Geschiedenis van de aarde Vragen bij de oefen- en zelftoetsmodule behorende bij hoofdstuk 25 van 'Biology', Campbell, 8e druk en de colleges 'Dynamische aarde'. november 2009 Inleiding Je moet weten: hoe lang geleden de belangrijkste gebeurtenissen plaatsvonden de opbouw van de aarde de oorzaak voor continental drift en de gevolgen voor de biodiversiteit de periodes van massale sterfte en de oorzaken daarvoor de grenzen van de eonen en era's en waardoor die worden bepaald hoe fossielen ontstaan de anorganische koolstofkringloop en de invloed op het klimaat De tijdsschaal 1. De drie eonen (1) Deze balk geeft de tijd weer tussen het ontstaan van ons universum en nu. A. Hoe lang geleden vermoedt men dat het universum is gevormd (oerknal)? B. Hoe lang na het ontstaan van het heelal is de aarde ontstaan? C. Hoe lang duurde het voor de aarde genoeg was afgekoeld voor de vorming van gesteenten? D. De periode waarin geen vast gesteente op aarde is te vinden heeft een eigen naam gekregen. Een dergelijke grote periode noemt men een eon. Hoe heet dit eon? E. Hoe lang daarna is het eerste leven verschenen? F. Na een tijdje ontstaan de cyanobacteriën (blauwalgen), die in staat zijn door fotosynthese zuurstof vrij te maken. Eerst bevat de atmosfeer totaal geen zuurstof, maar het moment dat dit in de atmosfeer duidelijk aanwezig is heeft men aangemerkt als het begin van een nieuw eon. Wanneer was er voor het eerst een significante hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer? G. Hierdoor komt veel zuurstof in de atmosfeer. Wat is het belangrijkste gevolg hiervan? H. Dit markeert het begin van een nieuw tijdperk. Hoe heet het eon tot aan deze nieuwe periode?
2. De drie eonen (2) A. Het eerste leven op aarde bestaat uit bacteriën. Na een tijd verschijnen de eerste eukaryoten: organismen met een kern. Wanneer verschenen de eerste eukaryoten? B. Wanneer verschenen de eerste meercelligen? C. Op een gegeven moment ontstaan er dieren met skeletten die daardoor beter als fossielen bewaard blijven. In deze periode ontstaan ook de meeste moderne dierfyla, en hiermee begint een nieuwe geologisch eon. Wanneer begint dit eon? D. Hoe heet het voorafgaande eon? E. Hoe heet het eon dat duurt van 542 miljoen jaar geleden tot nu? 3. De laatste drie era s Je gaat nu het meest recente eon nader bekijken. A. Het huidige eon wordt ook weer onderverdeeld, en deze onderverdeling kent zelf ook weer een onderverdeling. Zet de benamingen voor deze onderverdelingen in de juiste volgorde van groot tot klein: Eon B. Het eon wordt opgedeeld in drie era's. Waarop is deze verdeling gebaseerd? C. Waar liggen de grenzen van deze drie era's? D. Hoe noemt men deze era's? E. Geef voor elke overgang aan hoeveel % van de families daar ongeveer uitstierf. 4. Leven in de laatste era s Enkele van de nu aanwezige typen organsmen waren aan het begin van dit eon nog niet aanwezig. Enkele zijn aan het einde niet meer aanwezig. Schrijf op welke organismen niet in elk era van dit eon aanwezig zijn, wanneer wel, en eventueel waarom.
De dynamische aarde 5. Opbouw aarde Hier zie je een schematische doorsnede van de aarde. Aangegeven zij drie verschillende lagen. A. Geef de juiste namen aan de lagen. B. Elke laag heeft een andere samenstelling. Geef voor elke laag de twee meest voorkomende elementen. C. Twee lagen worden opgedeeld in een binnen- en een buitengedeelte. Geef aan of deze lagen vast of vloeibaar zijn. D. De lagen van de aarde zijn hier ongeveer even dik aangegeven, maar in het echt is dat anders. Teken ze met de juiste dikte, en zet de dikte erbij. E. De heetste laag is meer dan 5000º C van temperatuur. Welke laag is dat? F. Welke temperatuur heeft de buitenmantel?
6. Gevolgen opbouw aarde A. In de buitenkern kunnen convectiestromen ontstaan, en bovendien draait deze om de binnenkern. Wat is het gevolg van deze bewegingen? B. In de buitenmantel ontstaan vergelijkbare convectiestromen. Wat is het gevolg van deze bewegingen in de buitenmantel? 7. Plaattektoniek Op een gegeven moment ontstonden er stabiele continenten, die op bepaalde momenten één supercontinent vormden, en dan weer uit elkaar dreven. Dit lijkt een een cyclisch proces. A. Gedurende het laatste eon is ook een supercontinent gevormd, en weer uiteengevallen. Dit supercontinent kreeg de naam Pangea. Wanneer ontstond Pangea? B. Wat is het belangrijkste gevolg voor de biodiversiteit als er een supercontinent ontstaat? C. Er is echter nog een ander effect op de ontwikkeling van soorten. Waardoor sterven er toch een aantal soorten uit als een supercontinent weer uiteenvalt? 8. Massale sterfte Op elk moment in de geschiedenis zijn er wel soorten die uitsterven. In het phanerozoïcum zijn er echter vijf momenten waarop wel erg veel soorten tegelijk uitstierven: van de in zee levende soorten verdween dan meer dan 50% van de soorten. A. Twee daarvan heb je al gehad: die bij de overgangen tussen de era's van dit eon. Waar waren de overige drie massale sterftes? Periodes van massale sterfte duren soms relatief lang, maar soms ook erg kort. De massale sterfte 65,5 miljoen jaar geleden ging erg snel, en werd wellicht veroorzaakt door de inslag van een meteoriet. B. Van de snelle massale sterfte van 444 miljoen jaar geleden neemt men aan dat de continental drift de oorzaak was. Hoe zorgde de plaattektoniek daar voor massale sterfte?
9. Aanwijzingen Door plaattektoniek zijn Afrika en Zuid-Amerika ver uit elkaar komen te liggen. Men neemt aan dat deze tot 100 miljoen jaar geleden nog aan elkaar vastzaten. A. Noem drie aanwijzingen hiervoor. B. Het idee dat dit zo kon zijn werd al geopperd in de 17e eeuw, maar is lang omstreden gebleven. Sinds wanneer is het idee van de plaattektoniek en het uiteendrijven van Afrika en Zuid-Amerika bij wetenschappers algemeen geaccepteerd? 10. Platen en bewegingen De aardkorst is verdeeld in een groot aantal kleine en grote aantal platen. Deze kunnen naar elkaar toe bewegen, van elkaar af of langs elkaar heen. A. Hoe noemt men deze gebieden? naar elkaar toe: uit elkaar: langs elkaar: B. Zet achter elk gebied een plaats waar dit voorkomt. C. Bij welke van deze bewegingen komen aardbevingen voor? D. Bij welke van deze bewegingen komen vulkanen voor? Veel van de grenzen van aardschollen liggen in de oceaan. Ze worden gemarkeerd door de oceaantroggen en -ruggen. Vooral de troggen kunnen diep worden: de Marianentrog bij de Filippijnen bijvoorbeeld is 11 kilometer diep. E. Door welke plaatbeweging ontstaan deze ruggen en troggen? Oceaanruggen ontstaan door Oceaantroggen ontstaan door F. Welk deel van de aardkorst is het jongst?
Fossielen 11. Datering Je vindt een fossiel van een gewervelde in een aardlaag. Je kunt een aantal onderzoeken doen. Voer een aantal onderzoeken uit, en ga dan verder om conclusies te trekken. 1. Fossiel dateren met C14 2. Fossiel dateren met uranium 3. De aardlaag dateren met magnetisme 4. De aardlaag dateren met uranium 5. De andere fossielen in de aardlaag bekijken A. Uit welke periode komt dit zoogdier waarschijnlijk? B. De aardlaag wordt met behulp van uranium gedateerd op 300 miljoen jaar, dus op het einde van het carboon. Wat is de verklaring voor deze datering? C. Er is nog nooit een fossiel van dit dier gevonden. Is het waarschijnlijk dat je een nieuw soort zoogdier hebt ondekt? 12. Fossilisatie Van een bepaalde vis worden een vijftal fossielen gevonden uit het krijt. De oudste is 100 miljoen jaar, de jongste daarvan 70 miljoen jaar oud. Bij de overgang van krijt naar het paleoceen, 65,5 miljoen jaar geleden, is er een relatief korte periode van massale sterfte. Van de vis worden geen exemplaren meer gevonden na het krijt. Is deze vis ook uitgestorven ten tijde van deze massale sterfte? 13. Fossilisatie organismen zonder skelet Alleen de skeletdelen van dieren en de verhoute delen van planten fossiliseren gemakkelijk. Toch heeft men ook fossielen gevonden van weekdieren door bijvoorbeeld kruipsporen die in de modder bewaard zijn gebleven. Het eerste leven op aarde was nog veel kleiner: eencellig en prokaryoot. A. Wat voor fossielen heeft men gevonden die het ontstaan van deze organismen 3,9 miljard jaar geleden moeten bewijzen? B. Het eerste leven op aarde waren bacteriën. Deze hadden energie nodig voor alle metabolische processen. Waar haalden ze deze energie vandaan? C. Alle planten gebruiken zonlicht voor energie en de aanmaak van suiker en organische moleculen. Dieren eten planten om deze energie te krijgen. Sommige dieren eten andere dieren die planten eten enzovoort. Ook schimmels en prokaryoten in de bodem leven van afval van planten en/of dieren. Krijgt al het leven op aarde zijn energie direct of indirect uit de zon?
Koolstofkringloop 14. Anorganische opslag In de organische koolstofkringloop nemen planten CO 2 op en zetten dat om in organische moleculen zoals suiker en hout. Dit CO 2 komt weer vrij als deze moleculen verbrand worden: - in een organisme bij de omzetting in energie, of - letterlijk zoals bij brandstof zoals olie en hout. Er is ook een anorganisch deel van de koolstofkringloop, waarbij anorganische stoffen CO 2 opnemen. A. Welk koolstofhoudend molecuul wordt dan gevormd? B. Geef de reactie waarbij CO 2 door calciumsilicaat wordt gebonden. 15. Anorganische kringloop A. Hoe komt deze CO 2 uiteindelijk weer in de atmosfeer? B. Hoe lang duurt deze anorganische koolstofkringloop? 16. Tussenstappen De reactievergelijking is een vergaande versimpeling van dit proces. De kooldioxide komt eerst nog in een andere vorm in het milieu. A. Welke vorm is dat? B. Uiteindelijk zal deze in de oceaan opgeloste stof in het sediment terechtkomen als kalk. Hoe komt de koolstof uiteindelijk in de kalk in het sediment terecht? 17. Hoeveelheden opslag A. Geef aan wat de relatieve hoeveelheden anorganische koolstof zijn die zijn opgeslagen. (Gton = gigaton = 10 12 kilo) In de atmosfeer: 7,9 10 Gton In de oceanen: 3,7 10 Gton In de lithosfeer: 4 10 Gton B. Geef aan in welke vorm de anorganische koolstof is opgeslagen.
18. Invloed van milieu A. Plaats de stoffen op de juiste plek in het schema. B. Waardoor zal de silicaatverwering tegenwoordig sneller gaan? 19. Invloed op milieu Door vulkanisme komt het kooldioxide weer in de atmosfeer. In het phanerozoïcum zijn er twee momenten geweest waarop er erg veel vulkanische activiteit op aarde was. Er kwam toen veel CO 2 in de atmosfeer, en de aarde warmde flink op. A. Geef aan waar dat gebeurde. B. Rond 350 miljoen jaar geleden daalt de hoeveelheid CO 2 in de atmosfeer heel snel. Het gevolg was dat de gemiddelde temperatuur op aarde zo'n 10 graden zakte, en dat er grote delen bedekt raakten met ijs. Wat veroorzaakte deze grote daling?