Kringlopen en duurzaamheid
In module: Energiebronnen van de toekomst van dit thema zijn de assimilatie en de dissimilatie aan de orde gekomen. Eerst op het niveau van het organisme, daarna op molecuulniveau. In deze module ga je kijken naar de samenhang van assimilatie en dissimilatie in een ecosysteem. Samen vormen beide processen een kringloop. Planten gebruiken CO2 voor hun fotosynthese. Ze verwerken de koolstof in organische moleculen.
Dieren gebruiken deze moleculen en zetten ze voor een groot deel weer om in CO2. Zou je die processen dan niet slim kunnen combineren, bijvoorbeeld om voedsel te verbouwen zonder stoffen te verspillen?
Bekijk het filmpje:
Noteer de voordelen van deze manier van kweken.
De productie van voedsel in het filmpje lijkt op de natuurlijke kringloop.
Maak een schema van de mineralenkringloop in deze kas.
In deze module houd je je bezig met kringlopen. Hoe maakt de mens gebruik van de kringlopen op aarde?
Hoe kunnen we daarmee zo omgaan dat het systeem Aarde nog lang kan blijven bestaan?
Vooraf
Eindproduct-Beoordeling
Eindproduct
Deze module werk je aan een aantal theoretische stappen.
In stap 6 doe je een onderzoek in het kader van voedsel en duurzaamheid.
Je presenteert je resultaten in de vorm van een poster.
Beoordeling
Het geheel wordt beoordeeld op
formulering onderzoeksvraag en hypothese
opzet van het onderzoek
uitvoering van het onderzoek
verwerking van de resultaten
presentatie van de uitkomsten in een poster
Doelen-Concepten
Energiestromen
Leerdoelen
Je kunt:
energiestromen in een ecosysteem beschrijven, toelichten welke factoren daarop van invloed zijn en uitleggen wat oorzaken en gevolgen zijn van verstoring;
modellen van energiestromen beschrijven en uitleggen welke processen en organismen daarin een rol spelen;
beargumenteren met welke maatregelen de mens energiestromen kan beïnvloeden.
de rol uitleggen van producenten, consumenten en reducenten in de kringlopen van koolstof en stikstof en de verbanden kwantificeren;
kringlopen van elementen in een ecosysteem weergeven, toelichten welke factoren van invloed zijn op de verschillende stappen daarin en uitleggen wat oorzaken en gevolgen zijn van verstoring;
beargumenteren met welke maatregelen de mens nutriëntenkringlopen en daarmee het systeem Aarde kan beïnvloeden.
De module 'Kringlopen en duurzaamheid' bestaat uit een groot aantal opdrachten.
Op bijgaand werkplan kun je invullen welke opdrachten je gedaan hebt.
Zo houd je goed overzicht.
Download hier het Werkplan 'Kringlopen en duurzaamheid' .
Werkvorm
Individueel en tweetallen.
Houd de vorderingen van de module bij op je werkplan.
Tijd
Voor deze module heb je ongeveer 8 uur nodig.
Verwerking
Stap 1
Voedselketens en duurzaamheid
Menselijk ingrijpen in de natuur levert vaak extra afval op. Hoe meer je processen laat lijken op dat wat in de natuur gebeurt, des te kleiner de hoeveelheid afval. In het filmpje van de inleiding heb je gezien hoe de teelt van tomaten en de kweek van vissen handig worden gecombineerd. Het proces wordt duurzamer. Wat betekent dat precies?
Opdracht 1 Duurzaamheid
Het begrip duurzaamheid wordt op veel verschillend manieren gebruikt: duurzaam ondernemen, duurzaam eten, duurzame energie, duurzaam inkopen, ….
Wat denk jij dat duurzaamheid inhoudt? Controleer je antwoord hier .
Geef daarna een samenvatting in eigen woorden.
Opdracht 2 Kweekmethode
Is de kweekmethode uit de inleiding duurzaam?
Vergelijk de kweekmethode met het kweken van tomaten en vissen apart.
Onderbouw je mening met argumenten.
Opdracht 3 Ecosysteem
Belangrijk in het denken over een duurzame wereld is het begrip ecosysteem.
Zoek hier wat een ecosysteem is.
Opdracht 4 Voedselweb
In een ecosysteem komt een groot aantal voedselketens voor.
Samen vormen ze een voedselweb.
Lees in de kennisbank:
Je vindt hier een model van drie ecosystemen:
bos, woestijn, grasland, oceaan, meer.
Kies jouw ecosysteem en schuif de organismen naar de juiste plaats in de piramide.
Als alles op de juiste plaats staat. Vergelijk dan de piramide van biomassa (energie) met de piramide van aantallen.
Maak van beide een diagram. Vergelijk de piramiden van de drie ecosystemen.
Welke overeenkomsten en verschillen zijn er?
Opdracht 5 Mini-ecosysteem
Bekijk nog eens het mini-ecosysteem uit de inleiding.
Neem het plaatje schematisch over en voeg de volgende termen aan je schema toe: producent, consument, heterotroof, autotroof.
In het plaatje zijn geen afvaleters en reducenten getekend.
Welke afvaleters zul je mogelijk in het systeem aantreffen?
En welke reducenten?
Wat is de input(aanvoer) en wat de output(afvoer) van dit het ecosysteem?
Voeg al deze gegevens toe aan je schema en vergelijk het totaal met een klasgenoot.
Opdracht 6 Voedselpiramide
Teken de piramide van biomassa van dit ecosysteem.
Vergelijk jouw piramide met die van een klasgenoot.
Leg aan elkaar de getekende figuur uit.
Stap 2
Kringlopen van koolstof
Bij het kweken van de tomaten en de vissen uit het filmpje spelen kringlopen een belangrijke rol. Twee kringlopen, de koolstofkringloop en de stikstofkringloop, bekijk je nu in het bijzonder. Je begint met de koolstofkringloop.
Opdracht 1 Afbraak van cellulose en ureum
Download het werkblad en voer het practicum uit.
Maak een verslag van het experiment.
Teken zelf een koolstofkringloop, zoals deze er 200 jaar geleden uitzag.
Geef daarna met rood aan welke veranderingen er sindsdien zijn opgetreden.
Vergelijk je schema met een klasgenoot.
Opdracht 3 Koolstofkringloop
Je ziet een vereenvoudigd schema van de koolstofkringloop.
De genummerde vakken stellen organismen voor.
Met welke nummer of met welke nummers worden reducenten aangegeven?
Welk proces wordt met de rode pijlen aangegeven?
assimilatie
dissimilatie
koolstofassimilatie
voortgezette assimilatie
fotosynthese
De koolstofkringloop in de wereld is uit evenwicht doordat ...
de dissimilatie > assimilatieproces.
de assimilatie > dissimilatieproces.
Gevolgen van het toegenomen gebruik van fossiele brandstoffen zijn dat ...
het water minder zuur wordt
de hoeveelheid CO2 in de lucht toeneemt
de temperatuur van de aarde stijgt
het gat in de zonlaag groter wordt
Opdracht 4 Opwarming van de aarde
Eén van de gevolgen van de verstoring van de koolstofkringlopen is het versterkte broeikaseffect. Mogelijk warmt de aarde daardoor op.
Twee graden stijging, dat lijkt de grens. Daarboven vrezen wetenschappers een 'gevaarlijke opwarming van de aarde'. Het doel is om de CO2-uitstoot zodanig aan banden te leggen, dat we onder deze grens blijven.
Wat betekent die grens? Wat gebeurt er als dat niet lukt? Hoe ziet onze wereld eruit als het gemiddeld over een jaar twee graden warmer wordt?
Opdracht 5 CO2
De problemen die ontstaan door de toename van het CO2-gehalte van de atmosfeer kunnen op verschillende manieren worden aangepakt. Hierna wordt een aantal maatregelen genoemd. Sommige verzachten alleen de effecten, andere gaan het ontstaan van CO2 tegen.
Welke van deze maatregelen kun je tegenmaatregelen noemen?
Meer bomen planten.
Door het aanleggen van dijken wateroverlast tegengaan.
Beperking van het energiegebruik.
CO2 afkomstig uit industrie vloeibaar maken, en door pijpen diep in zee door de oceanen laten opnemen.
Meer gebruik maken van bijvoorbeeld zonne-energie en windenergie.
Welke maatregel I t/m V lijkt je het meest haalbaar, welke het minst?
Leg je antwoorden uit.
Op welke manier draagt de tomatenkweker uit de inleiding bij aan het verminderen van de CO2uitstoot?
Stap 3
De stikstofkringloop
Planten hebben voor hun productie niet alleen koolstof nodig, maar o.a. ook stikstof. Dat zou geen probleem hoeven te zijn. De lucht bestaat voor 79% uit stikstof. Toch moeten akkerbouwers stikstofbemesting toepassen.
Hoe komt dat?
Beschrijf de manier waarop een plant stikstof opneemt. In welke verbindingen in de plant komt die stikstof vooral terecht?
Leg uit waarom bij akkerbouw stikstofbemesting noodzakelijk is.
Na de oogst blijft er een tomaat in de bodem achter.
Maak een schema van wat er met de stikstofverbindingen uit deze tomaat gebeurt.
Opdracht 2 Aquarium
Je begint een aquarium, een eenvoudige bak: een bodem, wat planten, een paar vissen.
Je voert de vissen iedere dag.
Het gehalte organische stoffen in het aquarium stijgt.
Door welke drie oorzaken?
Welke organismen in het aquarium zorgen ervoor dat de biomassa van het ecosysteem toeneemt?
Welke organismen in het aquarium zorgen ervoor dat de biomassa afneemt?
In het water ontstaat ammoniak. Bij welk proces ontstaat dat?
Ammoniak is een giftige stof. Gelukkig verdwijnt deze meestal snel uit het aquarium. Op welke manieren?
Bedenk op grond van de theorie van de stikstofkringloop hiervoor een oplossing.
Je ziet hiernaast twee afbeeldingen van een kringloop.
Welke afbeelding geeft de stiksofkringloop in een aquarium weer?
Opdracht 3 Stikstofkringloop
Oefen je kennis van de stikstofkringloop hier .
Ga door tot je alles goed hebt ingevuld. Gebruik zo nodig Binas.
Opdracht 4 Bacteriën
Maak deze vragen:
Het bacteriegeslacht Rhizobium in de wortelknolletjes van lupine
veroorzaakt nitrificatie.
bindt stikstof uit de lucht.
veroorzaakt rotting.
veroorzaakt vervluchtiging.
Als in een bodem veel denitrificerende bacteriën voorkomen, veroorzaken deze
zuurstofgebrek.
overmaat ureum.
overmaat zuurstof.
nitraatgebrek.
Opdracht 5 Zure regen
In de kennisbank heb je gelezen dat verstoring van kringlopen ook tot gevolg hebben dat het milieu verzuurt.
Bekijk de afbeelding. De mate van verzuring is niet gelijk verdeeld over het land.
Bedenk welke oorzaken daarvoor kunnen zijn.
Welke maatregelen heeft de tomatenkweker genomen om verzuring te verminderen?
Wat zou hij evt nog meer kunnen doen?
Wat is in de landbouw gedaan om verzuring tegen te gaan?
De landelijk gemiddelde neerslag van verzurende stoffen is sinds 1981 gehalveerd.
Dat is vooral het gevolg van maatregelen bij de doelgroepen verkeer en industrie, zoals b.v. katalysatoren en rookgasfilters.
Een deel van dat effect wordt teniet gedaan door het rebound effect.
Dat betekent dat, als we iets duurzaams doen dat zelf weer tegenwerken.
Dus zijn de auto’s schoner, dan rijden we meer: met de vervuiling van die schone auto valt het immers wel mee.
Bedenk voorbeelden van het rebound effect uit jouw dagelijks leven.
Hoe is dat effect te voorkomen?
Bespreek je antwoorden in de klas.
Opdracht 6 Examenvragen
Maak de volgende examenvragen over beide kringlopen.
Gebruik zo nodig Binas.
Stap 4
Afvaleters en reducenten
In de vorige stappen heb je gezien dat afbraak van organische stoffen nodig is om de kringloop weer te sluiten. Er zijn dus organismen nodig die van de organische stoffen weer anorganische stoffen maken.
Opdracht 1 Afbraak
Bekijk het filmpje, om een indruk te krijgen van dat proces: Let op: het filmpje gaat over een dood dier. Misschien zie je dat nu liever niet.
Welke organismen hoor je vooral?
Bij de afbraak van organische materiaal is ook nog een hele voedselketen te onderscheiden.
Eerst komen de afvaleters. Zij leven van dode resten.
Aasgieren eten dode dieren. Mestkevers laten andere dieren \(\small{v}\infty{r}{v}{e}{r}{t}{e}{r}{e}{n}\). Zij eten de uitwerpselen.
Regenwormen eten bladeren.
Uiteindelijk zetten schimmels en bacteriën (de reducenten) de overgebleven organische stoffen om in anorganische stoffen.
Ook deze voedselketen heeft een heel vaste volgorde.
Opdracht 2 Een dode boom
Bekijk de figuur.
Op dode boom A worden vooral boktorren aangetroffen, op boom B vooral termieten.
Welke boom is het langst dood?
Van de kennis van dit deel van de voedselkringloop maakt men ook gebruik bij forensisch onderzoek.
Leg uit wat een forensisch entomoloog kan bijdragen aan forensisch onderzoek.
Opdracht 4 Bacteriën voor milieusanering
In tweetallen.
Bacteriën zijn de afvalverwerkers van de natuur!
Ze worden dan ook ingezet in alle takken van de milieusanering: zuivering van afvalwater, biologische bodemsanering en luchtzuivering, hergebruik van afvalstromen en dierlijke mest, groene energie in de vorm van biogas.
Hier zie je een voorbeeld.
Bekijk het filmpje:
Zoek nog een voorbeeld van het gebruik van bacteriën voor milieusanering.
Verdeel de onderwerpen afvalwater, bodem, lucht, verpakkingsmiddelen over de klas.
Zoek uit hoe het gekozen proces precies werkt.
Welke bacteriën worden ingezet en met welk doel?
Welke omstandigheden worden gekozen?
Welke (bij)producten ontstaan er?
Houd een korte presentatie voor de klas.
Je mag in overleg met de docent ook zelf een eindproduct (verslag, poster, presentatie, stripverhaal) kiezen.
Tip: voor een profielwerkstuk over dit onderwerp:
Stap 5
Voedsel en duurzaamheid
Sinds de tweede helft van de vorige eeuw is duidelijk geworden dat de mens op een andere manier met het systeem Aarde om moet gaan. Grondstoffen raken op en allerlei schadelijke afvalstoffen hopen zich op in het milieu.
Lees in de kennisbank waardoor het systeem onder druk staat.
Opdracht 1 Het kan ook ecologisch
Maak de volgende opdrachten en bespreek de antwoorden in de klas.
Maak een overzicht van de verschillen tussen traditionele en ecologische landbouw.
Koop jij bij voorkeur producten uit de ecologische landbouw? Waarom wel/niet?
Vind jij dat ecologische landbouw gestimuleerd moet worden, b.v. door subsidies?
Geef argumenten voor je mening. Bespreek je argumenten in de klas.
Welke bijdrage kan biotechnologie leveren aan de landbouw?
Wat is jouw mening over deze toepassing van de biotechnologie?
Opdracht 2 Ecologische voetafdruk
De manier waarop wij leven heeft effect op het systeem Aarde.
Wonen, voeding, de kleren die je koopt, de manier waarop je op vakantie gaat of naar school, alles heeft zijn ecologische prijs.
De ecologische voetafdruk geeft aan hoeveel oppervlakte van de aarde gebruikt wordt om aan jouw behoeften tegemoet te komen.
Rekeninghoudend met de huidige wereldbevolking en de beschikbare reserves is 2,1 hectaren beschikbaar per persoon. Gebruik jij meer dan je toekomt?
Bereken wat de impact is van de keuzes uit jullie gezin op het milieu. www.wnf.nl/voetafdruktest
Maak de test en noteer de voetafdruk in hectare.
Vergelijk jouw waarde met de gemiddelden in de wereld.
Zou je je voetafdruk willen verlagen. Maak dan een keuze uit de tips .
Bespreek de keuzes in de klas.
Hoe makkelijk of moeilijk is het om deze tips uit te voeren?
Waarmee zouden je morgen al willen beginnen?
Opdracht 3 Verspilling
Een manier om de milieulast van voedselproductie te verkleinen is het tegengaan van verspilling.
Bekijk het filmpje:
En doe de weggooitest . Geef de antwoorden zoals het bij jullie thuis meestal gaat.
Opdracht 4 Het smaakt naar nootjes, maar dan met pootjes …
In de inleiding van dit thema heb je een filmpje bekeken over de aanbeveling van de wereldvoedselorganisatie om meer insecten te eten.
Welke argumenten pleiten daarvoor? Vat ze samen m.b.v. dit artikel .
Opdracht 5 Vlees of vegetarisch?
Rundvlees, kip of vegetarisch? Welke keuze is het beste als je let op duurzaamheid?
Zoek dat uit met behulp van deze bronnen.
Stel een aanbeveling op en onderbouw deze met behulp van de volgende bronnen.
De keuze van de consument
In drie- of viertallen.
Doe een onderzoek naar de mate waarin consumenten duurzaamheid laten meewegen bij het kiezen van hun voedsel, bijvoorbeeld in de school- of sportkantine, op een terras of bij het samenstellen van een lunchpakket.
Elk groepje formuleert een eigen deelvraag.
Gebruik daarvoor de informatie uit stap 5.
Bespreek je deelvraag met je docent en voer daarna het onderzoek uit.
Maak een poster van het resultaat.
Hang de poster op, bijvoorbeeld in de schoolkantine.
De levende organismen in een bepaald gebied vormen samen een levensgemeenschap.
ecosysteem
levensgemeenschap
vegetatie
populatie
individu
Waddenzee
schoolvijver
aarde
Opdracht 4A Energie in een voedselketen
Elke volgende schakel in een voedselketen bevat minder energie doordat planten een deel van de vastgelegde zonne-energiegebruiken om weefsel op te bouwen.
Elke volgende schakel in een voedselketen bevat minder energie doordat planteneters slechts een deel van de plant eten.
Elke volgende schakel in een voedselketen bevat minder energie doordat vleeseters een deel van het dier eten.
Elke volgende schakel in een voedselketen bevat minder energie doordat consumenten een deel van hun voedsel kunnen verteren.
Elke volgende schakel in een voedselketen bevat minder energie doordat consumenten een deel van de energie gebruiken voor het opbouwen van weefsel.
Opdracht 4B Duurzaam eten
maïs
soja
garnalen
insecten
Stap 2
Opdracht 3 Koolstofkringloop
Met nummer 2.
dissimilatie
De koolstofkringloop in de wereld is uit evenwicht doordat de dissimilatie > assimilatieproces.
de hoeveelheid CO2 in de lucht toeneemt
de temperatuur van de aarde stijgt
Opdracht 5 CO2
Meer bomen planten.
Beperking van het energiegebruik.
Meer gebruik maken van bijvoorbeeld zonne-energie en windenergie.
Stap 3 Opdracht 1 Stikstof
De plant neemt via de wortels nitraten en ammoniumzouten op uit het grondwater.
In de cellen worden de stikstof gebruikt voor de assimilatie van eiwitten.
De producten van de akker worden afgevoerd, er komen daardoor niet voldoende mineralen terug in de bodem.
Opdracht 2 Aquarium
Via het voer, de uitwerpselen van de vissen en de fotosynthese.
De planten, en doordat ze gevoerd worden ook de vissen.
De rottingsbacterien en de vissen als ze eten van de planten.
Bij de afbraak van eiwitten.
Een deel van het ontstane ammoniak verdampt. Een deel wordt in het water omgezet in ammonium (NH4+).
Een deel wordt eerst omgezet in nitrietionen (NO2-) door nitrietbacteriën.
(Daarna worden deze nitrietionen omgezet in nitraationen (NO3-) door nitraatbacteriën.
Deze twee bacteriën bij elkaar noem je nitrificerende bacteriën.
Zorgen voor voldoende nitrificerende bacteriën en voldoende planten om het nitraat weer op te nemen.
Afbeelding 1.
Opdracht 4 Bacteriën
bindt stikstof uit de lucht.
nitraatgebrek.
Opdracht 5 Zure regen
Intensieve veeteelt in Brabant, industrie en verkeer in Amsterdam, Rotterdam en Utrecht.
Hij gebruikt minder mest. Hij zou zonne-energie kunnen opwekken.
Afdekken van mestbassins, het verminderen van uitstoot uit stallen, en een vermindering in het uitrijden van mest.
Stap 4
Opdracht 2 Een dode boom
Boom B.
Opdracht 3 Forensisch onderzoek
De ontwikkelingsstadia van de insecten op het lijk en de soorten insecten zeggen iets over de plaats en het tijdstip van overlijden. Dan moeten de omgevingsomstandigheden die bij het lichaam van toepassing waren (met name temperatuur) bekend zijn.
Het arrangement Module: Kringlopen-duurzaamheid - v456 is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten
terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI
koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI
koppeling aan te gaan.
Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.
Arrangement
IMSCC package
Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.
Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en
het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op
onze Developers Wiki.
Elke volgende schakel in een voedselketen bevat minder energie doordat planten ... gebruiken om weefsel op te bouwen.
Opdracht 5 Mini-ecosysteem
Opdracht 3 Koolstofkringloop
Opdracht 4 Opwarming van de aarde
Opdracht 2 Aquarium
Opdracht 4 Bacteriën voor milieusanering
Opdracht 2 Ecologische voetafdruk
De keuze van de consument
