Kredsløb i naturen

Du er her: / Kredsløb i naturen

15.1 Jordens energistrømme og vandets kredsløb

15.1.1 Forståelse for liv

Livet på jorden er komplekse mekanismer, som kræver, at mange betingelser skal være opfyldt. Evolutionen har gjort, at forskellige organismer har tilpasset sig til forskellige områder på jorden, men energi fra Solen er drivkraften. Alt liv på Jorden er i sidste ende afhængig af en konstant energistrøm fra Solen.

Liv, solen og grundstoffer

Liv, solen og grundstoffer

Atmosfærens bestanddele er forholdsvis konstante med en andel af nitrogen på ca. 78% og ilt 21%. Indholdet af vanddamp varierer mellem 0 og 4%. Andelen af kuldioxid (CO2) er cirka 0,0401%.

Den oprindelige atmosfære på Jorden kunne mennesket ikke leve i. Hvis vi kunne rejse mere end 2,3 milliarder år tilbage i tiden, ville vi ikke kunne trække vejret på Jorden. I vores atmosfære i dag producerer bl.a. alger i verdenshavene så meget ilt, at liv som os mennesker kan eksistere på Jordens overflade.

15.1.2 Vandets kredsløb

Solen tilfører hele tiden Jorden energi, så den har en konstant temperatur. Vand bidrager til, at energi transporteres rundt på Jorden. Dels når vand fordamper og senere fortætter og falder som nedbør. Og dels når havstrømmene sender varme mod den nordlige og sydlige halvkugle. I Danmark er der et mildere klima på grund af varme fra golfstrømmen.

Havstrømme

Havstrømme. Klik for at forstørre.


Energibalance og energitransport

Energibalance og energitransport

Det meste vand er i verdenshavene. Jorden set udefra er dækket af 73 procent af vand.

Jorden, den blå planet

Jorden, den blå planet

Skydannelse

Skydannelse

Vand er en afgørende del af det kredsløb, der cirkulerer næringsstoffer.
Stoffer som oxygen, kulstof, hydrogen og nitrogen indgår i store mængder i naturens kredsløb. Vi støder på stofferne både som faste, flydende og som gas.
I det følgende hører du mere om kulstof- og nitrogen- kredsløb.


Læringsmål


Færdighedsmål

  • Eleven kan visualisere vands kredsløb og Jordens energistrømme.
  • Eleven kan forklare, hvordan Jordens systemer påvirker menneskets levevilkår.
  • Eleven kan vurdere miljøpåvirkninger af klima og økosystemer.

Vidensmål

  • Eleven har viden Jordens energistrømme.
  • Eleven har viden om havstrømme, vandets kredsløb.
  • Eleven har viden om atmosfærens sammensætning.

15.2 Carbon/Kulstof kredsløb

15.2.1 CO2 i atmosfæren

Koncentrationen af kuldioxid(CO2) i atmosfæren har i flere tusinde år været stabil med en koncentration på cirka 280 ppm (parts per million). Efter mennesket er begyndt at bruge fossile brændstoffer som kul, olie og gas, har koncentrationen været stigende og er nu cirka 400 ppm.

Kuldioxid i atmosfæren

Kuldioxid i atmosfæren

Der er cirka 760 Giga tons kulstof i atmosfæren. En del af det kulstof, der er i atmosfæren, udledes af mennesker, når vi bruger kul, olie og gas, men også fra biologiske processer og fra vulkaner.

Kulstofkredsløbet

Kulstofkredsløbet

Når CO2-koncentrationen i atmosfæren ændres, overføres størstedelen af det forøgede CO2-indhold til verdenshavenes organismer.

Det sker ved at alger ved havets overflade og andre ’kalkskallede’ organismer optager CO2 ved havets overflade. Når organismerne dør, falder skallerne ned på havbunden og danner en sedimentaflejring rig på kalk og kisel(kalksten). Møns klint er et eksempel på sådanne kalkaflejringer.

Denne overførsel tager dog mange år.

Møns Klint

Møns Klint

Aktivitet: Frigør CO2 fra kalksten. 

I skal bruge kalksten, et bægerglas, en tændstik og syre. Til påvisning af CO2 skal I bruge en tændstik.

Læg kalkstenen i et bægerglas, hæld eddikesyre i glasset, og læg et låg løst på. Vent 10 minutter. Prøv så at føre en tændt tændstik ned glasset. Den går ud med det samme. I har nu vist, at det er CO2 , der er blevet frigjort fra stenen.

Syre og kalk frigiver kuldioxid

Syre og kalk frigiver kuldioxid

Aktivitet: Kuldioxid i atmosfæren

Næsten al kulstof i atmosfæren findes som CO2(kuldioxid) og er en del af kulstofkredsløbet.

Kig på tallene for kulstof’s kredsløb i atmosfære på billedet nedenfor fra videoen “kulstofkredsløbet”. Billedet viser balancen mellem kulstof bundet på Jorden og CO2 i atmosfæren.

Forudsig, hvad der vil ske med atmosfærens CO2-indhold, hvis vi holdt op med at afbrænde fossile brændstoffer nu.

Ville I kunne se et fald i atmosfærens CO2-indhold i jeres livstid, hvis vi holdt op med at afbrænde fossile brændstoffer nu?

Joseph Priestley, 1733-1804

Joseph Priestley, 1733-1804

Joseph Priestley, 1733-1804, var den første til at opdage samspillet mellem planter og dyr. Ved videnskabelige forsøg fandt han ud af, at planter kunne “rense” luften. Han opdagede senere, at der var tale om grundstoffet oxygen, som det lykkedes ham at isolere.


15.2.2 Fotosyntese og respiration

Kulstof er i et konstant kredsløb på Jorden. Kulstof indgår i alt liv, og kulstof indgår som et væsentligt element i fotosyntese og respiration.

Kredsløb, kulstof og ilt (oxygen)

 Fotosyntese og respiration

Når grønne planter vokser og opbygger næringsstoffer kræves energi. Lyset fra Solen giver planten den nødvendige energi. Planterne optager CO2 og vand og med Solens energi kan den energikrævende proces fotosyntese foregå. Planten vokser og frigiver O2 til atmosfæren.

Den omvendte proces kaldes respiration og foregår, når mennesker eller dyr eksempelvis spiser plantens frugt, så forbrænder vi sukker, forbruger O2 fra luften og får frigivet energi.

Kulstofs kredsløb

Kulstofs kredsløb. Klik for at forstørre

Aktivitet: Fotosyntese og respiration.

I skal undersøge, hvad der kræves, for at planter foretager fotosyntese og for at planter foretager respiration.


For at undersøge, hvornår der er fotosyntese, skal I bruge 8 reagensglas, planten vandpest, danskvand uden smag med kuldioxid, sølvpapir samt en lille smule syre/base indikator bromthymolblåt (kaldet BTM).

BTM er gul, når opløsningen er sur, hvilket betyder, at der er CO2 til stede.

BTM er grøn ved neutral pH, hvilket betyder, at der ikke er CO2 tilstede.

BTM er blå, når opløsningen er let basisk, hvilket betyder, at der ikke er CO2 til stede.

Lav de 8 glas som det er beskrevet i målskemaet.

Alle glas skal tilsættes få dråber BTM.

CO2 tilsættes ved at tilsætte cirka 5 ml danskvand.

De glas, der ikke skal have lys, pakkes ind i sølvpapir.

Sæt låg på alle glas.

Diskutér, hvad I forventer, farverne vil være ved slut. Skriv det ind i skemaet.

Efter nogen tid registreres slutfarverne. Gik det som forventet?

Diskutér, hvorfor det var nødvendigt at bruge 8 glas for at lave forsøget.

Hvorfor havde I glas, der ikke indeholdt vandpest?

Afslut med en klassediskussion om, hvordan man laver naturvidenskabelige undersøgelser. Tag udgangspunkt i dette forsøg.

Tip:

Hvis solen skinner, kan forsøget udføres over nogle timer ved at sætte reagensglassene, så de får godt med lys. Hvis I laver forsøget om vinteren, kan I sætte en lampe til at lyse på forsøgsopstillingen.

Hvis I vil teste, hvordan bromthymolblåt skifter farve, så tag lidt demineraliseret vand, tilsæt et par dråber bromthymolblåt i vandet, og pust udåndingsluft ned i opløsningen gennem et sugerør. Nu skifter den farve, da I har overført kuldioxid til opløsningen og gjort den sur.

I kan printe skemaet:

Link: Skema Kulstofkredsløb

Forsøg med fotosyntese

Forsøg med fotosyntese


Læringsmål


Færdighedsmål

  • Eleven kan forklare, hvordan Jordens systemer påvirker menneskets levevilkår.
  • Eleven kan vurdere miljøpåvirkninger af klima og økosystemer.
  • Eleven kan beskrive fotosyntesens og forbrændingsprocessers betydning for atmosfærens sammensætning.

Vidensmål

  • Eleven har viden om carbons kredsløb.
  • Eleven har viden om samfundets brug og udledning af stoffer.
  • Eleven har viden om atmosfærens sammensætning.

15.3 Nitrogen/kvælstof kredsløb

15.3.1 Gødning og minimumsloven

Ved studier af naturen har vi fundet ud af, at det er mange faktorer, der i samspil afgør, hvor godt livet trives. Vi forstår, hvordan man i det industrialiserede landbrug kan få størst udbytte af vores landbrugssektor.

Planter har brug for en lang række næringsstoffer for at den kemiske reaktion fotosyntese kan foregå. Oxygen, hydrogen og carbon er de grundstoffer, der mængdemæssigt er vigtigst for fotosyntesen. Men både planter og dyr er afhængige af de 17 essentielle grundstoffer Cl, Cu, Fe, N, P, K, C, O, Mg, Mn, Ca, Zn, H, B, S, Na, Mo. Nitrogen eller kvælstof er ét af disse grundstoffer.

Minimumsloven

Minimumsloven

Indenfor landbruget taler man om minimumsloven. Den siger, at høstudbyttet afgøres af det næringsstof, der er størst mangel af. Det er ikke nok, at der er tilstrækkeligt med kvælstof, hvis der er et andet stof, som mangler, for at processen kan forløbe.

Derfor er det vigtigt at landmænd er opmærksomme på, hvis der er næringsstoffer der mangler, så han kan gøde jorden og tilføre mangelstofferne, i forhold til at sikre et maksimalt høstudbytte.

Planterne kan ikke umiddelbart optage mange af stofferne direkte, men er afhængige af, at de er på ionform. Når næringsstoffer er på ionform, kan de transporteres i vandfasen gennem planternes rødder. Nitrogen kommer i form af NH4+ (ammonium) og NO3– (nitrat). Phosfor kommer i form af H2PO4– . Hvis landmanden gøder for meget, så vil planterne ikke kunne optage al gødningen, og næringsstoffer vil blive skyllet ud med regnvand og skabe problemer i grundvand og vandmiljø.

15.3.2 Nitrogens kredsløb

Bakterier i jorden er afgørende for kvælstofs kredsløb, idet bakterier kan optage frit kvælstof – det kaldes nitrogenfiksering eller nitrifikation. Bakterierne laver nitrogenen om til ammoniak, som på ionform kan optages af planters rødder. Dyr spiser planterne, og når dyret dør nedbrydes dyret og indgår i kvælstofkredsløbet. Også gylle fra dyr indeholder kvælstof i form af ammoniak, hvilket bruges som gødning på marker. Se figuren, som viser kvælstof kredsløbet.

Nitrogen/kvælstof kredsløb. Klik for at forstørre.

Nitrogen/kvælstof kredsløb. Klik for at forstørre.



Læringsmål


Færdighedsmål

  • Eleven kan forklare, hvordan Jordens systemer påvirker menneskets levevilkår.
  • Eleven kan med modeller forklare stofkredsløb i naturen.

Vidensmål

  • Eleven har viden om nitrogens kredsløb.
  • Eleven har viden om reaktioner og processer i centrale stofkredsløb.
  • Eleven har viden om teknologiske processer i landbruget.