Klas 1/2/3

Klas 4/5/6

De wonderlijke wereld van natuurwetenschap en technologie. Presentatie: Michiel Huisman.

Header betacanon

Scheikunde

De bètacanon

Bekijk ook

Extra's

Schooltv biedt meer dan video's! Ontdek onze extra inhoud:

Ontvang jij de nieuwsbrief al? Blijf op de hoogte door je aan te melden en ontvang elke maand een nieuwsbrief naar keuze in je inbox!

Hij is regelmatig in het nieuws: die enorme deeltjesversneller in Zwitserland. En zelfs in de thriller van Dan Brown komen we de versneller tegen. Maar wat doet die nou precies? En over wat voor deeltjes hebben we het dan? We gaan 200 jaar terug in de tijd. Het atoom wordt ontdekt. En men denkt dat het ondeelbaar is. Dat wordt jarenlang gedacht... tot ontdekt wordt dat atomen uit elektronen, protonen en neutronen bestaan. Opnieuw wordt gedacht dat die delen ondeelbaar zijn. En opnieuw slaan ze de plank mis. Protonen en neutronen blijken namelijk te bestaan uit quarks. Zo’n quark is dus het ondeelbare deeltje, ook wel elementair deeltje genoemd.. En er wordt ontdekt dat er nog veel meer van die elementaire deeltjes bestaan. Deze elementaire deeltjes worden gezien als de bouwstenen van alles. Maar.. je kunt alleen bouwen als je ook cement hebt om die bouwstenen aan elkaar te maken. En dat cement zijn krachten. We kennen vier natuurkrachten: 1 is de zwaartekracht. Als ik een bal loslaat zorgt deze kracht ervoor dat hij valt. 2 is de elektromagnetische kracht. Die zorgt ervoor dat een lamp brandt. 3 is de zwakke kracht. Lastig uit te leggen wat hij precies doet maar hij speelt een rol bij radioactiviteit. 4 is de sterke kracht. Deze kracht houdt de deeltjes in een atoomkern bij elkaar. Het is onderzoekers gelukt om een theorie te maken die drie van de vier krachten beschrijft: de elektromagnetische kracht, de zwakke en de sterke kernkrachten. En dat noemen we het standaardmodel. Met dit model kun je dus precies voorspellen wat die elementaire deeltjes gaan doen als ze een van deze drie krachten tegenkomen. Helaas snappen de theoretici nog steeds niet goed hoe je beschrijft wat er gebeurt als een deeltje last krijgt van de vierde kracht; de zwaartekracht. En dan komen we nu weer terug bij waar ik begon: de deeltjesversneller. Want het is heel lastig om elementaire deeltjes in een gewoon laboratorium te bestuderen. Punt is dat ze heel klein zijn, heel instabiel zijn en vaak maar heel kort bestaan. En dan biedt een deeltjesversneller de uitkomst. Hierin worden protonen of elektronen met zo ongeveer de lichtsnelheid op elkaar geschoten. Als die botsen, breken ze eigenlijk in stukjes; en zo ontstaan dan de elementaire deeltjes. En die worden met enorme apparaten heel nauwkeurig bestudeerd. Aan het experiment met de deeltjesversneller in Zwitserland werken tienduizend mensen uit vijftig landen mee. Met spanning wachten ze op meetresultaten. Wie weet leidt het tot heel nieuwe ontdekkingen. Want hoe precies en veelomvattend het standaardmodel ook is, het is niet compleet.

Standaardmodel

Alles om ons heen bestaat uit deeltjes. Die zijn onderhevig aan verschillende krachten. Met het standaardmodel kunnen onderzoekers voorspellen hoe de deeltjes zich onder invloed van die krachten gedragen. Maar het standaarmodel is nog niet compleet. 

De samenhang der krachten

‘Ik ben een toppredator op een uitloper van een zandrug in een verstedelijkt landschap met gematigd zeeklimaat.’ Op deze manier zou een overenthousiaste Groningse ecoloog haar leven kunnen omschrijven. Ik zal het uitleggen. Als ecoloog onderzoek je ecosystemen. Je zou een ecosysteem als volgt kunnen omschrijven: ‘het is het geheel van planten, dieren en micro-organismen in een bepaalde omgeving’. En in de voedselketen zijn die planten, dieren enzovoort allemaal afhankelijk van elkaar. Anders gezegd: in de ecologie gaat het om eten en gegeten worden. Aan het begin van een voedselketen staan de ‘groene organismen’. Je moet dan denken aan bomen, struiken, kruiden, algen en mossen. Zij worden gegeten door planteneters, ook wel herbivoren genoemd. Bijvoorbeeld konijnen. Die worden weer gegeten door vleeseters, oftewel carnivoren, zoals roofvogels en vossen. Weer een stapje verder vind je de alleseters, ook wel omnivoren genoemd. En dan heb je ook nog de parasiet; die leeft op, van en dankzij een ander levend wezen. Bijvoorbeeld de mistletoe die we met kerst ophangen. Maar niet alle ecosystemen zijn hetzelfde. Neem bijvoorbeeld een vijver. Hier bepaalt onder andere de zuurgraad welke waterplantjes er groeien. Die planten worden weer door bepaalde planteneters gegeten, enzovoort. In een ecosysteem kan er veel veranderen. Er is sprake van een zogenoemd ‘dynamisch evenwicht’. Zo kan er bijvoorbeeld een vogelgriepvirus toeslaan onder blauwe reigers. Omdat die vogels in kolonies leven, verspreidt het virus zich snel en legt een groot deel het loodje. In zo’n situatie ontstaat vanzelf een nieuw evenwicht! Door de uitdunning leven de reigers minder dicht op elkaar, zodat het virus zich niet meer goed verspreidt. De overgebleven gezonde reigers brengen jongen groot. En zo neemt het aantal reigers weer toe. Met de verandering van ons klimaat komt de ecologische kennis goed van pas. Simpelweg omdat in een warm klimaat andere planten groeien dan in een koeler klimaat. Maar ook om natuurgebieden met elkaar te verbinden zodat dieren kunnen ‘verhuizen’ naar een koeler gedeelte, met meer voedsel. De aarde kun je als één groot ecosysteem zien. En de druk die wij daar als mens op uitoefenen is enorm. We zijn met steeds meer mensen, we zijn steeds mobieler, we eten steeds meer en gevarieerder en we gebruiken steeds meer energie. Iedereen heeft zijn eigen ecologische voetafdruk; de impact van zijn leefstijl op de aarde. Geschat wordt dat die voetafdruk van de mens ongeveer 25 procent groter is dan de aarde duurzaam kan leveren. Als we op deze manier doorgaan wordt het op een gegeven moment voor steeds meer ecosystemen onmogelijk om een nieuw evenwicht te vinden. We moeten dus echt zuiniger met onze aarde omspringen.

Het ecosysteem

Wij leven in een ecosysteem van mensen, dieren, planten en water. Maar er zijn talloze ecosystemen op de wereld. En iedereen is daarin afhankelijk van elkaar. 

Een hecht netwerk van eten en eters

Een dieet van mineraalwater met prik, een beetje aarde en wat zonlicht. Als mens word je er niet oud mee. Als plant heb je niet veel meer nodig! We gaan terug naar de achttiende eeuw. De Nederlandse wetenschapper Ingenhousz (uitspraak Ingenhoes) ontdekt met zijn Britse collega Priestley dat bladeren koolstofdioxide (CO2 ) uit de lucht opnemen en zuurstof uitademen. Verder ontdekt hij dat ze met hun wortels ook nog wat voedingstoffen uit de grond halen. Maar hoe zetten planten water, CO2 en voedingsstoffen om in energie? Daar komt de fotosynthese om de hoek kijken. Ingenhousz beschrijft die fotosynthese al in de achttiende eeuw, maar pas 200 jaar later wordt precies begrepen hoe het werkt. Het gebeurt allemaal in de bladgroenkorrels. Dat zijn een soort mini zonnecelletjes in de bladeren. Zij zetten de CO2 en het water met behulp van licht om in glucose en zuurstof. De plant gebruikt zelf een deel van de zuurstof, wat over blijft dat ademt hij uit. De glucose gebruikt de plant om te groeien en voor zijn eigen energieverbruik of -voorraad. De bladgroenkorrels, die er trouwens voor zorgen dat de bladeren groen zijn, waren ooit kleine zelfstandige organismen. Ze hebben hun eigen DNA en vermenigvuldigen zichzelf onafhankelijk van de plant. Je kunt het dus zo zien dat een plant is ontstaan uit een miljarden jaren oud samenlevingscontract tussen twee zelfstandige organismen. Fotosynthese is de bron van al het leven op aarde. Want net als dieren halen wij onze energie weer uit planten of de vruchten van planten. Als de fotosynthese zou verdwijnen, bijvoorbeeld doordat de zon wegvalt, dan sterft vrijwel alles. Alleen een klein aantal organismen dat dankzij vulkanische hitte leven in de diepzee zullen het redden... Doordat er, miljarden jaren geleden, steeds meer planten en algen kwamen, kwam er ook steeds meer zuurstof. Een gevaarlijk situatie want zuurstof is een agressief goedje. Kijk maar naar ijzer, dat verroest waar je bij staat. Maar.. veel organismen konden zich aanpassen. Sterker nog, tegenwoordig zijn heel veel organismen zelfs afhankelijk van zuurstof. Maar, tegenwoordig hebben we wel een ander probleem: het percentage CO2 in de atmosfeer stijgt enorm. Er wordt wel gezegd dat fotosynthese dit zou kunnen oplossen. Bijvoorbeeld door een boom te kopen om je vliegreis te compenseren. Klinkt goed. Probleem is alleen dat de koolstof weer vrijkomt als de boom doodgaat.. Is dus alleen maar een kortetermijnoplossing. De beste oplossing zou zijn om met zonlicht brandstof of elektriciteit de maken. Bijvoorbeeld met zonnecellen van bladgroenkorrels of biobrandstoffen in plaats van benzine. Als dat gebeurt, waren de Engelsen wel heel vooruitziend. Plant betekent in het Engels behalve ‘plant’ namelijk ook ‘energiecentrale’.

Fotosynthese

Wij hebben planten nodig om te ademen. Planten zelf hebben daar weer water, aarde en zonlicht voor nodig. Dat noemen we fotosynthese.

Dank de zon voor adem

Een gemiddeld huis kost zo’n 2,5 ton. Duur of goedkoop? Ik zeg duur maar voor een ander misschien goedkoop. Een kilo boontjes kun je op de markt kopen voor een euro. Vrij goedkoop vind ik zelf. Het is een beetje een open deur, maar de waarde van een product wordt dus uitgedrukt in geld. En dat geld zorgt er voor dat vraag en aanbod elkaar op een handige manier kunnen vinden. Hoe dat werkt is voor een belangrijk deel wiskunde.
Voor de financiële wereld zijn wiskunde, statistiek en kansberekening erg belangrijk. Neem de beurs. Wie daar beter kan voorspellen wat de koersen doen, kan er meer geld aan verdienen. Wiskundigen proberen daarom modellen te maken die uit een wirwar van gegevens slimme beslissingen afleiden. Pure wiskunde en statistiek… Of neem de bank. Als je daar een lening aanvraagt dan hangt de rente onder andere af van de kans dat je failliet gaat en de lening dus niet terug kunt betalen. Maar niet alleen de bankiers houden zich bezig met wiskunde. Ook jij en ik hebben er dagelijks mee te maken; als je moet afrekenen zoek je bijna altijd de meest efficiënte betaling. Stel je moet 18,05 euro betalen voor je boodschappen. In je portemonnee zit een briefje van 50, twee briefjes van 10 en een muntje van vijf cent. Je kunt dan op drie manieren betalen.. 1.een briefje van 50. 2.twee briefjes van 10. 3. twee briefjes van 10 en een muntje van vijf cent. Nummer drie is het meest efficiënt want hier gaat het kleinste aantal muntjes en biljetten over de toonbank. Tot 2002 betaalden we met de gulden. Die was gebaseerd op kwarten; zo hadden we het kwartje, en briefjes van 25 en 250 gulden. Bij de euro is gekozen voor een andere manier, namelijk de 1-2-5 reeks. Tja, wat is nou beter/efficiënter? Er is onderzoek gedaan naar alle bedragen tussen de eurocent en 100 euro. Wat blijkt? Voor euro en gulden betalingen heb je gemiddeld even veel munten en biljetten nodig. Ze zijn dus even efficiënt. Dat is wel te danken aan het afschaffen van de muntjes van 1 en 2 eurocent, anders was de gulden efficiënter geweest. Dit klinkt in theorie allemaal leuk, maar zouden mensen in de praktijk ook kiezen voor de meest efficiënte betaling? Dit is in 2002 onderzocht. Bij 61 procent van de betalingen blijkt de klant te kiezen voor de meest efficiënte weg. Dat doen we dus goed. Conclusie van dit hele verhaal is dat betalen een vorm is van alledaagse wiskunde. Je kunt bij geld even goed aan wiskunde denken als aan economie.

Geld

Wat jij goedkoop vindt, is voor een ander misschien niet te betalen. De waarde van iets is dus voor iedereen verschillend. Maar in feite is betalen een vorm van alledaagse wiskunde.

De wiskunde die van waarde is

Wegenkaarten die door de auto vliegen. Irritatie omdat een afslag gemist is. Een chauffeur die de bijrijder het liefst achterlaat op de vluchtstrook. Deze scènes zijn verleden tijd dankzij GPS en Google Earth. Bijna iedereen maakt er vandaag de dag gebruik van. Maar eigenlijk ligt de basis ervan 200 jaar voor Christus. Eratosthenes bepaalt op dat moment al vrij nauwkeurig de omvang van de aarde. Hij doet dat aan de hand van de schaduw van de zon op hetzelfde tijdstip op twee plaatsen op dezelfde meridiaan. Ik zal je de details van zijn meetmethode besparen maar uiteindelijk zit hij maar 320 kilometer af van recente metingen: 40.074 kilometer aan de evenaar. Erastothenes is hiermee de grondlegger van een wetenschap die geodesie heet. Toch blijft het nog lang heel lastig voor mensen om hun exacte plek op aarde te bepalen. Zeker zeelieden hadden het niet makkelijk. Zonder goede klok en goede kaarten is het afwachten waar je uitkomt met je boot. Maar ook anderen hadden het ‘moeilijk’. Landmeters en cartografen meten tot ver in de twintigste eeuw langere afstanden ‘indirect’. Dat betekent dat zij, vergelijkbaar met Erastothenes, afstanden meten door hoeken tussen kerktorens te meten; driehoeksmeting heet dat. Op deze manier maakt de Nederlander Cornelis Kraijenhoff rond 1800 een nieuwe kaart van de Bataafse Republiek. En in Frankrijk levert deze techniek ‘de meter’ op; namelijk een tien miljoenste deel van een kwart van de lengte van de meridiaan van Parijs. Ik maak een enorme sprong in de tijd. Kerktorens en driehoeksmeting worden vervangen door satellieten en GPS. Het Amerikaanse ministerie van Defensie ontwikkelt GPS; oftewel het Global Positioning System. Halverwege de vorige eeuw worden de eerste satellieten gelanceerd. Dat zijn bakens aan de hemel, waaraan je ook kunt zien waar je op aarde bent. Vandaag de dag cirkelen er tientallen satellieten in allerlei banen op 20 duizend kilometer hoogte rond de aarde. Al die satellieten zenden signalen uit. Een GPS-ontvanger, bijvoorbeeld de navigatie in je auto, bepaalt waar die satellieten precies zijn. Aan de hand van die gegevens kan het navigatiesysteem zijn eigen positie bepalen. Net als voor de oude zeelieden is ook voor GPS tijdsvergelijking essentieel: hoe laat piept welke satelliet waar. En zeker voor de GPS moet die tijd heel nauwkeurig zijn. Nu blijkt dat atomen heel regelmatig trillen. Daarom wordt bij GPS gebruik gemaakt van de zeer nauwkeurige atoomklok. De satelliet, atoomklok en GPS hebben ons leven drastisch veranderd. Vaak ten goede.. Maar soms ook niet. Zo reed een Duitse automobilist onlangs een rivier in omdat zijn navigatiesysteem, gebaseerd op satellieten, atoomtijd en gekoppeld aan nauwkeurige digitale geografische informatie, niet aangaf hoe laat de pont vertrok… En die charme van het kaartlezen.. mis ik toch wel..

Misschien ben je er al helemaal aan gewend of kun je niet meer zonder: GPS. Dankzij het Global Positioning System op je mobiel of navigatiesysteem hoef je nooit meer te verdwalen. Hoe is GPS eigenlijk ontwikkeld?

Altijd en overal de weg meten

De wereld bestaat uit ondeelbare deeltjes, genaamd: atomen. Tot die gedachte komt de Griekse wijsgeer Democritus ruim 2000 jaar geleden. Dit wordt lang gedacht. Totdat een hele serie aan experimenten, in 1909 begonnen door de Britse natuurkundige Rutherford, het tegendeel bewijst. Wat blijkt? Atomen bestaan uit een piepkleine kern met positief geladen protonen en ongeladen neutronen. Om die kern zit een soort wolk met negatief geladen elektronen. Niels Bohr stelt in 1913 dat die elektronen alleen in bepaalde banen rond de kern kunnen cirkelen. Je kunt het vergelijken met een trein. Ook die moet altijd een vast spoor volgen. Maar zoals ook treinen via een wissel van het ene spoor naar het andere kunnen, zo kunnen ook elektronen van baan verspringen. Ze doen dat door pakketjes energie, ofwel ‘kwanta’ op te nemen of uit te zenden. Eerder had Einstein gezegd dat licht ook uit zulke energiepakketjes bestaat, die hij fotonen noemde. Nu zegt Bohr dat alleen specifieke fotonen ervoor kunnen zorgen dat een elektron naar een andere baan springt. Je kunt dus zeggen dat zo’n foton de wissel op het spoor bedient. Dan maken we het nu nog moeilijker. In 1924 ontdekt een Franse natuurkundige dat ook elektronen golven zijn, net als licht. Dat bevestigt Einsteins theorie over licht. En het verklaart waarom in een atoom elektronen alleen in bepaalde banen kunnen bewegen; de omtrek van die baan is namelijk precies een geheel aantal golflengtes van een elektron. Anders zou het niet passen.. Wat nou zo lastig is, is dat kwanta zich onzeker en onvoorspelbaar gedragen. Je kunt hooguit schatten wat de kans is dat ze ergens zijn. Maar zeker weet je het nooit. Einstein kon zich niet voorstellen dat de basis van natuurkunde zo onzeker kon zijn. Maar toch is het zo. En ondanks deze fundamentele onzekerheid kent kwantummechanica veel praktische toepassingen. Zonder kwantummechanica hadden we nu bijvoorbeeld geen lasers, cd-spelers, digitale camera’s en glasvezel. In de toekomst kunnen we aan dit lijstje misschien nog de kwantumcomputer toevoegen. Het voordeel van deze computer is dat je er meerdere sommen tegelijk op kunt doen, terwijl onze huidige computers die een voor een moeten maken. Als het lukt om deze kwantumcomputer te bouwen dan zouden we veel sneller kunnen rekenen. En dan hebben we een nieuwe digitale revolutie.

Kwantum

Atomen, fotonen en elektronen: je kunt ze met het blote oog niet zien. Maar zonder de kwantummechanica hadden we nu geen lasers, cd-spelers en digitale camera's.

Een optelsom van onzekerheden

De gemiddelde Nederlander doet het bijna achttien keer per week; negen keer in de auto, acht keer lopend of met de fiets en de rest met het openbaar vervoer. Naar werk of naar vrienden: zich verplaatsen! Tot het begin van de twintigste eeuw zijn de meeste Nederlanders verre van mobiel. Reizen is duur en vaak gevaarlijk. De mensen die wel reizen doen dat vaak voor hun beroep; zoals handelsreizigers of circusartiesten. Maar als de fiets eenmaal wordt uitgevonden, verandert er een heleboel. We gaan terug naar het jaar 1867. Op de wereldtentoonstelling in Parijs is de eerste fiets een ware hit. Echt heel vlot gaat deze fiets nog niet. Maar dankzij tandwielen en kettingen gaat de fiets in de volgende jaren steeds sneller. En steeds meer mensen schaffen er een aan. Na verloop van tijd gaan de fietsfabrikanten op zoek naar manieren om de fiets te motoriseren. Ze leggen hiermee de basis voor de auto-industrie. Veel mensen zullen het niet meer weten maar autofabrikanten als Opel en Peugeot begonnen ooit als fietsfabriek. Rond de jaren dertig van de vorige eeuw ontstaat ook de ‘verkeerskunde’. Met modellen en berekeningen gaan wetenschappers het verkeer analyseren. Het is in deze periode dat er voor het eerst tellingen van het fietsverkeer worden gedaan. En wat blijkt: in de ochtend- en avonduren is het drukker. Het spitsuur is geboren! Twintig jaar later, in de jaren vijftig, is daar dan de eerste autofile. Door een stijging van de welvaart en doordat mensen uit steeds meer transportmiddelen kunnen kiezen, ontstaat er een ‘pendel’ naar de steden. Mobiliteit wordt steeds meer gezien als een logisch onderdeel van de moderne maatschappij. Eind jaren zeventig komt Geurt Hupkes met de Wet van Behoud van Reistijd en Verplaatsing. Hij ontdekt dat personen gemiddeld ongeveer zeventig minuten per dag besteden aan woon-werkverkeer. Deze wet ziet mobiliteit als een verband tussen de afstand, de snelheid van het vervoermiddel en de tijd. Vandaag de dag staat de wet ter discussie. Er is namelijk gebleken dat de gemiddelde reistijd per persoon langzaam oploopt. Mobiele telefoons, laptops en MP3-spelers vervagen de grens tussen reizen, werk en ontspanning. Er wordt nu dan ook wel gesproken over ‘virtuele mobiliteit’. Als we kijken naar de toekomst dan zal mobiliteit een mix blijven van verschillende vervoersmogelijkheden. Maar welke je dan kiest hangt af van tijd, kosten, communicatiemogelijkheden, milieu en gezondheid. En wie weet wat er nog voor technische snufjes bedacht worden.. Misschien kunnen we straks internetten op de fiets? Of handsfree typen in de auto..

Mobiliteit

Als je naar school gaat doe je het, of op vakantie en ook als je naar je oma gaat: je verplaatsen. Klinkt voor de hand liggend, maar mobiliteit was niet altijd zo vanzelfsprekend. 

De fiets als wegbereider van mobiliteit

Ik heb grond onder mijn voeten. En eigenlijk is dat een schaars goed. Want 70% van het aardoppervlak bestaat uit oceanen.4,6 miljard jaar geleden is de aarde een bal van vloeibaar gesteente. Water is er dan alleen maar als damp. Maar doordat het aardoppervlak afkoelt, ontstaan er langzaamaan waterpoelen. Je kunt dat proces vergelijken met de condens die ontstaat op je ramen als het buiten kouder is dan binnen. Alle regenbuien die in de volgende 25 Miljoen jaar vallen zorgen er voor dat de oceanen langzaamaan gevuld raken. De oceanen bewegen de hele tijd. Hoe ze precies bewegen, dat ontdekt de Brit Deacon in de vorige eeuw: koud en relatief zwaar zeewater valt bij de polen als het ware naar de bodem van de zee. Dit water komt bij de evenaar weer boven. En het warme oppervlakte water stroomt daarvandaan weer naar de polen. Zo is de cirkel rond. Dat is heel veel water dat dan beweegt. Zo veel dat er een speciale eenheid voor is bedacht, namelijk de sverdrup. 1 sverdrup is 1 miljoen kubieke meter water per seconde. De stromingen in de oceanen hebben enorme invloed op ons klimaat. Misschien heb je wel eens gehoord van El Niño. Hij wordt officieel een passaatwind genoemd. Deze winden kunnen de oppervlaktestromingen van richting veranderen. El Niño zorgt er voor dat de koude stroom die normaal bij Peru uitkomt, nu ineens bij Indonesië omhoog komt. Maar hij zorgt er ook voor dat het in Australië ineens extreem droog wordt. Zijn effect is over de hele wereld duidelijk te merken. Maar de oceaanstromingen hebben ook op een andere manier veel invloed op het klimaat. Op weg naar de polen verdampt er namelijk een deel van het warme oppervlaktewater. Hierdoor wordt de lucht een aantal graden warmer. Die opgewarmde lucht koelt boven land af. En omdat koude lucht minder vocht kan bevatten vallen er dan regenbuien. Zo komt Nederland aan zijn warme, natte winters en gematigde natte zomers. In dit voorbeeld kun je zeggen dat de oceaanstromingen het klimaat matigen. Maar.. de stromingen zijn ook verantwoordelijk voor abrupte klimaatveranderingen. Zo’n 12.500 jaar geleden daalde in nog geen tien jaar de temperatuur op aarde drastisch. Reden? De oceaancirculatie was afgezwakt doordat er een enorm gletsjermeer leegstroomde in de oceaan. Dit zoete, lichtere zeewater verdunde het zware zeewater zo dat het nauwelijks meer naar de bodem zakte. En dat zou zo maar nog een keer kunnen gebeuren. Door het opwarmen van de aarde zou de ijskap op Groenland sneller kunnen gaan smelten. En die grote plons aan koud water zou de oceaanstromingen opnieuw zo kunnen verstoren dat er een nieuwe ijstijd zou kunnen beginnen. Nog een reden om de opwarming van de aarde tegen te gaan.

Oceaanstromingen

De aarde bestaat voor 70% uit water, zoals oceanen. De stromingen in deze oceanen, bepalen voor een groot deel hoe ons weer eruit ziet. En ze hebben ook invloed op klimaatveranderingen. 

Bewegende zeeën maken het weer

De tsunami van Tweede Kerstdag 2004 schokt de wereld. Meer dan 200.000 mensen komen om. En begin 2010 is de aardbeving op Haïti. Maar hoe worden die aardbevingen nou veroorzaakt? Dat heeft alles te maken met plaattektoniek. We gaan terug naar het jaar 1912. De Duitse Meteoroloog Alfred Wegener beweert dan dat de continenten ooit aan elkaar vast zaten. Zijn argumenten: de kustlijnen van de continenten passen in elkaar als een puzzel. Bovendien zijn aan beide kanten van de oceaan dezelfde fossielen gevonden. En het zou toch heel onwaarschijnlijk zijn dat planten en dieren de hele oceaan zijn overgezwommen. Toch kan Wegener nog niet verklaren hoe de continenten dan los geraakt zijn van elkaar. In 1927 stelt Arthur Holmes een theorie op die het losraken kan verklaren. Volgens Holmes drijven de continenten uit elkaar door stromingen in het binnenste van de aarde: convectie. Je kunt het vergelijken met een pan met groentesoep op het vuur: Door de warmte stijgen de groenten op in het midden. Bovenin koelen ze af, drijven naar de rand en zinken weer. Het buitenste deel van de aardkorst bestaat uit platen, die langzaam bewegen over de onderliggende vloeibare massa, de soep. Hoe die platen precies ten opzichte van elkaar bewegen wordt duidelijk als we naar de oceaanbodem kijken. Midden in alle oceanen liggen lange onderzeese bergketens die precies dezelfde contour hebben als de omliggende continenten. Deze bergketen kun je zien als het midden van de pan groentesoep. Want bij die bergketens, of ook wel mid-oceanische ruggen genoemd, bewegen de convectiestromen uit elkaar. Doordat de aardplaten van elkaar af bewegen ontstaan hier diepe spleten. Door die spleten komt vloeibaar gesteente omhoog. Dit noemen we magma. Die magma stolt vervolgens. Zo worden de continenten steeds verder uit elkaar gedrukt. Maar als er op de ene plaats nieuwe korst komt, moet er op de andere plaats iets verdwijnen. Anders zou de aarde tenslotte steeds groter worden. Dat gebeurt bij diepzeetroggen. Hier schuift de ene plaat onder de andere omdat de stromen daar dus naar elkaar toe bewegen. Dit kan leiden tot heftige aardbevingen, zoals bij de Tsunami. Soms kan de ondergeduwde plaat zo heet worden dat hij smelt. Het hete magma stijgt dan op door de korst. Zo kunnen vulkanen ontstaan maar ook eilanden als Nieuw-Zeeland en Japan. Botst een oceanische korst met een continentale korst, dan krijg je grote gebergten naast diepzeetroggen, zoals het Andes. Maar de grootste gebergten, zoals de Alpen en de Himalaya ontstaan als twee continentale platen op elkaar botsen. Dan nog een laatste optie: platen kunnen ook langs elkaar bewegen zonder dat er een wordt ondergeduwd. Ook dat kan leiden tot grote aardbevingen. Plaattektoniek. We kunnen er dus het ontstaan van bergen, aardbevingen en vulkanen mee verklaren.

Plaattektoniek

Aardbevingen zoals in 2010 op Haiti komen regelmatig voor op aarde. Maar niet overal. Hoe wordt zo'n ramp nou veroorzaakt? Want het behoud van energie is een onwrikbare natuurwet, maar in de praktijk raakt energie wel degelijk ooit op. Dat heeft alles te maken met plaattektoniek.

Op puzzel aarde beweegt alles

Een pinpas, boodschappentas, mobiel en een tv. Ze hebben 1 ding gemeen: er zit plastic in verwerkt. Maar hoe kan het dat het ene plastic hard is, en het andere flexibel? Plastic is een verzamelnaam voor kunststoffen die je kunt smelten en dan in een vorm kunt gieten. Plastics zijn zogenaamde polymeren. Dat betekent dat het lange moleculen zijn die bestaan uit duizenden kleinere moleculen. Die heten monomeren. Dat zijn meestal koolwaterstof moleculen die in aardgas of olie zitten. Het polymeer waar hard plastic van gemaakt wordt bestaat bijvoorbeeld uit twintigduizend monomeren. De eigenschappen van polymeren kunnen heel anders zijn dan die van losse monomeren. Neem glucose. Dit is op zichzelf een vaste, poederachtige stof. Het polymeer ervan is cellulose. Dat is een sterke vezel waar je kleding van kunt maken. Hout, papier en zijde zijn natuurlijke polymeren. Maar sinds 1907 hebben we ook ‘niet-natuurlijke-polymeren’. Door fenol en formaldehyde met elkaar te laten reageren, maakt de chemicus Leo Baekeland (uitspraak Báá-ku-land)) dan de polymeer ‘bakeliet’. Een revolutionaire ontdekking. Je kent het misschien van de armleuningen op oude design stoelen. Voordeel van bakeliet is dat het hard en isolerend is. Nadeel is dat het breekbaar is en meteen gemaakt moet worden in de vorm die je wilt. Daarom is het in de loop van de jaren vaak vervangen door echte plastics zoals polyethyleen. Die zijn te smelten en in elke vorm te gieten. De eigenschappen van plastics hangen af van de polymeerlengte en de vertakkingsgraad. Lange polymeren leiden tot hard plastic, bijvoorbeeld voor kogelvrije vesten. Korte polymeren betekenen zacht plastic. Bijvoorbeeld voor plastic tasjes. De ontwikkeling van de polymeren gaat steeds verder. Zo kunnen we dankzij polymeren super scherpe platte displays maken die in de toekomst misschien onze huidige lcd-schermen gaan vervangen. En wat dacht je van de zonnecel: als die gemaakt kan worden van polymeren levert hij veel meer elektriciteit dan de zonnecellen die we nu gebruiken. Nadeel is alleen nog dat ze minder lang meegaan.. En dan heb je de zelfherstellende materialen. Hoe mooi zou het zijn als een kras in je auto zichzelf repareert als je hem even warm maakt met een föhn of door hem in de zon te zetten. Met de verdere ontwikkeling van polymeren is dat straks misschien wel mogelijk! Zoals het er nu naar uit ziet kunnen we in de toekomst zo goed als alle materialen maken die willen. Het klinkt onvoorstelbaar... en ook een beetje eng..

Plastic

Plastic is een van de meest gebruikte materialen in de moderne samenleving. Sommige soorten plastic zijn hard, andere zijn flexibel. En wie weet wat er in de toekomst allemaal mogelijk is met plastic!

Een samenspel van lange ketens

Robocop, Transformers, Terminator. In veel films komen we mensachtige robots tegen. Soms zijn ze goed, soms heel slecht. Maar bestaat dat soort robots eigenlijk wel? We beginnen bij het woord ‘robot’. Want dat woord is afgeleid van het Tsjechische woord robota. En dat betekent arbeid. In 1920 wordt het voor het eerst gebruikt door een Tsjechische toneelschrijver. In zijn toneelstuk zien de robots eruit als mensen. Niet zo gek dus dat we bij het woord robot snel denken aan mensachtige robots. Mensen zien vaak meer in een robot dan er is. Je kunt een robot ontleden in drie delen: 1: sensoren die verzamelen informatie. 2: algoritmes die verwerken de informatie. 3: actuatoren die zorgen voor het handelen: een motor is een voorbeeld van een actuator. Deze opsomming geldt voor alle robots; dus ook voor de mensachtige robots. Ik kan dat het beste uitleggen aan de hand van een wat apart voorbeeld: Er bestaat een speciale internationale robotvoetbalwedstrijd. Het lijkt alsof deze robots de bal kunnen zien. Maar echt ‘zien’ is het niet. De robots hebben een webcam die 25 keer per seconde een beeld geeft van een lage resolutie. De kleur en helderheid van alle pixels wordt vergeleken met de pixels ernaast. Zo ‘ziet’ de robot de randen van voorwerpen. Daarna kan hij met een speciaal algoritme lijnen en cirkels herkennen. Op deze manier kan de robot achterhalen waar hij zelf is en waar de tegenstanders, de bal en het doel zijn. Dan zijn er verschillende algoritmes om de kortste route om de tegenstanders heen naar de bal te bepalen. Tot slot moet de robot nog naar de bal lopen zonder te vallen. En ook hiervoor zijn weer de drie elementen nodig: een sensor meet de hoek van het kniegewricht, een algoritme berekent het verschil met de gewenste hoek en bepaalt de motorspanning. Het gedrag van de robot is dus helemaal voorspelbaar. Toch wordt er ook in de wetenschappelijke wereld steeds vaker gesproken over zelflerende robots. Dat klinkt als een soort terminator, maar valt in het echt wel mee. Je kunt bijvoorbeeld denken aan een voetbalrobot die zelf kan leren welke loopsnelheid hem de minste energie kost. Dat doet hij dan door zelf het energieverbruik en de afgelegde weg te meten. Dan verandert hij zijn snelheid en kijkt of het resultaat beter is of niet. Je kunt dus beter zeggen dat de robot aan het ‘optimaliseren’ is, dan dat hij aan het leren’ is. Het heeft niets te maken met intelligent menselijk gedrag. De kans dat de terminator binnenkort de wereld overneemt is dus niet zo groot.

Robots

In sciencefiction-films ontwikkelen robots vaak gevoelens of dreigen ze de wereld over te nemen. Erg realistisch is dat niet. Robots zijn namelijk niet meer dan een verzameling technische informatie. Leren, voelen of zien kunnen ze niet.

Bouwwerken van sensoren, algoritmes en motoren

De meest beroemde Nederlander in het buitenland. Wie zou het zijn? De kans is groot dat het Hansje Brinker is. Het jongetje dat zijn vinger in de dijk stak en zo Nederland redde van een watersnoodramp. We gaan terug naar het jaar duizend. Nederland ligt nog grotendeels boven zeeniveau. Voor alle zekerheid wonen veel mensen op terpen zodat ze bij hoogwater droge voeten houden. Maar dan beginnen we met het ontginnen en afwateren van moerassen. Het levert meer droog land, maar het gevolg is wel dat we dijken, sluizen en gemalen moeten bouwen. Want door het inklinken zakt de bodem al gauw zo’n vijf tot twintig centimeter per honderd jaar. En dat effect wordt nog eens versterkt doordat de zeespiegel stijgt. In eerste instantie regelen boeren en ambachtslieden zelf de bouw van dijken. Maar vanaf het einde van de 18e eeuw neemt Rijkswaterstaat dit over. Vooral in de twintigste eeuw wordt de strijd tegen water steeds geavanceerder. Zo bouwen we bijvoorbeeld de Afsluitdijk van Cornelis Lely en de Deltawerken. Het maakt de Nederlandse waterbouwkundigen wereldberoemd! Vandaag de dag ligt het laagste punt van Nederland op 6,7 meter onder het Normaal Amsterdams Peil, het nationale ijkpunt voor hoogtemetingen. En die laagste plek ligt.. bij Nieuwerkerk aan den IJssel.
Zonder dijken, duinen en andere waterkeringen overstroomt bij heel zwaar weer of heel veel waterafvoer van de rivieren een groot deel van Nederland.
Maar zo’n vaart zal het dus niet lopen. Want, het is zo veel dat je het je bijna niet kunt voorstellen, Nederland heeft op dit moment ruim zeventienduizend kilometer aan waterkeringen. Dat is een afstand die gelijk staat aan 35 keer Amsterdam – Parijs! Toch wordt de kans op overstromingen steeds groter. Om verschillende redenen: -Het KNMI verwacht dat de zeespiegel over een eeuw tussen de 30 en 85 centimeter hoger ligt..- Met een beetje pech is de bodem over vijftig jaar al 30 centimeter gezakt.-Onze winters worden natter en het gaat steeds vaker langdurig regenen. Onze dijken hebben we en zullen we houden, maar er wordt op dit moment ook gekeken naar andere manieren om ons te beschermen tegen water. Een optie zou kunnen zijn dat we het water binnen laten als het echt niet anders kan. We zouden dan lage delen vol kunnen laten lopen om bijvoorbeeld de steden droog te houden. Wel vervelend als je dan net in dat onderloopgebied woont. Hoe dan ook, watersnoodrampen, zoals die in New Orleans door orkaan Katrina, geven aan dat we onze kop niet in het zand moeten steken, want een vinger in de dijk helpt echt niet.

Waterwerken

In Nederland ligt ruim zeventienduizend kilometer aan waterkeringen. Want omdat Nederland voor een groot deel onder de zeespiegel ligt, moeten we ons land goed beschermen tegen het water. 

Werken tegen water

rode kerstballen in een boom

Schrijf je in de voor de maandelijkse nieuwsbrief voor het laatste Schooltv PO-nieuws

Nieuwsbrief PO

Blijf op de hoogte van het laatste Schooltv-nieuws voor VO.

Nieuwsbrief VO

Contact

Schooltv Help

Veelgestelde vragen

Schooltv maakt educatieve content voor het onderwijs, bestaande uit video's en interactief materiaal. Altijd bij de les!

Over Schooltv

Over Schooltv.nl

Schooltv.nl is een videodatabase, gevuld met educatieve en informatieve videoclips, filmpjes, fragmenten, liedjes, animaties, lesvideo’s afleveringen, TV-programma’s, televisieseries, videoverzamelingen en afspeellijsten.