Beste allemaal

Vooreerst welkom op deze blog! Tegenwoordig ontwikkelen steeds meer mensen een interesse voor de boeiende levensgemeenschappen die onder het wateroppervlak te vinden zijn. Het is dan ook een logisch gevolg dat 'aquarium houden' als hobby nog nooit zo populair is geweest als nu het geval is. Velen willen niets liever dan zo'n eigen biotoop in hun huiskamer onder te brengen. Uiteraard is er natuurlijk wel wat basiskennis vereist alvorens men hiermee kan beginnen. Zonder deze kennis, zal men nooit langdurig van deze biotoop kunnen genieten. En daarnaast is het ook interessant om te weten waar dit aquatische leven eigenlijk vandaan komt. Om die redenen ben ik met deze blog gestart. Via de categorieën in de linker zijbalk kunt U logisch geordende informatie vinden over verschillende 'wateronderwerpen'.

Veel leesplezier!

Water (H2O) is een chemische verbinding van twee waterstofatomen en één zuurstofatoom. Het is het belangrijkste onderdeel van de oceanen. Wetenschappers hebben uitgerekend dat deze in totaal zo'n 1,36 miljard kubieke kilometer zeewater bevatten. In dat zeewater zitten bijna 50 ton zouten, gassen en andere stoffen opgelost.

Omdat water een uitzonderlijk hoog vriespunt en eveneens een uitzonderlijk hoog kookpunt bezit, kunnen we zeggen dat dit een zeer sterk molecuul is. Dit is waarschijnlijk ook de reden dat water al zo lang in staat is om haar dominante positie op onze planeet te behouden. Water heeft tevens belangrijke eigenschappen, die er mee voor zorgen dat leven mogelijk is op aarde.



Een watermolecuul (H2O) is opgebouwd uit twee waterstofatomen (op de afbeelding: de witte cirkels) en één zuurstofatoom (op de afbeelding: de rode cirkel).



Bovenstaande afbeelding geeft het aantal protonen en elektronen weer die in een watermolecule aanwezig zijn. We kunnen zien dat vier elektronen nodig zijn voor de binding tussen waterstof- en zuurstofatomen. Zij zorgen er dus voor dat waterstof en zuurstof bij elkaar blijven (en samen 'water' vormen). In de natuur komt water uiteraard nooit voor als één enkele molecule, maar onder de vorm van vele miljoenen moleculen die allen aan elkaar gebonden zijn. Naast de vier elektronen die nodig zijn voor de binding, heeft de molecule nog zes andere elektronen. deze ordening zorgt ervoor dat water chemisch gezien een zeer stabiele stof is. Verder brengt de verdeling 4-6 ook een zekere 'onbalans' met zich mee, die ervoor zorgt dat watermoleculen in staat zijn naburige watermoleculen aan te trekken.



Bovenstaande afbeelding toont hoe verschillende watermoleculen aan elkaar binden. In de natuur komen ze namelijk nooit afzonderlijk voor, maar altijd met vele miljoenen aan elkaar gebonden. Eén simpel waterdruppeltje (1 ml) bevat zo al snel 30.000.000.000.000.000.000.000 afzonderlijke watermoleculen!

Een belangrijk kenmerk van vloeibaar water is haar hoge oppervlaktespanning. Watermoleculen hebben namelijk sterk de neiging om elkaar aan te trekken (als gevolg van de onbalans in de elektronenverdeling). Op deze wijze wordt aan het oppervlak een laagje gevormd dat een zekere bescherming biedt tegen storingen. Ook in een waterdruppel, is dit laagje zeer goed zichtbaar. Oppervlaktespanning kan in feite worden gedefinieerd als de kracht die men nodig heeft om door dit laagje heen te breken.



In een druppel wordt in alle richtingen aan de watermoleculen getrokken door middel van de vorming van waterstofbindingen. Zo zitten er in een waterdruppel van 1 ml maar liefst 30.000.000.000.000.000.000.000 verschillende moleculen die elkaar aantrekken.



Bepaalde insecten, zoals deze schaatsenrijder, maken gebruik van de oppervlaktespanning van water om op het oppervlak van vijvers of rivieren te kunnen lopen. De schaatsenrijder kan namelijk niet voldoende kracht inzetten om door het oppervlaktelaagje heen te breken.

Naast de hoge oppervlaktespanning, heeft water nog een ander kenmerk te danken aan haar waterstofbindingen. Ze heeft namelijk ook een hoge warmtecapaciteit. Er zijn maar weinig vloeistoffen gekend met een grotere warmtecapaciteit dan water.

Als men warmte gaat toevoegen aan water (bijvoorbeeld door water te koken), dan gaat de meeste van deze warmte benut worden om de waterstofbindingen tussen de moleculen te verbreken. Slechts een zeer klein deel van de warmte daarentegen, zal gebruikt worden om de trilling van de moleculen te versnellen en zo een temperatuurswijziging te veroorzaken. Dit wil dus zeggen dat oceanen in staat zijn om enorme hoeveelheden warmte (van de zon) te absorberen, zonder dat hun temperatuur zichtbaar stijgt. Oceanen kunnen hierdoor ook veel warmte-energie over de aarde transporteren met behulp van stromingen. Deze zaken zijn zeer belangrijk voor het reguleren van het wereldklimaat.

De zon zal de zee dus veel langzamer opwarmen dan het land, en de zee zal ook veel langzamer afkoelen dan het land.

De temperaturen waarbij water van vorm verandert zijn zeer hoog. Het smeltpunt – het punt waarop ijs overgaat in vloeibaar water – ligt op 0°C en wordt ook wel het vriespunt genoemd. Het kookpunt – het punt waarop vloeibaar water overgaat in waterdamp ligt op 100°C. Er is dus veel warmte-energie nodig om ijs de doen smelten en water te doen koken.

Een ander belangrijk kenmerk van water is dat ze in vaste toestand een lagere dichtheid bezit dan in vloeibare toestand. Bij de meeste stoffen is dit namelijk juist andersom. Op deze manier is ijs in staat om op vloeibaar water te blijven drijven. De moleculen van ijs zijn namelijk veel losser met elkaar verbonden dan moleculen van vloeibaar water, die sterk geordende groepjes vormen.

Terwijl vloeibaar water in staat is om grote hoeveelheden warmte-energie van de zon te absorberen, zal ijs deze juist in sterke mate terugkaatsen in de ruimte. Dankzij deze eigenschap helpt ijs dus mee aan het stabiel houden van het wereldklimaat (zonder het ijs op de polen zou de oceaan dus te veel warmte absorberen).



IJs houdt met behulp van waterstofbindingen haar moleculen samen in een vaste structuur. In vloeibaar water zijn deze moleculen gebonden in beweeglijke groepen, en in waterdamp zijn de waterstofbindingen verbroken door toedoen van warmte-energie.

In het water van onze zeeën en oceanen zijn verscheidene chemische stoffen opgelost. De meeste van deze stoffen bevinden zich maar in zeer kleine concentraties in het water, maar enkele uitzonderingen komen er in enorme hoeveelheden voor. Deze vormen de basis van zeezout, een mengsel van geladen deeltjes (ionen). Naast zeezout zitten er ook nog enkele gassen in het zeewater.

De ionen die deel uitmaken van het zeezout, kunnen positief of negatief geladen zijn. De meest voorkomende ionen in onze oceanen en zeeën zijn natrium (Na) en chloor (Cl). Deze vormen samen natriumchloride (NaCl), wat identiek hetzelfde is als gewoon ‘keukenzout’. Zij beslaan ongeveer 85% van alle opgeloste stoffen in zeewater. De overige 15% bestaat voornamelijk uit zwavel (S) of sulfaten, magnesium (Mg), calcium (Ca) en Kalium (K). De ionen komen wereldwijd en vrij gelijkmatig verdeeld in alle zeeën en oceanen voor.



Water werkt als een uitstekend oplosmiddel dankzij de onbalans in de elektronenverdeling van haar moleculen. Wanneer natriumchloride (NaCl) in water opgelost is, zitten de negatief geladen chloride-ionen vast aan de positief geladen waterstofatomen van water (H2O). De positief geladen natrium-ionen zitten op hun beurt vast aan de negatief geladen zuurstofatomen.

Onder het wateroppervlak ligt zonder twijfel de grootste biotoop van onze planeet. Het is een zeer diverse omgeving met tientallen verschillende klimaatomstandigheden en habitats. Overal zit leven onder water, van in de hoogste bergriviertjes tot in de diepste oceaantroggen. In de zeeën en oceanen is het leven net onder het wateroppervlak, waar nog veel zonlicht doordringt, uiteraard veel gevarieerder dan enkele kilometers dieper. Toch is dit een riskante opmerking, aangezien we nog maar amper 30% van al datgene onder water daadwerkelijk wertenschappelijk onderzocht hebben; de rest is dus nog grotendeels een raadsel. Het leven begon ongeveer 3,8 miljard jaar geleden in de oceanen. Zonder deze oceanen was het ontstaan van mensen dus nooit mogelijk geweest. En wellicht zal het leven op een dag dan ook eindigen, daar waar het ooit begon.

Onze atmosfeer (ook wel dampkring genoemd) is de benaming voor de lucht die zich rondom de aarde bevindt. Zij wordt met behulp van de zwaartekracht op haar plaats gehouden en draait mee met de aarde om haar as. Zonder atmosfeer zou er geen leven op onze planeet mogelijk zijn. Ze filtert het zonlicht en beschermt de aarde op die manier tegen schadelijke zonnestralen (voornamelijk UV of ultraviolette stralen). Samen met de zeeën en de oceanen ligt de aardatmosfeer aan de basis van alle weerkundige verschijnselen op onze planeet.

SAMENSTELLING

Het meest voorkomende gas in onze atmosfeer is stikstof (75%), gevolgd door zuurstof (20%). De overige 5% bestaat voornamelijk uit argon, koolstofdioxide, neon, helium en methaan.

BOUW

De temperatuur van de atmosfeer varieert met de hoogte. Op basis hiervan wordt ze vaak ingedeeld in verschillende lagen. De lagen worden van elkaar gescheiden door pauzes, die de bovengrens van elke laag vormen. De hoogtes zijn echter niet overal op de planeet hetzelfde. Op de polen liggen de grenzen vaak lager als op de evenaar.

- Troposfeer: 0 - 6/18 km (temperatuur neemt af met de hoogte)
- Tropopauze
- Stratosfeer: 6/18 - 50 km (temperatuur neemt toe met de hoogte)
- Stratopauze
- Mesosfeer: 50 - 80/85 km (temperatuur neemt af met de hoogte)
- Mesopauze
- Thermosfeer: 80/85 - 700 km (temperatuur neemt toe met de hoogte)
- Exosfeer: 700/800 km - 10.000 km
- Ruimte: boven 10.000 km

Ongeveer 4,6 miljard jaar geleden ontstond onze aarde in een schijf van gas, stof en ijs. Deze schijf – de protoplanetaire schijf – draaide in een baan rond een jonge ster: onze zon. Door toedoen van de zwaartekracht gingen stofdeeltjes in de schijf langzaam samenballen tot kleine rotsblokken. Wanneer deze rotsblokken op hun beurt naar elkaar toegetrokken worden, ontstonden de eerste planeten (zo ook de aarde).

In het begin dreven steenmassa’s binnen een ring naar elkaar toe door toedoen van de zwaartekracht. Een proces dat accretie genoemd wordt. Uiteraard waren grote rotsblokken in staat om veel meer materiaal aan te trekken dan kleine rotsblokken. Zo gingen deze grootste rotsblokken planeetachtige structuren vormen, die tegenwoordig planetesimalen genoemd worden. Op deze manier is ook onze aarde ontstaan, uit een planetesimaal. In feite zijn het dichte groepen van steen en ijs met een uniforme structuur. Hoe groter ze zijn, hoe sterker hun zwaartekracht is en hoe hoger hun dichtheid. Uiteindelijk zouden de planetesimalen in de protoplanetaire schijf uitgroeien tot planeten, en de protoplanetaire schijf zou vanaf dat moment ons zonnestelsel zijn.

De pas ontstane aarde was koud en had een relatief gelijkmatige samenstelling. Door inslagen van meteorieten kwam energie vrij die enorme hoeveelheden warmte veroorzaakten. Deze warmte zorgde ervoor dat het aardoppervlak begon te smelten. Dit zou ertoe leiden dat de zwaarste elementen van de aarde, ijzer en nikkel, naar haar binnenste zouden afdalen. De lichtste elementen, zoals aluminium en silicaten, zouden aan het oppervlak blijven. In het centrum van de aarde werd hierdoor een compacte binnenkern gevormd, met een temperatuur van 4700°C. Het materiaal in deze binnenkern was (en is) zodanig dicht samengeperst, dat het de kans niet heeft om te smelten. De binnenkern vormt echter een warmtebron voor het bovenliggende materiaal dat wel gesmolten is (de vloeibare buitenkern). Door de extreme warmte in de aarde ging veel materiaal uitzetten. Dit leidde op haar beurt tot convectie, waarbij enorme hoeveelheden warmte en materiaal naar de oppervlakte gestuwd werden. Aan het oppervlak werd warmte afgestaan waardoor het zware materiaal terug kon zinken. Op deze manier differentieerde de aarde zich uiteindelijk in lagen met een verschillende chemische samenstelling: een metalen kern, een rotsige mantel en een elastische korst. Zelfs vandaag de dag gaat dit convectieproces nog steeds door.