen daaraan op grote schaal verrichten. (zie afbeelding 1) ‘Onze kennis van structuur en functie van ecosystemen op het land is onvoldoende om de gevolgen van milieuverandering op het systeem zelf of in de atmosfeer te begrijpen, laat staan te voorspellen’ __________________________________________________________ Inhoud Wereldwijde klimaatverandering: Een grote uitdaging voor de wetenschap in de 21ste eeuw .................................................................................................. 1 Inhoud ................................................................................................................................................................................................................................. 2 Kernvragen en onderzoek over wereldwijde milieuverandering _______ 2 Veel is al bekend… ............................................................................................................................................................................................................. 2 …maar er is zoveel meer wat we niet weten! ..................................................................................................................................................................... 3 Waarom is het zo moeilijk om klimaatverandering te voorspellen? ................................................................................................................................... 4 Van het menselijk lichaam naar de planeet aarde ............................................................................................................................................................... 4 1 Het begrijpen van het gehele systeem ................................................................................................................................................................................. 5 Kernvragen over natuurlijke processen .................................................................................................................................................................................. 6 Het wetenschappelijk onderzoek: Doordringen tot de werkelijkheid ..................................................................................................................................... 8 CARBOEUROPE: Het begrijpen en kwantificeren van Europa’s koolstofbalans ................................................................................................................. 9 Ook wij doen mee! ............................................................................................................................................................................................................ 10 Practicum: 'Invloed van licht op planten' (deel I) ............................................................................................................................................................. 11 De meetgegevens uit het school CO2-net project ............................................................................................................................................................. 12 Practicum: 'Invloed van licht op planten' (deel II) ............................................................................................................................................................ 17 Invloed van licht op planten op de meetgegevens ............................................................................................................................................................ 18 Andere verklaring: inversie / turbulentie ......................................................................................................................................................................... 20 Verbanden zoeken ............................................................................................................................................................................................................. 20 Afsluiting ________________________________________________ 21 Kernvragen en onderzoek over wereldwijde milieuverandering Veel is al bekend… We zijn er inmiddels zeker van dat er wereldwijd milieuverandering plaatsvindt en dat deze verandering vooral gekarakteriseerd wordt door: Een gemiddelde temperatuurstijging van tot nu toe 0,6°C vanaf het begin van de 20e eeuw, vooral vanaf 1975; deze trend gaat onverminderd door tot op dit moment. (zie afbeelding 2) Een gemiddelde toename van de concentratie van een aantal broeikasgassen in de atmosfeer, in het bijzonder van koolstofdioxide, waarvan het gehalte tussen 1750 en 2005 is gestegen van 280 tot 380 ppm. Een dergelijke concentratie is zeker de afgelopen 600.000 jaar, en waarschijnlijk veel langer, niet voorgekomen. (zie afbeelding 3) De extreme plaatsvinden. snelheid waarmee deze veranderingen Broeikasgassen spelen een essentiële rol bij het handhaven van de temperatuur op aarde op een niveau geschikt voor het leven. Zonder deze gassen zou onze planeet een gemiddelde temperatuur hebben van -18°C in plaats van de huidige +15°C. Meer broeikasgassen in de atmosfeer zal in principe dan ook leiden tot hogere temperaturen op aarde. Ppm = parts per million: een eenheid die gebruikt wordt om kleine hoeveelheden als deel van volume of massa aan te duiden. (hier het deel CO 2 in het volume van de atmosfeer. 380 ppm (of 0,038%) betekent dat in een miljoen cm 3 lucht 380 cm3 puur CO2 zit. De toename van koolstofdioxide in de atmosfeer is met zekerheid toe te schrijven aan menselijk handelen. Het is het gevolg van het verbranden van fossiele brandstof (gas, olie en steenkool) sinds het begin van het industriële tijdperk, en ook van grootschalige veranderingen in het gebruik van land (massale ontbossing). Ook de toename van andere broeikasgassen, zoals methaan en stikstofoxide zijn onmiskenbaar het gevolg van menselijke activiteit gedurende de afgelopen 200 jaar. We weten ook dat, al stoppen alle emissies nog vandaag, de milieuveranderingen door zullen gaan en versterkt worden in de komende paar eeuwen, afhankelijk van de levensduur van de gassen in de atmosfeer en de traagheid van het systeem. (zie afbeelding 4) Het wordt inmiddels ook geconstateerde opwarming ijstijden), maar het broeikasgasconcentratie, en met het jaar aannemelijker dat de geen natuurlijke beweging is (zoals de gevolg van toename van de dus een menselijke oorzaak heeft. Vragen: 1. Wat zijn de drie belangrijkste milieuverandering wereldwijd? bevindingen over de 2. Noem twee redenen waarom de concentratie koolstofdioxide in de atmosfeer is toegenomen. Noem nog twee broeikasgassen die door menselijk handelen zijn toegenomen. 3. Wie of wat is zeer waarschijnlijk de oorzaak van de opwarming van de aarde? …maar er is zoveel meer wat we niet weten! De wereld stelt een beslissende vraag: hoe zal de situatie zich verder gaan ontwikkelen? Deze eenvoudige vraag plaatst de wetenschap voor een reusachtige uitdaging. Onze huidige kennis is duidelijk ontoereikend om nauwkeurig de ontwikkelingen en gevolgen van klimaatveranderingen te voorspellen. Waar we zeker van kunnen zijn is dat de gemiddelde temperatuur in de loop van de 21 ste eeuw verder zal stijgen, maar dat onmogelijk met zekerheid te zeggen is of dit 1°C of 6°C zal zijn en dat maakt een wereld van verschil. Uitgaande van onze kennis in 2005 is een toename van minder dan 1,5°C zeer onwaarschijnlijk, zo niet onmogelijk. Om de toename onder de 2°C te houden is het voornaamste doel van internationale onderhandelingen. Voor de gevolgen van een wereldwijde opwarming is de situatie niet beter. We weten dat wereldwijde opwarming een zeespiegelstijging veroorzaakt en een toename van de neerslag (sneeuw en regen), maar ook hier is het onmogelijk met zekerheid te zeggen in welke mate. Bovendien weten we nog steeds niet zeker of wereldwijde opwarming extreme klimaatverschijnselen zal doen toenemen (bv. stormen en cyclonen). Ook zijn we bezorgd over het risico van onverwachte reacties van het klimaatsysteem als bepaalde grenzen worden overschreden. Dit staat bekend als het “elastiek principe”: zolang je een elastiek uitrekt zonder de elasticiteitsgrens te overschrijden, blijft het elastisch en kan het weer terug in de oorspronkelijke vorm, maar overschrijd je die grens dan knapt het en is het voor altijd stuk. Sommigen vrezen bijvoorbeeld dat wereldwijde opwarming op een dag de “Warme Golfstroom” zal doen afnemen of zelfs doen stoppen, wat zal leiden tot een regionale afkoeling van Europa. Dit scenario inspireerde de makers van de film “The day after tomorrow”. Deze film is, zij het enorm overdreven, gebaseerd op de mogelijke gevolgen van klimaatverandering. We hebben het vermoeden dat zulke grenzen bestaan, maar we weten niet goed waar ze liggen. Het wordt nog ingewikkelder doordat klimaatverandering niet over het gehele aardoppervlak gelijk is. De gemiddelde opwarming in de Alpen bijvoorbeeld bedraagt 1°C (op sommige plaatsen zelfs 2°C) in vergelijking met het wereldgemiddelde van 0,6°C. Waar we bovendien vooral in geïnteresseerd zijn, is - los van het algemene verloop - wat er gebeurt op de plek waar wij wonen. We zijn nu nog niet in staat om nauwkeurige antwoorden te geven en het beste wat we kunnen doen is het opsporen van de trends. Maar afhankelijk van de aannames kunnen de voorspellingen veel verschillen. CO2 uitstoot, zich ontwikkelen en hoe zullen de emissies zich ontwikkelen in economieën met weinig olie- en koolreserves? Welke beslissingen nemen politici in de toekomst om de emissies te beperken? Zullen we misschien in staat zijn om, met nu nog niet ontwikkelde technologieën, energiebronnen te maken die geen broeikasgassen veroorzaken? Deze vragen over het verloop van de komende eeuw zijn uiteraard onmogelijk te beantwoorden. Om toch met deze vele onbekende factoren die te maken hebben met de toekomst van de menselijke activiteit te rekenen, bespreken we ze in het kader van een aantal sociaaleconomische scenario‘s. Deze scenario‘s corresponderen dan met verschillende mogelijkheden voor de ontwikkeling van de wereldbevolking, economische groei, milieupolitiek, enz. Daarnaast zal onze kennis van de natuurlijke verschijnselen zeker toenemen. Vraag: 4. Leg in een paar zinnen uit welke grote vragen we graag willen beantwoorden met betrekking tot de ontwikkelingen en gevolgen van klimaatverandering. Vragen: 5. Welke twee grote onbekende factoren maken het voorspellen van klimaatverandering lastig? 6. Leg uit wat sociaaleconomische scenario’s zijn en hoe ze kunnen helpen bij het voorspellen van klimaatverandering. Waarom is het zo moeilijk om klimaatverandering te voorspellen? Onze kennis van de natuurlijke verschijnselen is beperkt: Menselijke activiteiten die broeikasgassen produceren zijn bekend, maar de natuurlijke processen van vrijkomen, absorptie en opslag zijn nog niet volledig begrepen. De manier waarop koolstof van het ene natuurlijke reservoir naar het andere getransporteerd wordt (de koolstofcyclus) is zeer complex en we hebben nog maar een beperkte kennis van hoe deze cyclus reageert op menselijke verstoringen. We worden ook geconfronteerd met een andere grote onbekende: De toekomst van de menselijke samenleving. Hoe zal de wereldbevolking zich ontwikkelen? Hoe zullende armste landen, met nu een zeer lage Van het menselijk lichaam naar de planeet aarde Sommigen beweren dat onze kennis van de planeet aarde overeenkomt met de kennis van de doktoren in het begin van de 19de eeuw van het menselijk lichaam. In die fase begon men iets te begrijpen van bloedstroming, ademhaling en het zenuwsysteem en bepaalde men de functies van verschillende organen: longen, hart, hersenen, spijsvertering, enz. Het is waar dat onze kennis van het „organisme“ planeet aarde momenteel nog zeer beperkt is. We kennen de hoofdrolspelers van de levensprocessen: zuurstof, koolstof, stikstof en waterstof. We kennen ook de grote organen: de oceanen, de atmosfeer en de planten- en dierenwereld. Maar hoe nu de eerste de laatste beïnvloedt en wie wat regelt, hoe en waarom? Lange tijd meenden we, bijvoorbeeld, dat planten beheerst werden door natuurkundige factoren zoals licht, neerslag en temperatuur. Maar het plantenleven zal op zijn beurt deze natuurkundige factoren weer beïnvloeden, en het begrijpen van deze „terugkoppeling“ is essentieel. Dergelijke fundamentele vraagstukken kunnen nu nog niet goed beantwoord worden. We hebben natuurlijk vele voordelen ten opzichte van de 19 de eeuwse doktoren: Nauwkeurige meetinstrumenten, satellietbeelden, uitwisseling van informatie en ideeën, voortdurende samenwerking op wereldschaal, en de kracht van de computer, die het mogelijk maakt om deze informatie te verwerken. Alhoewel, we moeten nog enorme hindernissen overwinnen: de planeet is een bijzondere moeilijk te hanteren „lichaam“ en niet gemakkelijk te onderzoeken. Om van het ene „orgaan“ naar het andere te gaan, moeten we vaak duizenden kilometers reizen. Verder is het zeer moeilijk om de elementen van de levenscyclus te „zien“ en hen op hun reis te volgen. We gebruiken bijvoorbeeld koolstof 14 (een isotoop van koolstof) om de uitwisseling van kooldioxide tussen de „organen“ te volgen, omdat dit niet direct zichtbaar is. Maar omdat koolstof14 voorkomt in oneindig kleine hoeveelheden (ongeveer 1x10-12, d.w.z. een duizendste van een miljardste deel van de koolstof die in een monster zit) vereist dit zeer speciale meettechnieken. De studie van fluxen (d.w.z. stromen van alle water, gassen en voedingsstoffen tussen bodems, planten, oceanen, rivieren, de atmosfeer, dieren, enz.) wordt sterk bemoeilijkt door de beperkte waarnemingen in tijd en ruimte en de grote natuurlijke variaties. De uitkomsten bevatten daarom een aanzienlijke onzekerheidsmarge. We hebben maar één aarde! Experimentele wetenschap is altijd gebaseerd geweest op de mogelijkheid om hypotheses te testen en de resultaten te vergelijken en de wetten van de natuur bloot te leggen. In de situatie van de aarde is het onmogelijk om een monster aarde te nemen, het met CO2 te injecteren en 100 jaar te wachten en dan de resultaten te vergelijken met een monster aarde, waarbij de CO2 op normale niveaus is gehouden. Vragen: 7. In de tekst wordt onderzoek naar de aarde met onderzoek naar het menselijke lichaam vergeleken. Noem een paar voordelen die wij hebben ten opzichte van de 19 de eeuwse doktoren. 8. Waarom is de aarde een moeilijk „lichaam“? 9. Waarom is het voor de experimentele wetenschap een probleem dat we maar één aarde hebben? Het begrijpen van het gehele systeem Tenslotte zijn we geconfronteerd met een moeilijkheid, waar in de geschiedenis van de wetenschap nog geen ervaring mee was opgedaan. Tot aan de Renaissance waren intellectuelen, zoals Leonardo da Vinci, in staat om in alle gebieden van de menselijke kennis actief te zijn: Kunst, filosofie, wiskunde, biologie, natuurkunde, geschiedenis, enz. Maar met de snelheid waarmee de wetenschappelijke vooruitgang in de laatste twee eeuwen toenam, is de kennis steeds gespecialiseerder geraakt: Niemand overziet nog alles. Het probleem is dat we niet in staat zijn het systeem in zijn geheel te begrijpen vanuit de specialistische takken afzonderlijk. Terwijl we door moeten gaan met het isoleren van bepaalde componenten om ze beter te bestuderen, moeten we ze gelijktijdig ook, zoals in werkelijkheid, met elkaar verbinden, om te proberen uitwisselingen en terugkoppelingen te begrijpen. Klimaatverandering betreft de interactie tussen de menselijke samenleving en het hele aardsysteem; daarvoor is het nodig om de verschillende vakken binnen de aardwetenschap te integreren, en bovendien de sociale wetenschappen. Het is een werkelijke omwenteling, in de zin dat onze denkpatronen op de kop worden gezet. Het verplicht ons ook om ons onderwijssysteem in dit licht te herbezien. Het is vanuit de noodzaak van een totale aardomspannende visie dat de Britse wetenschapper James Lovelock startte met het bekijken van de aarde als een soort macro-organisme, dat hij Gaia noemde. De zogenoemde “Gaia Theorie” ziet de aarde als een soort zelfregulerend organisme, waarin de wetten van de natuur het systeem voortdurend in balans houden en het leven handhaven. Deze theorie geeft ons hoop dat het systeem onvermijdelijk zal eindigen in een nieuw evenwicht. Toch moeten we ons zorgen maken over de enorme hoeveelheden fossiele koolstof, geleidelijk opgeslagen in de geologische tijdschalen, die we vandaag de dag plotseling vrijmaken. De natuur alleen was dat niet van plan. Zal ze in staat zijn om een nieuw evenwicht te garanderen, waarbij de omgeving nog geschikt is voor menselijk leven? Vragen: 10. Waarom is het noodzakelijk om de verschillende aardwetenschappen en de sociale wetenschappen met elkaar te verenigen? 11. Leg kort uit wat de “Gaia Theorie” inhoudt. 12. Waarom moeten we ons zorgen maken over de enorme hoeveelheden fossiele koolstof die wij dagelijks vrijmaken? In het kort: We nemen waar dat de mensheid in een proces zit waarbij ze op een brute en blijvende wijze verandering van het klimaat en ecosysteem teweegbrengt, door het evenwicht, dat zich langzaam op de geologische tijdschaal heeft ingesteld, te verstoren. We zijn in staat om een aantal van de gevolgen van deze veranderingen te onderzoeken, maar we verkeren niet in de positie om de gevolgen met zekerheid of precisie te voorspellen. Gedeeltelijk is dat, omdat we nog maar weinig begrijpen van de meeste van de natuurlijke processen die er bij betrokken zijn, en gedeeltelijk omdat de toekomst van de menselijke activiteiten op lange termijn onvoorspelbaar is. Kernvragen over natuurlijke processen Het belangrijkste doel is helder: Een volledig begrip krijgen van het systeem aarde. Ieder natuurlijk systeem is gebaseerd op voortdurende actie, interactie en terugkoppeling; er is geen begin en ook geen einde, alleen oorzaken en gevolgen in een voortdurende wisselwerking met elkaar: Om hoofdpijn van te krijgen. De vragen die we stellen zijn dus zelf ook afhankelijk van elkaar en daardoor op veel manieren te formuleren. Maar wat onze invalshoek ook is, de vragen die zich opdringen komen hier op neer: Hoe reageert de koolstofcyclus op een toename van het CO 2gehalte in de atmosfeer? Hoe vindt de uitwisseling van koolstof plaats tussen de verschillende compartimenten van de cyclus (sedimenten, bodems, planten, oceanen, levende organismen, etc.)? Hoe reageren de verschillende compartimenten op stijging van het CO2-gehalte in de atmosfeer? Hoe groot is de natuurlijke capaciteit van de vegetatie en van de oceanen om het overschot aan koolstof dat wij in de lucht brengen te absorberen? Is de biodiversiteit van invloed op de opslag van koolstof? Welke vormen van bosbouw en landbouw bevorderen de opslag van koolstof? Hoe reageert temperatuur? de watercyclus op de stijging van Hoe zullen de oceaanstromingen beïnvloed worden door de wereldwijde opwarming? Wat voor gevolgen zal dit weer hebben op het klimaat? Moeten we bang zijn voor onomkeerbare veranderingen in de manier, waarop de oceanen het klimaat op wereldschaal reguleren? Bestaat er een risico op ‘verrassingen’, gekoppeld aan gebeurtenissen, met een kleine waarschijnlijkheid, maar met zeer ernstige gevolgen? (zie afbeelding 5) de Waterdamp is het meest voorkomende natuurlijke broeikasgas. Zal een grotere verdamping leiden tot grotere hoeveelheden waterdamp in de atmosfeer, en daardoor tot meer wolken, meer neerslag en dus minder zonneschijn en zo het broeikaseffect verminderen? Of zullen de wolken meer warmte vasthouden op de oppervlakte van de aarde en zo het broeikaseffect versterken? Hoe is de wisselwerking tussen de stikstofkringloop en de andere kringlopen en hoe zal deze interactie reageren op menselijk ingrijpen? Stikstof in chemisch gebonden vorm (dus niet in de vorm van stikstofgas dat 78% van de atmosfeer uitmaakt) is een basisbouwsteen voor het leven, van groot belangvoor alle levende wezens, waaronder de planten. De beschikbaarheid van gebonden stikstof is één van de beperkende factoren, die hun groei bepaalt: Men bemestakkers met nitraathoudende kunstmest (nitraat staat voorgebonden stikstof) om de oogst te vergroten. Maar wat gebeurt er wanneer de atmosfeer rijker wordt aan CO 2? Zal de fotosynthesesnelheid van planten dan toenemen, of zal deze beperkt worden door andere factoren, zoals de beschikbaarheid van gebonden stikstof in de bodem? Hoe zullen de oceanen zich ontwikkelen in een CO 2-verrijkte wereld? Zal de verzuring van de oceanen, als resultaat van de absorptie van grote hoeveelheden CO2 de voedselketen in de zee verstoren en leiden tot verdwijnen van een aantal soorten? Zullen deze ecologische verstoringen vervolgens weer van invloed zijn op het vermogen van de oceanen om CO2 te absorberen? Wat zullen de gevolgen van klimaatverandering zijn op de verschillende ecosystemen en welke invloeden zullen die gevolgen weer hebben op het klimaat? Hoe zullen bossen, natte gebieden, akkers, graslanden enz. op verschillende breedtegraden reageren op klimaatverandering? Zal een stijging van het CO2-gehalte en van de temperatuur de fotosynthese opvoeren, zodat ook de opslag van koolstof in planten zal toenemen? Wat zijn de gevolgen van belangrijke veranderingen in landgebruik, zoals ontbossing? Zal de opwarming de permafrost in de arctische gebieden laten smelten, en, als dat gebeurt, zullen er dan broeikasgassen ontsnappen uit de ontdooide bodem met een verdere temperatuurstijging als gevolg? Welke gevolgen zijn er op lokaal en regionaal niveau? Hoe transporteren de oceanen warmte, en hoe zullen de oceaanstromen reageren op de opwarming van de aarde? Hoe zullen de veranderingen (stijging van temperatuur, neerslag, enz.) uitpakken voor de regio’s in de wereld? Zullen de Alpen verstoken blijven van sneeuw? Zal het Middellandse zeegebied in een woestijn veranderen? Hoe zullen onze waterbronnen beïnvloed worden? Wat zal er gebeuren als het water dat normaal als sneeuw in de winter wordt opgeslagen direct in de rivieren stroomt? Zal de lage kustvlakte van Noordwest-Europa nog verdedigbaar blijven tegen de zee? Wat zullen de gevolgen zijn voor de landbouw, voor de voedselvoorziening en voor de woonomgeving? Moeten we bang zijn voor een toename van extreme weersverschijnselen? En zo ja, op welke breedtegraden? Zullen orkanen en andere stormen talrijker en heviger worden? Zullen droogte en overstromingen meer voorkomen en in welke streken? Vanzelfsprekend hebben we al een begin van de antwoorden op de meeste van deze kernvragen, het ene wat preciezer dan het andere. Maar we zijn ons er ook van bewust, dat we waarschijnlijk nooit de volledige antwoorden zullen krijgen. In dit onderzoeksterrein, waar altijd enige twijfel zal blijven bestaan, draait alles om het verkleinen van onzekerheden. Dit is precies wat we proberen te bereiken. Vragen: 13. In de tekst worden een aantal kernvragen over natuurlijke processen gesteld, met als doel een volledig begrip van het gehele aardse systeem. Leg bij iedere kernvraag kort uit waarom het verkrijgen van een antwoord op die vraag zo belangrijk is. 14. Waarschijnlijk worden deze vragen nooit volledig beantwoord. Hoe probeert de wetenschap toch zo dicht mogelijk bij het antwoord te komen? Het wetenschappelijk onderzoek: Doordringen tot de werkelijkheid Wanneer we als onderzoekers geconfronteerd worden met een onverwachts verschijnsel, zoals de wereldwijde opwarming, beginnen we altijd met vragen te formuleren. Die vragen staan hierboven genoemd. Daarna bedenken we één of meer hypotheses: We wijzen de „verdachten“ aan. We veronderstellen bijvoorbeeld dat de verbranding van fossiele brandstoffen (dus de mens) verantwoordelijk is voor de toename van CO 2. Dan beginnen we met het onderzoek. We onderzoeken alle mogelijke aanwijzingen, waardoor we onze hypothese kunnen bevestigen of verwerpen: sporen, tekens, voetafdrukken (we gebruiken deze woorden ook echt). We voeren experimenten uit, doen metingen, verzamelen monsters en analyseren deze in het laboratorium. Dit brengt soms ongewone activiteiten met zich mee: Een dag doorbrengen op de top van een toren boven de boomkruinen, een thermometer in de grond planten, de hele nacht door zakjes met lucht verzamelen midden op een akker, vliegtuigen steeds laten stijgen en dalen zonder te landen, gaten graven op bergtoppen en op de oceaanbodem, enz. We vergelijken grote hoeveelheden informatie uit verschillende bronnen totdat we een „bundel van verbanden“ hebben die voldoende solide is om conclusies te mogen trekken. Aan de andere kant kunnen extreme meetwaarden, gegevens waarvoor geen verklaring is, ons naar nieuwe onderzoekspaden leiden. We hebben gewoonlijk enkele jaren en veel volharding nodig om van vraag naar antwoord te komen. Een enkele keer zijn we hier niet toe in staat, of maar zeer beperkt, of niet op de manier die we voorzagen. Soms wekt een conclusie twijfel over een eerder gevonden resultaat, waarvan men meende dat het goed bewezen was. Het gebeurt ook wel dat er per ongeluk antwoorden worden gevonden bij vragen, die niet bij ons opgekomen waren. In de meerderheid van de gevallen geven onze conclusies niet een helder antwoord op de aanvankelijk gestelde vraag, maar leiden ze tot nieuwe vragen en hypotheses, waarmee we weer helemaal opnieuw aan de gang moeten gaan. Kort gezegd, we stellen onszelf onophoudelijk vragen, we twijfelen aan wat we al weten en proberen te „zien“, wat niet gemakkelijk te zien is. Vragen: 15. In deze paragraaf wordt uitgelegd hoe we doormiddel van wetenschappelijk onderzoek onze kennis over de natuur vergroten. Onderzoekers werken hierbij altijd volgens dezelfde methode: de natuurwetenschappelijke methode. Leg stap voor stap uit hoe onderzoekers (volgens de natuurwetenschappelijke methode) te werk gaan als ze geconfronteerd worden met een onverwachts verschijnsel. 16. Onderzoek doen is vaak een cyclus: een onderzoek leidt tot het doen van een volgend onderzoek, dat weer aanleiding geeft voor een volgend onderzoek, enz. Leg uit waarom een onderzoek vaak aanleiding geeft voor een volgend onderzoek. CARBOEUROPE: Het begrijpen en kwantificeren van Europa’s koolstofbalans Wat is de rol van het Europese continent in de wereldwijde koolstofkringloop? Om preciezer te zijn: Wat is Europa’s koolstofcyclus? Hoeveel CO2 stoot Europa uit en hoeveel absorbeert het? Hoe kunnen we de onzekerheden verkleinen van onze schattingen ervan op een lokaal, regionaal en continentaal niveau? Welke mechanismen bepalen de CO2-uitwisselingen in de biosfeer, en hoe worden zij beïnvloed door veranderingen in het gebruik, beheer en klimaat van de bodem? Zijn de Europese inspanningen om CO 2uitstoot te beperken waarneembaar in de atmosfeer? Sinds januari 2004 werken binnen CarboEurope honderden Europese onderzoekers aan deze vragen. Dat is cruciaal vanuit wetenschappelijk en politiek oogpunt. Fluxmasten, mobiele laboratoria, intensieve meetcampagnes, een nieuwe generatie computermodellen: Met een budget van meer dan 40 miljoen euro (waarvan 16 miljoen van de EU) en 90 instellingen uit 17 deelnemende landen voor een periode van vijf jaar, is CarboEurope wereldwijd het meest omvangrijke wetenschappelijke initiatief om de koolstofkringloop in kaart te brengen. De Rijksuniversiteit Groningen is één van de deelnemers aan CarboEurope. Voor dit initiatief heeft de RUG het School CO 2 Netproject opgericht. School CO2-Net is een project dat CO2 wil meten op verschillende middelbare scholen. Deze scholen zijn voorzien van een CO2-meter en weerstation om op deze manier over de loop van de tijd een database op te bouwen met CO 2-waarden en weersomstandigheden. (zie afbeelding 6, 7 en 8) Vraag: 17. Beschrijf kort wat CarboEurope inhoudt en hoe het School CO 2 Net-project daar een rol in speelt. klimaatverandering op onze planeet. We gaan hierbij als echte onderzoekers te werk. We stellen daarom een onderzoeksvraag, die we in deze lessenserie proberen te beantwoorden. Onze onderzoeksvraag is: Welke omgevingsfactoren beïnvloeden de hoeveelheid CO2 in de lucht? Deze onderzoeksvraag is nogal breed, daarom is het noodzakelijk de onderzoeksvraag op te splitsen in een aantal deelvragen. Deze deelvragen zullen in de komende lessen worden geformuleerd. Om onderzoek te kunnen doen, moet je beheersen van een groot aantal vaardigheden. Eén van deze vaardigheden is het omgaan met een groot aantal meetgegevens met behulp van Excel. Deze en aantal andere vaardigheden zullen daarom geoefend worden. Ook wij doen mee! Ook wij doen mee met het school CO2-Net. Op deze manier proberen we ons steentje bij te dragen in het onderzoek naar Kortom: We gaan echt onderzoek doen, binnen een echt bestaand Europees onderzoeksverband, naar één van de grootste vragen binnen de hedendaagse wetenschap! Practicum: 'Invloed van licht op planten' (deel I) Duur: 30 minuten Groepjes van vier. Bouw onderstaande opstelling twee keer. De buret moet gevuld zijn met water. Zet vervolgens één opstelling in het donker en één in het licht, zoals in onderstaand plaatje. Laat deze proefopstelling een week staan. De meetgegevens uit het school CO2-net project Totale duur: 2 uur De doelen van de deze les zijn: Onderzoeken welke meetgegevens verzameld worden ten behoeve van het school CO2-net project en op welke wijze dit gebeurt. Met behulp van Excel kunnen controleren of de meetgegevens zich binnen bepaalde grenzen bevinden. Met behulp van Excel een correctie kunnen uitvoeren op de gegevens. Met behulp van Excel een grafiek van een van de meetgegevens kunnen maken. Hoe worden de gegevens verzameld? Op het dak van een tweetal scholen (het Maartenscollege te Haren en het Willem Lodewijk Gymnasium in Groningen) en het Centrum voor Isotopenonderzoek in Groningen staan meetapparatuur opgesteld. Dit zijn een CO 2-detector en een weerstation. Hiermee worden de CO2concentratie en de weersomstandigheden continu gemeten en bijgehouden. Langzaam maar zeker wordt zo een continue meetserie van de CO2concentratie opgebouwd. We gaan nu deze verzamelde gegevens nader bekijken. Eerst gaan we bekijken welke meetapparatuur daarvoor wordt gebruikt. De meetapparatuur De CO2-concentratie wordt gemeten met de zogenaamde Vaisala Carbocap GMP343. Deze wordt vanaf nu gewoon Vaisala genoemd. Deze detector wordt veel gebruikt in kassen om de luchtsamenstelling in de gaten te houden. Voor de continue metingen is de Vaisala op het dak van de scholen bevestigd. De Vaisala is maar 20 cm groot en is daardoor ook uitermate geschikt om metingen op andere plaatsen te doen, zoals in een klaslokaal of bij een weiland. (zie afbeelding 9 en 10) Het weerstation De CO2-concentratie in de lucht is erg afhankelijk van weersinvloeden. Daarom is op elke school ook een Davis Vantage PRO 2 weerstation geplaatst. Naast temperatuur, luchtdruk, en luchtvochtigheid wordt ook bijgehouden hoeveel en hoe hard het regent en uit welke richting de wind komt en hoe hard het waait. De metingen worden continu uitgevoerd en opgeslagen, zodat later onderzocht kan worden op welke manier de CO 2concentratie verandert als het weer verandert. De software zoals die nu draait werkt als volgt: De CO2 meter neemt intern een gemiddelde van een aantal punten en schrijft dit iedere 10 minuten weg via een seriële kabel naar de PC. De data van het weerstation worden draadloos verzonden. Tot nu toe kijkt de software iedere 10 minuten naar het weerstation. De files met alle meetgegevens worden 1 keer per dag opgeslagen. De meters moeten regelmatig geijkt worden om er voor te zorgen dat de metingen juist worden uitgevoerd. (zie afbeelding 11) De volgende gegevens worden verzameld: Time CO2 Tgas Tmeteo Hum Rain Barom Wind Dir W_Av Volt - Tijd in m-d-yy h:mm format (m=month, d-day, yy=year, h=hour, mm=minutes) - CO2 concentratie in ppm, zoals gemeten met de Vaisala - Temperatuur in °C in de Vaisala meter - Temperatuur in °C in het weerstation - Relatieve luchtvochtigheid in % - Hoeveelheid regen in mm. - Luchtdruk (in mbar) - Windsnelheid (m/s) - Windrichting (graden met de klok mee vanaf het Noorden) - Gemiddelde windsnelheid over 15 minuten - Spanning in van de accu van het weerstation Vragen en opdrachten: Open het spreadsheet Meetgegevens Maartens door rechts dubbel te klikken op het Excel bestand: Maak eerst een kopie van het bestand in mijn Documenten, zodat je altijd terug kunt gaan naar het origineel. Je kan dit doen door onder File te klikken op Save as…. Als naam vul je in Kopie Meetgegevens Maartens en vervolgens klik je op “save”. Je werkt nu verder met deze kopie. Bekijk vervolgens de gegevens in het spreadsheet. 1. Om de hoeveel tijd worden de gegevens gemeten? 2. Hoeveel rijen bevat het spreadsheet? 3. Wat valt op aan Tgas? Hoe zou dat komen? 4. Er worden twee windsnelheden gemeten. Welke zou jij kiezen om te bepalen of er een relatie is tussen windsnelheid en CO 2 concentratie? Excel uitleg bij het spreadsheet Je hebt al eerder met Excel gewerkt, en weet daar al heel wat van af. Op een aantal aspecten van Excel en dit spreadsheet in het bijzonder willen we hier toch nog even ingaan. Eerst iets over de opbouw van de werkmap met meetgegevens. Deze werkmap bestaat uit één werkblad met de naam Maartens. De naam van dit werkblad (of sheet) staat links onderaan boven de statusbalk. Er zijn ook werkbladen met meetgegevens voor het Willem Lodewijk en het CIO (Centrum voor Isotopen Onderzoek), maar deze worden in de oefening op onze school niet gebruikt en zijn ook niet in dit spreadsheet opgenomen. Een spreadsheet is opgebouwd uit cellen en je kunt aangeven welke cel je bedoelt door te verwijzen naar de rij en kolom van die cel. Bijvoorbeeld A1 is de cel helemaal links bovenin. A2 is de cel daaronder. Je kunt een cel actief maken door er op te klikken. Cellen kunnen getallen, tekst en formules bevatten. Die formules bevatten vaak verwijzingen naar de inhoud van andere cellen. Bijv. cel D5 kan als inhoud hebben “=A5+7*B5-3”. Aan de hand van de waarde van de genoemde cellen in de formule wordt dan de inhoud van cel A5 berekend (de inhoud van cel A5 + 7 keer de inhoud van cel B5 min 3. Verander je de waarde van bv. cel A5, dan wordt de waarde van de cel A5 meteen aangepast. Het spreadsheet met meetgegevens De eerste rij in het spreadsheet bevat de namen van de verschillende meetgegevens die in het spreadsheet zijn opgeslagen. Als je kijkt naar de eerste kolom dan valt op dat hierin een dag en tijd is opgeslagen. Dit kan op verschillende manieren gedaan worden. Ga op een cel in de eerste kolom staan en klik rechts met de muis. Er verschijnt een scroll down menu. Ga naar “format cells” en klik links. Je ziet dan een menu verschijnen met daarin de mogelijkheid om voor de betreffende cel allerlei eigenschappen te kiezen (number, alignment, font, enz.). Klik op “number” en je ziet dan dat voor deze cel (en alle andere uit deze kolom) de categorie “date” is gekozen en binnen deze categorie het type “ 3-14-01 13:30”. Dit betekent: maand: 3(maart), dag: 14, jaar: 01 (2001), uur: 13 en minuut: 30. Je kunt ook andere mogelijkheden kiezen. Vragen en opdrachten: 5. Ga na wat de eigenschappen van de cellen in de CO 2 en twee andere kolommen zijn en noteer deze, samen met de naam van het meetgegeven. 6. Bekijk ieder van de meetgegevens en bepaal tussen welke zinvolle minimum en maximum waarden de gegevens zouden moeten liggen, of met andere woorden wat zijn realistische waarden in Nederland. Stel dat je hebt besloten dat de temperatuur tussen de -5 en 30° C moet liggen. Hoe kun je dan bepalen of en hoeveel waarden uit het spreadsheet niet voldoen aan deze voorwaarden? Hiervoor kun je bijvoorbeeld de logische functie “IF” gebruiken. Je vind deze onder Insert, Function, function category = logical. De manier waarop deze functie werkt is als volgt: =IF(logische uitdrukking, waarde als waar, waarde als niet waar). Door bijvoorbeeld in een lege kolom (bijvoorbeeld kolom L) in te vullen: =IF(D2<-5,1,0), kun je controleren of de cel D2 (dit is de lucht temperatuur) een waarde heeft kleiner dan -9. Als dit het geval is dan krijgt de uitdrukking een waarde 1, als het niet waar is een waarde 0. Je kunt ook op twee waarden testen. Dit doe je door voor de waarde “niet waar” (dat was dus voor temperaturen boven de -5) weer een logische IF uitdrukking in te vullen, die test of de waarde ook aan de tweede waarde van 30° C dus, voldoet. Om bijvoorbeeld te controleren of de temperatuur boven de 30° of onder de -5° ligt, kun je =IF(D2>30,1,IF(D2<-5,1,0)) gebruiken. Je kunt, door de vulgreep te gebruiken, de bewerking op alle rijen van de spreadsheet met meetgegevens toepassen. Als je meerdere kolommen op deze wijze wilt controleren, dan gebruik je steeds een volgende lege kolom om de waarden te testen. Aanwijzing: Laat iedere Excel bewerking vooraf gaan door een = of +. Doe je dit niet dan herkent Excel het niet al een bewerking. Vragen en opdrachten: 7. Controleer twee van de kolommen meetgegevens (niet T-gas, Volt en Wind), waarvoor je eerder de grenswaarden hebt bepaald. 8. Bedenk een snelle manier om te tellen hoeveel waarden niet voldoen aan de door jouw gekozen grenswaarden. Hoeveel afwijkende waarden tel je in de door jouw gekozen meetgegevens. Noteer de grenswaarden en het aantal afwijkende waarden. 9. Een ijking heeft uitgewezen dat tussen de laatste ijking op 30 januari 2008, 0:10 uur en 29 februari 2008, 23:55 uur de afgelezen CO2 waarde 20 ppm te hoog is geworden. Je mag aannemen dat het verloop lineair is. Bedenk een methode om de waarden te corrigeren. De gecorrigeerde waarden hoeven niet in dezelfde kolom te worden teruggezet. Grafieken Als we te maken hebben met grote hoeveelheden meetgegevens, is het handig om te gegevens in de vorm van grafieken te tonen. In een tabel verlies je snel het overzicht en is het moeilijk om te ontdekken of een meetgegeven toeneemt of afneemt of dat er relatie bestaat tussen meetgegevens. In het volgende zullen we wat meer vertellen over het maken van grafieken met Excel. Grafieken zijn grafische weergaven van waarden uit een werkblad. Elke waarde komt voor als een gegevenspunt in de grafiek. Een serie gegevenspunten die afkomstig is uit dezelfde kolom of rij heet een gegevensreeks (serie). Een grafiek kan meerdere gegevensreeksen bevatten. Behalve de gegevensreeksen kan een grafiek ook een titel, as-aanduidingen, een legenda (per gegevensreeks) en andere onderdelen bevatten. De grafiek is gekoppeld aan de gegevens; veranderen de gegevens dan verandert automatisch ook de grafiek. De grafiekenwizard (Chart Wizard) helpt je bij het maken van een grafiek en laat je de gewenste instellingen aan brengen. Om een grafiek te maken ga je als volgt te werk. Klik op de knop ‘Chart Wizard’ in de werkbalk standaard of kies ‘Insert’ en ‘Chart…’ in de menubalk zodat het eerste venster van de grafieken-wizard verschijnt. In dit eerste venster kun je het type grafiek dat je wil maken kiezen. Wij zijn voornamelijk geïnteresseerd in de “Line” en “XY scatter” grafieken. Loop door de wizard en construeer de grafiek naar wens. De grafiekenwizard is vrij duidelijk op zich en vraagt enkel een beetje oefening. Een voorbeeld ter verduidelijking. Voorbeeld Stel dat we twee variabelen willen uitzetten in een zogenaamde lijngrafiek (line plot). Veronderstel dat de waarden van de variabelen zich in kolom A (A2:A500) en kolom B (B2:B500) bevinden. We gaan dus CO2 concentratie uitzetten tegen de tijd. Open de grafiekenwizard door bv. op de knop ‘Chart Wizard’ te drukken. Kies als grafiektype ‘Line’ met als subtype de ‘Line. Displays trend over time or categories’ (dit is het eerste chart sub-type) en klik op de knop ‘NEXT>’. Excel veronderstelt, zoals je kunt aflezen uit het ‘Data Range’ tabblad, dat de gegevensreeksen in de kolommen van het werkblad staan en selecteert meteen het hele werkblad. Dit willen we niet, wij willen allen maar de kolommen A en B van 1 tot 500. Wij moeten dus dit bereik met de muis selecteren op het werkblad. Wanneer je de muisknop loslaat, zet EXCEL het geselecteerde bereik in het invulvak ‘Data Range’. Op het tabblad ‘Series’ vind je o.a. de mogelijkheid om de X- en Y-as om te wisselen als je dit wilt. Merk op dat EXCEL de grafiek al de titel ‘CO2’ heeft gegeven. Ook de legenda draagt de naam ‘CO2’. De naam van de legenda kun je veranderen door inhoud van het invulvak naast ‘Name:’ te selecteren en een andere naam in te vullen. Wanneer alles naar je zin lijkt, klik je op de knop ‘NEXT>’. Op het tabblad ‘Titles’ kun je de grafiek een titel geven net als de assen. Verander de titel van “CO2” naar “CO2 chart” en benoem de assen met “Dag” en “CO2 ppm”. Op de andere tabbladen kun je met behulp van eenvoudige aankruisvakjes opties aan- en uitschakelen. Deze spreken voor zich. Je kunt bijvoorbeeld rasterlijnen (gridlines - horizontaal of verticaal) aan of uit zetten. Ook kun je horizontale en verticale assen aanpassen. Klik daarna op de knop ‘NEXT>’. De laatste optie – Chart location – stelt je in staat de grafiek als een object in te voegen op een bestaand werkblad of als een zogenaamd grafiekblad. Als je voor het grafiekblad kiest, wordt een werkblad aan de werkmap toegevoegd waar de grafiek wordt neergezet. Kies bv. voor dit laatste en geef als titel voor het grafiekblad “Lijn grafieken” mee. Mocht je nog iets willen veranderen, dan kan je naar voorgaande vensters terugkeren met behulp van de knop ‘<BACK’. Klik op de knop ‘FINISH’. Daarmee verschijnt de grafiek op het scherm. De grafiek is ook nu nog makkelijk te wijzigen. Stel bv. dat je de achtergrondkleur van de puntenwolk wil wijzigen van grijs naar wit. Beweeg de muisaanwijzer over de achtergrond van de grafiek. Een kadertje met ‘Plot Area’ zal verschijnen en dubbelklik vervolgens. Je krijgt het tabblad ‘Patterns’ te zien waarin je zowel ‘Border’ als ‘Area’ kan wijzigen. Zet ze allebei op wit en klik op de knop ‘OK’. De punten zullen nu uitgezet zijn tegen een witte achtergrond. Vragen en opdrachten: 10. Kies twee meetgegevens. Bedenk hoe je de gegevens wilt presenteren (layout, titels, legenda, namen voor de assen, enz.), om een goed idee te krijgen hoe het verloop is van een meetwaarde. Kies er twee en maak deze. 11. Print de grafieken. 12. Lever het materiaal van de oefeningen in bij de docent. 13. (Facultatief) Maak nog één of twee lijndiagrammen van andere meetgegevens. Practicum: 'Invloed van licht op planten' (deel II) Duur: 30 minuten Bekijk beide proefopstellingen en meet de hoeveelheid gas. Vragen: 1. Bij de proefopstelling in het donker is er _____ millimeter gas gevormd. 2. Bij de proefopstelling in het licht is er _____ millimeter gas gevormd. Het proces dat in planten afspeelt heet fotosynthese. De scheikundige reactie heeft de volgende formule: Fotosynthese: water + CO2 + licht → glucose + O2 CO2: koolstofdioxide O2: zuurstof Klopt deze reactie met wat je hebt gevonden? Vragen: 3. De reactie klopt wel/niet, want bij de opstelling in het donker zag je meer/minder gas dan bij de opstelling in het licht. 4. Het gevormde gas bij de opstelling in het licht/donker is volgens de reactie van de fotosynthese koolstofdioxide/zuurstof. 5. Als een plant veel van het gas koolstofdioxide/zuurstof vormt, dan heeft deze ook volgens de reactievergelijking veel van het gas koolstofdioxide/zuurstof opgenomen. Invloed van licht op planten op de meetgegevens Duur: 1 uur Een plant in het licht produceert zuurstof en neemt daarbij koolstofdioxide op. Is dit ook in de data terug te vinden? Een probleem is, dat er door de meter geen lichtinval wordt gemeten. Maar er is wel een overeenkomst tussen tijdstip op de dag en lichtinval! Immers, overdag schijnt de zon en 's nachts niet. Vraag: 6. Volgens de reactievergelijking van de fotosynthese nemen planten in het licht meer/minder CO2 op dan in het donker. Dus dan zal de hoeveelheid CO2 's nachts stijgen/dalen en overdag zal de hoeveelheid CO2 stijgen/dalen. Hoe bereken je nu de gemiddelde concentratie CO2 per tijdstip? Bekijk eerst in welk formaat een meettijdstip is opgeslagen in de Excel sheet. Een tijdstip blijkt een gebroken getal te zijn. Vraag: 7. De dag en tijdstip bestaat uit een getal voor en na de komma. Voor de komma staat _______________________________, na de komma staat _________________________________. Om het tijdsstip hieruit te halen heb je het getal voor/na de komma nodig. Maak een nieuwe kolom, die 'Tijdstip' heet. Deze kolom gaat het tijdstip op de dag uit de eerste kolom halen, waarin de datum én tijdstip zit. De Excel formule 'TRUNC' haalt uit een getal het gedeelte vòòr de komma. Oftewel haalt uit het getal pi de waarde '3'. Stel, het getal pi staat op vakje A2. Dan kun je met de formule '=TRUNC (A2)' het getal '3' verkrijgen. Met '=A2-TRUNC(A2)' krijg je het gedeelte achter de komma. Vraag: 8. Om het tijdsstip uit de dag en tijdstip te halen is het getal voor/na de komma (of punt) nodig. De Excel formule die gebruikt moet worden is dan '=_______________________'. Nu kunnen we het tijdstip verkrijgen uit de meetwaarden, maar nu moeten we nog de gemiddelde hoeveelheid CO2 per tijdstip berekenen. Hiervoor verdelen we de dag in acht stukken (van elk drie uur). En we moeten de gemeten hoeveelheden CO 2 verdelen over acht kolommen, afhankelijk van het tijdstip waarom deze hoeveelheid gemeten is. Daarna pas kunnen we de gemiddelde hoeveelheid CO2 per tijdstip bepalen. Hieronder staat een fictief voorbeeld hoe dit eruit moet zien bij drie kolommen: Tijdstip 0.25 0.5 0.75 0.25 0.5 0.75 Gemiddelde Hoeveelheid CO2 300 400 500 500 400 300 400 Ochtend Middag Avond 300 X X 500 X X 400 X 400 X X 400 X 400 X X 500 X X 300 400 Om de hoeveelheden te verdelen over de kolommen is de IF formule nodig. Bekijk hiervoor eventueel de paragraaf ‘Excel uitleg bij de spreadsheet’ opnieuw. Vraag: 9. Om een gedeelte van de dag aan te geven heb je een/twee/meer IF formule(s) nodig. Een gedeelte van een dag heeft een begin en een eind. Een tijdstip valt pas in een bepaald dagdeel als deze valt nà het begin én voor het einde van dit dagdeel. Hiervoor zul je twee IF formules nodig hebben. Vraag: 10. Maak in de Excelsheet met meetwaarden acht extra kolommen, voor elk dagdeel één. Het eerste dagdeel loopt van nul tot één achtste. Als het tijdstip in die rij valt tussen deze twee tijdstippen moet er _____________________________ komen te staan, ander moet er ________________________ komen te staan. Als een tijdstip buiten een dagdeel valt, moet er een letter, bijvoorbeeld 'X' komen te staan. Vragen: 11. Bereken van elk dagdeel de gemiddelde hoeveelheid CO2 en zet dit uit in een grafiek. 12. Als een tijdstip buiten een dagdeel valt, dan zet ik er een letter neer. Zou ik er bijvoorbeeld het getal nul neer laten zetten, dan ________________________________________ __________________________________________________________________________________________________. 13. Uit de gegevens blijkt dat overdag de hoeveelheid CO2 stijgt/daalt. In de nacht wordt de hoeveelheid CO2 meer/minder. Dit is wel/niet in overeenstemming met het practicum met de waterpest. Je mag hieruit wel/niet concluderen dat planten een grote invloed hebben op de hoeveelheid CO2 in de lucht. Andere verklaring: inversie / turbulentie Duur: 1 uur Werk in tweetallen. Bij het practicum met de waterpest hebben we de CO2 opname door planten nader bestudeerd, en gezien dat planten overdag meer CO 2 opnemen dan ‘s nachts. Dit zou een mooie verklaring kunnen zijn voor de schommelingen van de CO 2 concentratie in de lucht, die we tussen dag en nacht buiten meten. Zo simpel is het echter niet… Er zijn nog meer verschillen tussen dag en nacht, die invloed hebben op de hoeveelheid CO2 die we meten! Één belangrijk aspect is dat overdag het aardoppervlak opwarmt, en het kouder wordt hoe hoger men in de atmosfeer komt. ’s nachts echter koelt het aardoppervlak af, waardoor het op de grond juist koeler is dan in de hoger gelegen luchtlagen. Dit wordt inversie genoemd. Vragen: 1. Wat gebeurt overdag met het CO2 dat bij het aardoppervlak ontstaat en wat gebeurd met het CO 2 dat ’s nachts wordt geproduceerd? (Hint: denk aan de luchtstromingen van warme en koude lucht). 2. Inversies worden sterk beïnvloed door wind. Om dit nader te bestuderen gaan we dagen met weinig wind met dagen met veel wind vergelijken. Overleg met je partner hoe je deze data kunt verkrijgen. Kies 6 opeenvolgende dagen met weinig wind en 6 opeenvolgende dagen met veel wind. Beschrijf hoe je aan de data bent gekomen en welke dagen je hebt gekozen. 3. Maak twee grafiekjes waarin je de tijd tegen de CO 2 concentraties van deze dagen uitzet. Let erop dat de grafiekjes dezelfde schaal hebben; deze kun je door een dubbele klik op de Y-as aanpassen. Geef de grafiekjes zinvolle titel. Vergelijk de twee grafiekjes. Hoe kun je het verschil verklaren? Verbanden zoeken We hebben gezien dat er bij het aardoppervlak, waar de CO 2 concentraties worden gemeten, schommelingen tussen dag en nacht kunnen zijn, en dat inversies en wind hierbij een grotere rol spelen dan de plantenactiviteiten. Als we nog eens naar het eerste grafiekje van vraag 3 kijken kunnen we zien dat de CO2 waardes ook per dag kunnen verschillen. Welke factoren hierbij een rol spelen gaan we in dit onderdeel naarder onderzoeken. Vragen: 4. Maak een (puntenwolk)grafiek waarin je nagaat wat de rol van de windsterkte op de CO 2 gehaltes in de lucht is (welke CO2 waardes moet je gebruiken?) Verklaar het gevonden verband tussen windsterkte en de CO2 concentratie in de lucht. 5. Als je de gemiddelde CO2 concentratie welke bij de school werd gemeten met die van een andere school wilt vergelijken, heb je dus het probleem dat de CO2 waarden afhankelijk zijn van de windsterkte. Voor het bepalen van de gemiddelde CO2 concentratie worden daarom alleen de waardes overdag bij een windsnelheid boven 4.5 m/s meegenomen. Leg uit waarom dit zinvol is. 6. Naast de windsterkte werden nog andere weersomstandigheden gemeten. a. Denk samen met je partner na hoe deze parameter met de CO2 concentratie in de lucht samen kan hangen. b. Kies één parameter uit, en noteer de verwachte samenhang. Verklaar ook de samenhang. c. Besprek de parameter en het verwachte verband met je docent. d. Onderzoek aan de hand van een grafiekje of je verwachtingen kloppen. Welk type grafiek kies je? Afsluiting Herhaal samen met je klas de factoren waardoor we overdag andere CO2 gehaltes in de lucht meten dan ’s nachts. Verzamel ook de verbanden tussen de weersomstandigheden en de CO2 concentratie. Zet alles op bord. Er zijn echter nog heel andere factoren die invloed kunnen hebben op de hoeveelheid CO2 in de lucht. Zo zal de hoeveelheid CO2 in de buurt van een snelweg hoger zijn dan op een plekje in het bos. Ook zal de CO2 concentratie tijdens de spits hoger zijn dan op een rustige zondag. Dit kunnen we alleen meten als we dicht bij de snelweg meten. Andere factoren zijn alleen over een langer tijdsperk zichtbaar zoals verschillen door het jaar heen. De CO2-concentratie verandert dus niet alleen op verschillende plaatsen, maar ook op verschillende tijden. Denk samen met je partner na over mogelijke factoren die schommelingen in de CO2 concentratie kunnen veroorzaken en schrijf de ideeën op. Noteer ook of je dit bij jullie school zou kunnen meten. Opdracht: Verzamel tot slot de ideeën in je klas. Tot slot Lever alle antwoorden op de gestelde vragen in dit lesmateriaal en de door jullie gemaakte grafieken en/of uitwerkingen bij de opdrachten in bij je docent.
