Brotzeit door Udo Pollmer

Het regenwoud is de "groene long" van onze planeet. Elke scholier weet dat er zonder plantengroei geen zuurstof in de lucht zou zijn en dus ook geen dieren en mensen.

Dit komt door fotosynthese: planten vormen met behulp van zonlicht, suiker uit koolstofdioxide en water, wat op zijn beurt zetmeel en cellulose oplevert. Zoals bekend komt er bij deze reactie zuurstof vrij. Het is als het ware een afvalproduct van biologische suikerproductie. Dus terwijl planten kooldioxide uit de atmosfeer verbruiken en zuurstof uitstoten, verbruiken mensen op hun beurt zuurstof en stoten ze kooldioxide uit. Deze wederzijdse toevoer van kooldioxide en zuurstof betekent dat de planten- en dierenwereld met elkaar verbonden zijn en elkaar nodig hebben. Tot zover de schoolboeken.

Laten we de middelbare school verlaten en afdalen naar een fruitkelder: iedereen die daar werkt weet dat wanneer fruit en groenten worden opgeslagen, het groen niet langer zuurstof produceert, maar precies het tegenovergestelde doet: het verbruikt de zuurstof in de lucht en produceert kooldioxide. Dit is vervelend voor de groenteboer. Als hij de zuurstof niet op tijd verwijdert, wordt fruit overrijp en verwelken zijn groenten.

Omdat de kooldioxideconcentraties die het fruit schaden snel bereikt worden tijdens de opslag, worden er speciale apparaten, de zogenaamde scrubbers, geïnstalleerd in de pakhuizen. Deze vissen de kooldioxide uit de atmosfeer van de luchtdichte pakhuizen. Om het opgeslagen fruit nieuw leven ingeblazen worden, krijgt het een flinke portie zuurstof om te ademen. Aan deze  techniek hebben we het te danken dat we het hele jaar door fruit en groenten kunnen kopen.

Waarom verbruiken planten tegen de zuivere leer in zuurstof en geven ze kooldioxide af aan de atmosfeer, net zoals mensen en dieren? Wanneer planten hun reserves zoals zetmeel of suiker willen gebruiken om energie te produceren, bijvoorbeeld tijdens het ontkiemen, hebben ze precies zoveel zuurstof nodig als ze eerder hebben vrijgemaakt en scheiden ze precies zoveel kooldioxide uit als ze eerder hebben gebonden. Hetzelfde geldt wanneer planten rotten, verbranden of verteerd worden. Uiteindelijk blijft er aldus Adam Riese geen gram zuurstof over. En geen gram CO₂ wordt verbruikt.

Het is dus niet zo dat de planten de dieren voorzien van de zuurstof in de lucht. Ze verbuiken het uiteindelijk het zelf. En wel volledig!

Maar veel schoolboeken gaan nog een stapje verder met het idee van de groene longen die de wereld van zuurstof voorzien: Alleen planten zouden ervoor gezorgd hebben dat onze atmosfeer maar liefst 21% zuurstof bevat. Cyanobacteriën, d.w.z. fytoplankton in ondiep water bij de evenaar, zou begonnen zijn met de productie. Toen er eenmaal wat zuurstof in de lucht zat, zouden complexere organismen zoals planten op pad zijn gegaan om de aarde te veroveren.

Maar dat is uiterst dubieus. Opdat het leven zich überhaupt zou kunnen ontwikkelen, had het eerst de beschermende ozonlaag nodig. Anders zou de dodelijke UV-C-straling van de zon ongehinderd het aardoppervlak bereiken en al het opkomende leven op het land en in het water in de kiem smoren. Ozon bestaat uit zuurstof. Daarom moet er zuurstof aanwezig zijn geweest voordat leven zich op het aardoppervlak kon vestigen. Cyanobacteriën hebben licht nodig en omdat kortegolf-UV-licht dieper in het water doordringt dan daglicht, kunnen ze geschrapt worden als de primaire producenten van zuurstof. Bovendien werd alle zuurstof in de "oeroceaan" onmiddellijk "verbruikt" om de metalen te oxideren.

Dus waar komt de zuurstof in de lucht vandaan die ons leven mogelijk maakt? Het definitieve bewijs werd geleverd door de Apollo 16-missie in 1972, bijna een halve eeuw geleden. Daaruit bleek wat natuurkundigen al lang hadden voorspeld: Zonlicht splitst watermoleculen in de bovenste atmosfeer (vanaf 400 km) in waterstof en zuurstof. De lichte waterstof wordt niet langer tegengehouden door de zwaartekracht van de aarde en verdwijnt in de interplanetaire ruimte, terwijl de zware zuurstof weer naar de aarde zinkt.

Deze vorm van zuurstofvorming vond al plaats lang voor het ontstaan van leven op aarde. Het zal waarschijnlijk nog een halve eeuw duren voordat dit besef onze scholen bereikt.

Literatuur

Osterloh A et al: Lagerung von Obst und Südfrüchten. Ulmer; Stuttgart 1996

Böttcher H: Frischhaltung und Lagerung von Gemüse. Ulmer, Stuttgart 1996

Kundt W, Marggraf 0: Physikalische Mythen auf dem Prüfstand. Springer, Berlin 2014

Teolis BD et al: Cassini finds an oxygen-carbon dioxide atmosphere at Saturn's icy moon Rhea. Nature 2010; 330: 1813-1815

Anon: Dreaming of an ultraviolet christmas. New Scientist 13. Dec. 1973: 772

Rasmussen C: Spaceborne carbon counter maps new details. NASA News 18.12.2014

Catling DC, Zahnle KJ: Wenn die Atmosphäre ins All entweicht. Spektrum der Wissenschaft 2010; H.1: 24-31

Hunten DM: Pipelines to the planets. Nature 1977; 389: 125-126

Taylor CT, McEiwain JC: Ancient atmosphere and the evolution of oxygen sensing via the hypoxia­inducible factor in metazoans. Physiology 2010; 25: 272-279

Carruthers GR, Page T: Apollo 16 far-ultraviolet camera-spectrograph: earth observations. Science 1972; 177: 788-791

Carruthers GR et al: Apollo 16 Lyman alpha imagery of the hydrogen geocorona. Journal of Geophysical Research 1976; 81: 1664-1672

Van Valen L: The history and stability of atmospheric oxygen. Science 1971; 171: 439-443

Brinkman RT: Dissociation of water vapor and evolution of oxygen in the terrestrial atmosphere. Journal of Geophysical Research 1969; 74: 5355-5368

Broadfoot AL et al: Ultraviolet observations of Venus from Mariner 10: preliminary results. Science 1974; 183: 1315-1318

Snow GE, Javor GT: Oxygen and evolution. Origins 1975; 2: 59-63

Bowhill SA, Dyer ER: The Upper Atmosphere. Part V of Solar-Terrestrial Physics 1970 Comprising the Proceedings of the International Symposium on Solar-Terrestrial Physics Held in Leningrad 12.-19. May 1970. Reidel, Dordrecht 1972