afdruk

Brotzeit door Udo Pollmer

Erde

Het regenwoud zijn de "groene longen" van onze planeet. Elk schoolkind weet: zonder plantengroei zou er geen zuurstof in de lucht zijn en dus ook geen dieren en mensen.

Dit ligt aan de fotosynthese: planten vormen kooldioxide en water met behulp van zonlicht suiker en daaruit weer zetmeel en cellulose. En zoals bekend komt bij deze reactie zuurstof vrij. Het is als het ware een bijproduct van de biologische suikerproductie. In tegenstelling tot planten die kooldioxide uit de atmosfeer gebruiken en in ruil daarvoor zuurstof vrijgeven, verbruiken mensen zuurstof en ademen ze kooldioxide uit. Door deze wederzijdse toevoer van kooldioxide en zuurstof zijn planten en dieren met elkaar verbonden en hebben ze elkaar nodig. Tot zover de leerboeken.

Laten we de hogeschool verlaten en afdalen naar een fruitkelder: degenen die...

...er werken, weten dat bij de opslag van groenten en fruit niet meer zuurstof geproduceert wordt door de groenten & fruit, maar precies het tegenovergestelde gebeurd: het verbruikt de zuurstof in de lucht en vormt kooldioxide. Dit is vervelend voor de groente- en fruithandelaar. Als hij de zuurstof niet op tijd verwijdert, wordt het fruit overrijp en verleppen zijn groenten.

Omdat tijdens de opslag snel kooldioxideconcentraties bereikt worden die het fruit schaden, worden speciale apparaten, de zogenaamde scrubbers, in de magazijnen geïnstalleerd. Ze vissen de kooldioxide uit de atmosfeer van de luchtdichte opslaghallen. Om het opgeslagen fruit weer tot leven te wekken, krijgt het fruit een flinke portie zuurstof om te ademen. Dankzij deze technologie hebben we het hele jaar door de bschikking over ons aanbood van groenten en fruit.

Waarom verbruiken planten, tegen de gangbare leer in, de zuurstof en geven ze, net als mensen en dieren, kooldioxide af aan de atmosfeer? Als planten hun reserves zoals zetmeel of suiker willen gebruiken om energie op te wekken, bijvoorbeeld bij het ontkiemen, dan hebben ze precies evenveel zuurstof nodig als ze eerder hebben afgegeven en scheiden ze precies evenveel kooldioxide uit als ze eerder hebben gebonden. Hetzelfde geldt wanneer planten verrotten, verbranden of verteerd worden. Uiteindelijk blijft er volgens Adam Riese geen gram zuurstof over, en er wordt geen gram CO2 verbruikt.

Het is dus niet zo, dat de planten de dieren van zuurstof in de lucht voorzien. Uiteindelijk consumeren ze het zelf. En wel volledig!

Maar veel leerboeken hebben het idee van de groene longen, die de wereld van zuurstof voorzien, eenvoudig overgenomen: de planten zouden ervoor gezorgd hebben dat onze atmosfeer 21% zuurstof ging bevatten. Cyanobacteriën, d.w.z. fytoplankton in het ondiepe water op de evenaar, zou met de productie begonnen zijn. Toen er een beetje zuurstof in de lucht was, zouden complexere levende wezens zoals planten op weg zijn gegaan om de aarde te veroveren.

Maar dat is uiterst twijfelachtig. Opdat het leven überhaupt ontwikkelen kon, had het eerst de beschermende ozonlaag nodig, anders dringt de dodelijke UV-C-straling van de zon ongehinderd door tot op het aardoppervlak en elk begiinnend leven zowel op het land als in het water wordt in de kiem gesmoord Ozon bestaat uit zuurstof. Daarom moet er zuurstof aanwezig zijn geweest voordat het leven zich aan het aardoppervlak kon ontplooiem. Cyanobacteriën hebben licht nodig, en omdat kortegolf-UV-licht dieper in het water doordringt dan daglicht, scheiden ze als oer-producenten het zuurstof uit. Bovendien werd alle zuurstof in de „oer-zee" onmiddellijk voor de oxidatie van de metalen „verbruikt".

Maar waar komt dan de zuurstof in de lucht vandaan die ons het leven mogelijk maakt? Het laatstelijk geldige bewijs leverde de Apollo 16 - missie van 1972, bijna een halve eeuw geleden. Het liet zien wat natuurkundigen al langer hadden voorspeld: In de bovenste atmosfeer (vanaf 400 km) splitst het zonlicht watermoleculen op in waterstof en zuurstof. Het lichte waterstof wordt niet langer tegengehouden door de zwaartekracht van de aarde en verdwijnt in de interplanetaire ruimte, de zware zuurstof zakt terug naar de aarde.

Deze vorm van zuurstofvorming vond lal lang voor het ontstaan van leven op aarde plaats. Totdat dit inzicht doorgedrongen zal zijn op onze scholen, zal waarschijnlijk nog wel een halve eeuw voorbijgaan.

 

Literatuur

Osterloh A et al: Lagerung von Obst und Südfrüchten. Ulmer; Stuttgart 1996

Böttcher H: Frischhaltung und Lagerung von Gemüse. Ulmer, Stuttgart 1996

Kundt W, Marggraf 0: Physikalische Mythen auf dem Prüfstand. Springer, Berlin 2014

Teolis BD et al: Cassini finds an oxygen-carbon dioxide atmosphere at Saturn's icy moon Rhea. Nature 2010; 330: 1813-1815

Anon: Dreaming of an ultraviolet christmas. New Scientist 13. Dec. 1973: 772

Rasmussen C: Spaceborne carbon counter maps new details. NASA News 18.12.2014

Catling DC, Zahnle KJ: Wenn die Atmosphäre ins All entweicht. Spektrum der Wissenschaft 2010; H.1: 24-31

Hunten DM: Pipelines to the planets. Nature 1977; 389: 125-126

Taylor CT, McEiwain JC: Ancient atmosphere and the evolution of oxygen sensing via the hypoxia­inducible factor in metazoans. Physiology 2010; 25: 272-279

Carruthers GR, Page T: Apollo 16 far-ultraviolet camera-spectrograph: earth observations. Science 1972; 177: 788-791

Carruthers GR et al: Apollo 16 Lyman alpha imagery of the hydrogen geocorona. Journal of Geophysical Research 1976; 81: 1664-1672

Van Valen L: The history and stability of atmospheric oxygen. Science 1971; 171: 439-443

Brinkman RT: Dissociation of water vapor and evolution of oxygen in the terrestrial atmosphere. Journal of Geophysical Research 1969; 74: 5355-5368

Broadfoot AL et al: Ultraviolet observations of Venus from Mariner 10: preliminary results. Science 1974; 183: 1315-1318

Snow GE, Javor GT: Oxygen and evolution. Origins 1975; 2: 59-63

Bowhill SA, Dyer ER: The Upper Atmosphere. Part V of Solar-Terrestrial Physics 1970 Comprising the Proceedings of the International Symposium on Solar-Terrestrial Physics Held in Leningrad 12.-19. May 1970. Reidel, Dordrecht 1972