H18 Wereldwijde kringlopen
Biologie 18.1: Koolstofkringloop
CO2 meten
In elke ijslaag luchtbelletjes met een CO2-gehalte → ijsboringen voor onderzoek.
CO2 in de atmosfeer
CO2 is een broeikasgas → houdt warmtestraling vast → broeikaseffect. Menselijke activiteiten
zorgen voor een versterkt broeikaseffect. Door de hogere temperaturen stijgt de zeespiegel en
is er meer neerslagvariabiliteit. Ecosystemen zullen drastisch veranderen.
Moerasgas
Moerasgas bestaat vooral uit methaan (CH4) → ontstaat uit organisch materiaal onder
anaerobe omstandigheden. Bij het smelten van permafrost komt er veel organische stof vrij.
Methaanbacteriën
Methaanbacteriën zetten organische stoffen anaeroob om in moerasgas.
Archaeabacteriën leven op permafrost. CH4 oxideert deels in de atmosfeer tot CO2.
Herkauwers produceren CH4 → lichaam bevat veel methaanbacteriën voor de vertering.
CO2-reductie op het land
Bossen zorgen voor een tijdelijke CO2-reductie via fotosynthese. Niet alle vastgelegde koolstof
blijft in de boom: voor dissimilatie wordt glucose gebruikt → CO2. Organische stoffen
verdwijnen ook door vraat in de maag van herbivoren. Reducenten breken de organische
stoffen in hun uitwerpselen en dode resten van planten en dieren (detritus) af → CO2.
Snelle koolstofkringloop = route die koolstof neemt door planten, dieren en reducenten.
CO2 in water
In water lost CO2 op en vormt HCO3-. Algen en waterplanten gebruiken dit ion in de
fotosynthese. Dode algen zakken naar de oceaanbodem.
Hier is de afbraak slecht, dus verdwijnt CO2 uit de atmosfeer samen met de algen.
Harde koolstof
Zeedieren kunnen HCO3- uit het water opnemen en er kalk (CaCO3) van maken → schelpen.
Onder hoge druk kunnen de schelpen veranderen in kalksteen → opslag van CO2.
Bij verwering komt de CO2 weer vrij. Organische stoffen van dode organismen kunnen
veranderen in steenkool of aardolie → langzame koolstofkringloop.
Bij het gebruik van fossiele brandstoffen komt de CO2 weer vrij.
Er zijn ook alternatieven, zoals alcohol uit biomassa (snelle koolstofkringloop).
Het enzym cellulase zet cellulose uit plantaardige resten om in glucose.
Gisten zetten glucose anaeroob om in ethanol en CO2.
, H18 Wereldwijde kringlopen
Biologie 18.2: Stikstofkringloop
Stikstofopname
Stikstof is vaak niet opneembaar. Planten nemen N2 op uit de bodem als nitraat- (NO3-) of
ammoniumionen (NH4+). Stikstofbinding/stikstoffixatie = opnemen en koppelen van N2 aan
organische stoffen door stikstofbindende bacteriën.
Sommige bacteriën leven in knolletjes in plantenwortels (symbiose). Leghemoglobine bindt
zeer sterk O2 → onder anaerobe omstandigheden werkt nitrogenase (enzym) van de bacteriën
optimaal. N2-gas wordt omgezet in NH4+, waarmee bacteriën aminozuren kunnen maken vanuit
de koolhydraten van de plant.
De plant krijgt NH4+-ionen en aminozuren terug (mutualisme). Na de oogst worden
stikstofhoudende organische stoffen door reducenten afgebroken tot NO3- en NH4+. Via deze
groenbemesting blijft de grond vruchtbaar.
Eutrofiëring in Nederland
Nederlandse boeren bemesten hun grond met stikstofverbindingen. Uitspoeling van
stikstofzouten (bij veel regen) leidt tot eutrofiëring → oppervlaktewater in de omgeving wordt
volledig bedekt met algen. Door een gebrek aan licht sterven de waterplanten af.
Reducenten breken de dode planten af, maar ze gebruiken hierbij veel O2.
Het water raakt zuurstofloos, waardoor ook de waterdieren sterven.
Te veel bodemzouten
De landbouwproductie neemt toe door bevolkingsgroei. Hiervoor is veel kunstmest nodig →
fosfaat, kalium, nitraat. Ook wordt er veel natuurlijke mest gebruikt, maar er gaan teveel zouten
de bodem in: overschot aan bodemzouten.
De stikstofkringloop in kaart
Bij de verbranding van fossiele brandstoffen ontstaan lachgas (N2O, sterk broeikasgas) en
stikstofoxiden (NOx, reageert tot NO3-). De menselijke bijdrage aan de stikstofkringloop is groot,
maar moeilijk mondiaal in kaart te brengen.
Stikstof in organismen
Van de opgenomen stikstofzouten maken planten organische stikstofhoudende verbindingen.
Dieren: herbivoren maken uit de verteringsproducten van planten OSV.
Reducenten: ammnonificerende bacteriën breken OSV af, waarbij ammoniak (NH3) ontstaat.
Ammonificatie: NH3 vormt in water NH4+-ionen.
2 groepen nitrificerende bacteriën:
1. Nitrietbacteriën: maken (m.b.v. O2) NH4+ uit NO2- (nitriet).
2. Nitraatbacteriën: zetten NO2- om in NO3-.
Beide processen samen heten nitrificatie. De vrijgekomen energie gebruiken bacteriën om CO2
om te zetten in organische stoffen. Bij anaerobe omstandigheden zetten denitrificerende
bacteriën NO3- om in NO, N2O en N2 → denitrificatie.
Biologie 18.1: Koolstofkringloop
CO2 meten
In elke ijslaag luchtbelletjes met een CO2-gehalte → ijsboringen voor onderzoek.
CO2 in de atmosfeer
CO2 is een broeikasgas → houdt warmtestraling vast → broeikaseffect. Menselijke activiteiten
zorgen voor een versterkt broeikaseffect. Door de hogere temperaturen stijgt de zeespiegel en
is er meer neerslagvariabiliteit. Ecosystemen zullen drastisch veranderen.
Moerasgas
Moerasgas bestaat vooral uit methaan (CH4) → ontstaat uit organisch materiaal onder
anaerobe omstandigheden. Bij het smelten van permafrost komt er veel organische stof vrij.
Methaanbacteriën
Methaanbacteriën zetten organische stoffen anaeroob om in moerasgas.
Archaeabacteriën leven op permafrost. CH4 oxideert deels in de atmosfeer tot CO2.
Herkauwers produceren CH4 → lichaam bevat veel methaanbacteriën voor de vertering.
CO2-reductie op het land
Bossen zorgen voor een tijdelijke CO2-reductie via fotosynthese. Niet alle vastgelegde koolstof
blijft in de boom: voor dissimilatie wordt glucose gebruikt → CO2. Organische stoffen
verdwijnen ook door vraat in de maag van herbivoren. Reducenten breken de organische
stoffen in hun uitwerpselen en dode resten van planten en dieren (detritus) af → CO2.
Snelle koolstofkringloop = route die koolstof neemt door planten, dieren en reducenten.
CO2 in water
In water lost CO2 op en vormt HCO3-. Algen en waterplanten gebruiken dit ion in de
fotosynthese. Dode algen zakken naar de oceaanbodem.
Hier is de afbraak slecht, dus verdwijnt CO2 uit de atmosfeer samen met de algen.
Harde koolstof
Zeedieren kunnen HCO3- uit het water opnemen en er kalk (CaCO3) van maken → schelpen.
Onder hoge druk kunnen de schelpen veranderen in kalksteen → opslag van CO2.
Bij verwering komt de CO2 weer vrij. Organische stoffen van dode organismen kunnen
veranderen in steenkool of aardolie → langzame koolstofkringloop.
Bij het gebruik van fossiele brandstoffen komt de CO2 weer vrij.
Er zijn ook alternatieven, zoals alcohol uit biomassa (snelle koolstofkringloop).
Het enzym cellulase zet cellulose uit plantaardige resten om in glucose.
Gisten zetten glucose anaeroob om in ethanol en CO2.
, H18 Wereldwijde kringlopen
Biologie 18.2: Stikstofkringloop
Stikstofopname
Stikstof is vaak niet opneembaar. Planten nemen N2 op uit de bodem als nitraat- (NO3-) of
ammoniumionen (NH4+). Stikstofbinding/stikstoffixatie = opnemen en koppelen van N2 aan
organische stoffen door stikstofbindende bacteriën.
Sommige bacteriën leven in knolletjes in plantenwortels (symbiose). Leghemoglobine bindt
zeer sterk O2 → onder anaerobe omstandigheden werkt nitrogenase (enzym) van de bacteriën
optimaal. N2-gas wordt omgezet in NH4+, waarmee bacteriën aminozuren kunnen maken vanuit
de koolhydraten van de plant.
De plant krijgt NH4+-ionen en aminozuren terug (mutualisme). Na de oogst worden
stikstofhoudende organische stoffen door reducenten afgebroken tot NO3- en NH4+. Via deze
groenbemesting blijft de grond vruchtbaar.
Eutrofiëring in Nederland
Nederlandse boeren bemesten hun grond met stikstofverbindingen. Uitspoeling van
stikstofzouten (bij veel regen) leidt tot eutrofiëring → oppervlaktewater in de omgeving wordt
volledig bedekt met algen. Door een gebrek aan licht sterven de waterplanten af.
Reducenten breken de dode planten af, maar ze gebruiken hierbij veel O2.
Het water raakt zuurstofloos, waardoor ook de waterdieren sterven.
Te veel bodemzouten
De landbouwproductie neemt toe door bevolkingsgroei. Hiervoor is veel kunstmest nodig →
fosfaat, kalium, nitraat. Ook wordt er veel natuurlijke mest gebruikt, maar er gaan teveel zouten
de bodem in: overschot aan bodemzouten.
De stikstofkringloop in kaart
Bij de verbranding van fossiele brandstoffen ontstaan lachgas (N2O, sterk broeikasgas) en
stikstofoxiden (NOx, reageert tot NO3-). De menselijke bijdrage aan de stikstofkringloop is groot,
maar moeilijk mondiaal in kaart te brengen.
Stikstof in organismen
Van de opgenomen stikstofzouten maken planten organische stikstofhoudende verbindingen.
Dieren: herbivoren maken uit de verteringsproducten van planten OSV.
Reducenten: ammnonificerende bacteriën breken OSV af, waarbij ammoniak (NH3) ontstaat.
Ammonificatie: NH3 vormt in water NH4+-ionen.
2 groepen nitrificerende bacteriën:
1. Nitrietbacteriën: maken (m.b.v. O2) NH4+ uit NO2- (nitriet).
2. Nitraatbacteriën: zetten NO2- om in NO3-.
Beide processen samen heten nitrificatie. De vrijgekomen energie gebruiken bacteriën om CO2
om te zetten in organische stoffen. Bij anaerobe omstandigheden zetten denitrificerende
bacteriën NO3- om in NO, N2O en N2 → denitrificatie.
