De Gids. Jaargang 160

[p. 154]

Harry N.A. Priem
Aards perspectief

Een van de kenmerkende eigenschappen van onze soort, Homo sapiens, is dat hij voorbij de horizon van tijd en ruimte probeert te kijken. Van oudsher heeft hij zich vragen gesteld omtrent oorsprong, begin en einde van de ons omringende werkelijkheid en onze eigen plaats daarin. In ons deel van de wereld vond hij vele eeuwen het antwoord in de beginregels van de tora:

Bereeshiet barah Élohiem et hashamaiem we et háaretz
(In den beginne schiep God de Hemel en de Aarde)

waarin, evenals in alle scheppingsmythen, impliciet wordt uitgegaan van de opvatting dat aarde en heelal in de tijd begrensd zijn. Hiertegenover staat het eeuwigheidsprincipe van, onder andere, natuurfilosofische scholen in de Griekse oudheid. Daar werd geleerd dat de werkelijkheid waarvan wij deel uitmaken eeuwig is, maar onderhevig aan voortdurende verandering.

Wereldbeeld

In de tijd van de Verlichting begonnen scheppingsmythen en natuurfilosofische speculaties plaats te maken voor een wereldbeeld gebaseerd op controleerbare observaties en fysische wetmatigheden. De lang gekoesterde zekerheid van een wereld die 6000 jaar geleden was geschapen, met de aarde als centrum van het heelal en de mens als doel van de schepping, moest worden opgegeven - hoewel dat onder fundamentalistische christenen en moslims nog steeds niet wordt aanvaard. Wij weten nu dat de aarde tegelijk met het gehele zonnestelsel 4570 miljoen jaar geleden is ontstaan in een veel ouder heelal en dat het verschijnsel leven al tenminste 3800 miljoen jaar deel uitmaakt van de aardgeschiedenis.

De geschiedenis van de mensheid is echter pas 2,5 miljoen jaar geleden begonnen, toen binnen de orde der primaten (waartoe thans de apen, de halfapen en de mens behoren) in Afrika de eerste hominidesoort evolueerde die stenen bewerkte tot werktuigen. Op grond van deze vaardigheid en de kenmerken van zijn skelet geldt deze soort als de oudste vertegenwoordiger van het genus Homo. Van dit genus hebben diverse soorten naast en na elkaar voor korte of langere tijd de aarde bevolkt, volgens een vooralsnog slecht begrepen evolutionaire stamboom. Al die soorten zijn op één na weer uitgestorven - als laatste verdween de Neanderthaler, 34.000 jaar geleden. De enige overgebleven soort is de moderne mens, Homo sapiens, waartoe het gehele huidige menselijke ras behoort.

Volgens astrofysici heeft een ster als de zon een levensduur van ongeveer 10 miljard jaar. Daarvan hebben we nu de helft gehad. Na nog eens dezelfde tijd, waarin de biologische evolutie stellig nog vele verrassende levensvormen in petto heeft, zal de zon aan zijn doodstrijd beginnen. Dan wordt de aarde in de expanderen-

[p. 155]

de zonnematerie opgenomen en zal dus toch nog het geprofeteerde armageddon aanbreken. Zij het dat er over 5 miljard jaar al lang geen mensen meer zullen zijn die het einde der tijden kunnen ondergaan.

Voor zover het ons zonnestelsel betreft, is dus een van de oudste natuurfilosofische twistpunten beslecht, dat van een eeuwige tegenover een in tijd begrensde materiële werkelijkheid. Er ís een concreet begin en er ís een concreet einde, met daartussen een tijdsinterval van zo'n 10 miljard jaar. Buiten de beperking van ons zonnestelsel zijn de oude vragen echter nog steeds actueel. Volgens het algemeen geaccepteerde model heeft het heelal een begin dat 11 à 14 miljard jaar achter ons ligt, de Big Bang of Oerknal. Er zijn echter geen eenduidige antwoorden op de vragen naar wat er aan de Big Bang voorafging, of het heelal in tijd en ruimte eindig is, en zo ja, wat er daarna komt en wat er buiten die begrenzing is. Bovendien zijn er naast het ‘Big Bang-creationisme’ ook nog theorieën die uitgaan van een ‘steady state’-model, een heelal zonder begin en zonder einde, constant onderhevig aan verandering.

Ons perspectief op de werkelijkheid waarvan wij deel uitmaken is dat wij, als een van de talloze levensvormen die in de biosfeer zijn geëvolueerd, leven in een dunne dampkring rond een minuscule planeet die hoort bij een onopvallende ster in een al even onopvallend sterrenstelsel. Het bestaan van onze soort speelt zich af halverwege de levensduur van die ster. In het heelal zijn miljarden sterrenstelsels als onze melkweg, elk met tientallen miljarden sterren die in grootte en temperatuur overeenkomen met onze zon - hun aantal wordt alleen in ons melkwegstelsel al op zo'n 40 miljard geschat, waaronder vele, zo niet alle met een gevolg van planeten.

In den beginne

De vraag naar de ouderdom van de aarde en de lengte van de geologische tijd vormde tot in de eerste helft van deze eeuw een van de grootste wetenschappelijke controverses. De annalen van de eerbiedwaardige Royal Society in Londen staan bol van de heftige en vaak emotionele discussies tussen eminente geleerden over dit vraagstuk. Pas toen na 1950 de methode van de radiometrische ouderdomsbepaling beschikbaar kwam, kon dit twistpunt definitief worden beslecht. Bij deze methode maakt men gebruik van het verval van radioactieve elementen die van nature in gesteenten aanwezig zijn. Uit de verhouding van de hoeveelheid van een radioactieve stof en die van het door radioactief verval ter plaatse ontstane dochterproduct kan met behulp van de voor elke radioactieve stof karakteristieke en onveranderlijke halveringstijd de tijd worden berekend die is verstreken sinds het dochterproduct begon te accumuleren: de ouderdom van 't gesteente.

Onderzoek van aardse gesteenten, van meteorieten en in de laatste decennia ook van maangesteenten heeft vastgesteld dat de geboorte van aarde en zonnestelsel 4,57 miljard jaar achter ons ligt. Volgens het gangbare model is het zonnestelsel geconcipieerd in het geweld van de explosie van een oudere ster veel groter dan onze zon, die aan het einde van zijn bestaan was gekomen (een supernova). De explosie initieerde de verdichting van interstellaire materie, waardoor een roterende, afgeplatte ‘oernevel’ van gas, stof en gruis ontstond. Onder invloed van zwaartekracht deden plaatselijke verdichtingen hierin de zon (zo'n 99 procent van de totale massa van de ‘oernevel’) en zijn gevolg van planeten condenseren. Dergelijke processen zijn waarschijnlijk niet zeldzaam in het heelal, zodat men aanneemt dat er talloze zonnestelsels van uiteenlopende ouderdom zijn.

De condensatie (‘accretie’) van de hemellichamen genereerde veel warmte, terwijl er ook veel warmte werd geproduceerd door het verval van radioactieve stoffen. Door de grote massa van de zon liep de temperatuur in de kern op tot ongeveer 10 miljoen graden Celsius en kwam thermonucleaire fusie op gang. De

[p. 156]

veel kleinere aarde, maan en andere planetaire massa's smolten grotendeels. In die ‘smelt’ zakten zware elementen, waardoor de planeten een gelaagde structuur kregen: een zware ijzerrijke kern (in de aarde met een straal van 3300 kilometer), omhuld door een mantel van ijzermagnesiumsilicaten (in de aarde 2900 kilometer dik). Onderzoek van meteorieten heeft aangetoond dat tussen de supernova die het geboorteproces initieerde en de differentiatie van de planetaire lichamen in kern en mantel ten hoogste 5 miljoen jaar ligt - een minuscule tijdspanne tegen de bijna 4,6 miljard jaar van de verstreken geologische tijd. De geboorte van ons zonnestelsel en de aarde is dus een zeer snel proces geweest.

Tumultueuze jeugd

Sporen uit de eerste 600 miljoen jaar van de aardgeschiedenis zijn met de tijd uitgewist. Directe getuigenissen zijn niet bewaard gebleven. Dat we toch de vroegste jeugd van onze planeet kunnen reconstrueren, is te danken aan geofysische modellering en de kennis die de laatste jaren is verworven bij de exploratie van andere hemellichamen, in het bijzonder de maan, waar getuigenissen uit de beginperiode wel bewaard zijn gebleven. Zo weten wij dat de silicaatmantel van onze planeet aanvankelijk grotendeels gesmolten was (de zogenoemde magma-oceaan), met een dunne korst van soortelijk lichtere silicaten. Die korst werd voortdurend op talloze plaatsen doorbroken door magma dat als lava aan het oppervlak uitvloeide. Naarmate de aarde afkoelde, stolde de magma-oceaan van boven naar beneden en nam de vulkanische activiteit geleidelijk af. Zo evolueerde de aardmantel naar zijn huidige toestand: een laag van vast gesteente met ‘pockets’ van magma dat kan opstijgen en via vulkanen aan het oppervlak uitvloeit.

De geologische exploratie van de maan heeft ook onthuld dat onze planeet een zeer tumultueuze jeugd heeft gehad. Tussen 4,1 en 3,9 miljard jaar geleden werd het aardoppervlak geteisterd door talloze inslagen van grote, soms zeer grote meteorieten en kometen. Dit was de tijd van het ‘kosmisch bombardement’, dat zijn sporen ook op andere (binnen)planeten heeft nagelaten. Op basis van de inslagfrequentie op de maan is berekend dat er op aarde toen zo'n 3000 inslagkraters met een doorsnede van meer dan 100 kilometer moeten zijn gevormd, waarvan 25 groter dan 1000 kilometer, naast talloze kleinere kraters. Hiervan is niets meer te zien: alle sporen zijn van het aardoppervlak gewist door jongere geologische activiteit, in tegenstelling tot de maan: daar zijn de kraters en de vergruizelde korst wél bewaard gebleven omdat er als gevolg van de snellere afkoeling (de massa van de maan is slechts 1 procent van die van de aarde) al ruim drie miljard jaar geleden een eind kwam aan vulkanisme en tektonische activiteiten. Bovendien is er op het maanoppervlak door het ontbreken van een dampkring nauwelijks erosie - de voetstappen van de Apollo-astronauten zullen er over duizenden jaren nog net zo uitzien als nu.

Na deze roerige periode kwam de aarde in rustiger vaarwater. Botsingen met grote meteorieten en kometen treden nog slechts sporadisch op. Toch zijn zij tot in het recente verleden een belangrijke geologische rol blijven spelen - en zullen dat blijven doen. Dit is echter pas het laatste decennium onderkend. Voordien was het in de aardwetenschappen een paradigma dat alle geologische verschijnselen uit het verleden moesten worden verklaard met aardse processen die ook nu nog operationeel zijn (het ‘actualismebeginsel’). Extraterrestrische invloeden, zeker die van catastrofale aard, vielen daar uitdrukkelijk niet onder.

Onze buren: variaties op eenzelfde thema

Bij vulkanisme komen gassen vrij die bij de accretie in de planetaire massa's werden ingesloten. Vulkanische gassen bestaan ruwweg voor

[p. 157]

80 procent uit waterdamp en 20 procent uit kooldioxide (CO₂), naast geringe hoeveelheden van andere verbindingen. De aarde en Mars kregen zo al vroeg een CO₂-dampkring en, door condensatie van de waterdamp, oceanen. De maan en Mercurius zijn te klein om een dampkring vast te houden. Op Venus, die dichter bij de zon staat, was de oppervlaktetemperatuur te hoog voor condensatie van waterdamp. De planeet verloor zijn water doordat de watermoleculen boven in de dampkring onder invloed van ultraviolette straling van de zon uiteenvielen, waarna de lichte waterstof naar de ruimte verdween. Aan het gortdroge oppervlak heerst nu een temperatuur van 480 graden Celsius en een verstikkende CO₂-druk, negentig maal de luchtdruk op aarde. De condities op Venus doen dus meer denken aan Dantes inferno dan aan de godin van liefde waarnaar de planeet is vernoemd - tot teleurstelling van degenen die tot voor enkele decennia hoopten dat Venus een wereld zou zijn van dampende oerwouden en zompige moerassen, bevolkt door allerlei levensvormen en misschien zelfs civilisaties.

De ontwikkeling van de milieus op aarde en Mars verliep aanvankelijk ongeveer hetzelfde. Er was een CO₂-dampkring en er heersten temperaturen waarbij de door vulkanen uitgestoten waterdamp kon condenseren. Nog steeds zijn op Mars de valleien te zien die door rivieren zijn ingesneden - rivieren die lang geleden regenwater naar zeeën hebben afgevoerd. Het is mogelijk dat er in de zeeën van Mars toen primitief (bacterieel) leven was, zoals terzelfder tijd op aarde het geval was. Ongeveer 4 à 3 miljard jaar geleden ging het echter mis op Mars. De planeet verloor het grootste deel van zijn dampkring en de temperatuur daalde tot beneden het vriespunt. Aan het oppervlak kon geen vloeibaar water meer bestaan en de eventuele embryonale biosfeer verdween, hoewel het niet onmogelijk is dat bacterieel leven zich tot de dag van vandaag diep onder het oppervlak nabij vulkanische warmtebronnen heeft gehandhaafd - onlangs zijn ook op aarde op een diepte van ruim 1000 meter onder het landoppervlak voordien onbekende bacteriële leefgemeenschappen ontdekt, die hun energie voor levensfuncties ontlenen aan chemische reacties tussen water en gesteente. De ineenstorting van het vroege martiaanse milieu wordt toegeschreven aan de kleine massa van Mars, slechts 10 procent van die van de aarde. Hierdoor koelde het inwendige van de planeet sneller af, waardoor de vulkanische activiteit en bijgevolg de toevoer van CO₂ en waterdamp sneller zijn afgenomen dan op de veel grotere aarde en Venus. Bovendien is door de kleinere massa de aantrekkingskracht van Mars kleiner, waardoor bij zware inslagen dampkringgassen de ruimte in worden geblazen. Dat is op aarde en Venus nauwelijks mogelijk.

Het martiaanse oppervlak kwam zo in de greep van de barre condities die er nog steeds heersen: een CO₂-dampkring met een druk die slechts 0,6 procent bedraagt van de luchtdruk op aarde, en temperaturen overal beneden het vriespunt. Er is water, maar dat kan bij de lage temperatuur en ijle dampkring alleen diep onder het oppervlak in vloeibare vorm bestaan. Aan het oppervlak vinden we het als damp en vooral ijs: in de polaire ijskappen, 's nachts en in de vroege ochtend als rijp, en als permafrost (bevroren bodemwater, zoals we op aarde kennen van de toendra's langs de poolkappen). Hoewel de condities op Mars van alle planeten nog het meest overeenkomen met die op aarde, zijn zij voor onze begrippen toch uiterst onaangenaam - koud, droog en een zeer ijle CO₂-dampkring met felle zandstormen.

Absurde dampkring

In 1992 deed de ruimterobot Voyager I ons van achter de banen van Neptunus en Pluto beelden van de aarde toekomen - een nietig lichtpuntje tussen talloze sterren tegen een zwarte achtergrond. Toch zou dit al van verre de aan-

[p. 158]

dacht trekken van ontdekkingsreizigers van buiten ons zonnestelsel, als die ooit dit deel van de melkweg zouden verkennen. Het planeetje zou direct opvallen door het vele zuurstofgas in zijn dampkring. Chemisch is dit een absurditeit. Zuurstofgas wordt immers aan het aardoppervlak gebonden, vooral door tweewaardig ijzer en organisch materiaal, evenals door de reducerende bestanddelen van vulkanische gassen. Alle zuurstofgas zou dan ook snel uit onze dampkring verdwijnen als er niet voortdurend ‘nieuw’ gas zou worden toegevoerd, thans bijna 270 miljoen ton per jaar. Hiervan wordt een klein deel, ongeveer 1 procent, geleverd door het uiteenvallen van watermoleculen boven in de dampkring onder invloed van ultraviolette straling van de zon; de vrijgekomen waterstof ontsnapt de ruimte in en de zwaardere zuurstof blijft achter. Het overgrote deel vindt echter zijn oorsprong in het samenspel van biologische, chemische en geologische processen. Bij de biologische fotosynthese komt zuurstofgas vrij en wordt organisch materiaal geproduceerd. Dit proces verloopt echter ook in tegengestelde richting doordat bij de ademhaling en bij rotting of verbranding van organisch materiaal zuurstofgas wordt gebonden.

Een klein deel van het geproduceerde organisch materiaal wordt echter van de dampkring geïsoleerd doordat het als gevolg van geologische processen wordt begraven. Dit materiaal blijft in sedimenten opgeslagen, onder andere in de vorm van aardolie, aardgas en steenkool. Elk koolstofatoom dat zo aan de kringloop van fotosynthese en ademhaling, rotting of verbranding wordt onttrokken, geeft een netto winst van één zuurstofmolecuul. De huidige concentratie zuurstofgas in de dampkring (21 procent) representeert een evenwichtstoestand in dit complexe samenspel van biologische, geologische en chemische processen. Elk van die factoren is variabel, zodat er met de tijd aanzienlijke fluctuaties zijn opgetreden.

Fossielen in oude sedimentgesteenten laten zien dat er ten minste 3,5 miljard jaar geleden al bacteriesoorten leefden die fotosynthese beoefenden. Toch was er tot 2 miljard jaar geleden nagenoeg geen zuurstofgas in de dampkring. Al die tijd moet de bij de bacteriële fotosynthese geproduceerde zuurstof dus direct weer zijn gebonden. Dit wordt toegeschreven aan de oxidatie van reducerende vulkanische gassen (er was toen, bij de warmere inwendige aarde, veel meer vulkanisme dan nu) en de activiteit van bacteriën die hun energie voor levensfuncties ontleenden aan het gebruik van zuurstof om tweewaardig ijzer te oxideren, dat toen in overvloed in het zeewater aanwezig was. Zo zijn vroeg in de aardgeschiedenis de reusachtige afzettingen van ijzererts gevormd waaruit nu vrijwel alle ijzer voor onze industriële samenleving wordt gewonnen.

Direct gerelateerd aan de hoeveelheid zuurstofgas in de dampkring is de dichtheid van de ozonlaag, op een hoogte van ongeveer 25 kilometer. Deze laag filtert de ultraviolette straling uit het zonlicht die voor het leven schadelijk is. Dit beschermende schild was afwezig toen er in de dampkring nauwelijks zuurstofgas was. Alle leven speelde zich toen af in zeeën, meren en rivieren, waar water de gevaarlijke componenten van de ultraviolette straling filtert, en op beschutte plaatsen op het droge land. Er was echter nog weinig landoppervlak: de jonge aarde was een oceanische planeet, met alleen vulkanische eilandjes en kleine continentale gebiedjes.

Tussen 3 en 2,5 miljard jaar geleden voltrokken zich ingrijpende veranderingen. Geologische processen binnen in de planeet zorgden voor een forse uitbreiding van de continenten, waardoor ook het areaal van de ondiepe zeeën langs de continenten toenam - in biologisch opzicht nog steeds het vruchtbaarste mariene milieu. Door al deze veranderingen kwam de evolutie van het zeeleven in een versnelling. In samenhang hiermee begon zuurstofgas in de dampkring te accumuleren. Ongeveer 470 miljoen jaar geleden was de hoeveelheid zuurstof-

[p. 159]

gas, en daarmee de dichtheid van de ozonlaag, zover gestegen dat leven op het land mogelijk werd. De opkomst van landvegetatie versnelde de stijging van de hoeveelheid zuurstofgas in de dampkring, maar veel meer dan nu kan er nooit zijn geweest: dan zouden overal branden uitbreken waarbij op grote schaal zuurstofgas wordt gebonden.

In tegenstelling tot onze buurplaneten is de CO₂-concentratie in de aardse dampkring extreem laag (0,035 tegen ruim 95 procent). De concentratie wordt bepaald door enerzijds de toevoer via geologische processen (vooral vulkanisme) en, in onze tijd, de verbranding van fossiele brandstoffen en andere menselijke activiteiten, en anderzijds de onttrekking door middel van een scala van biologische en geologische processen. Bij de onttrekking gaat het op lange termijn vooral om het samenspel van biologische en geologische processen dat leidt tot de opslag van kooldioxide in carbonaatgesteenten (kalksteen en dolomiet) en fossiele biomassa (aardolie, aardgas, steenkool en andere biogene bestanddelen van sedimenten). Op korte termijn zijn ook vegetatiegroei en de opname van CO₂ door oceaanwater belangrijk. Al die factoren zijn variabel, zodat met de tijd aanzienlijke fluctuaties in de hoeveelheid CO₂ zijn opgetreden.

Als er niet voortdurend kooldioxide aan de dampkring zou zijn onttrokken, zou het gehalte thans ongeveer 200.000 maal hoger zijn. Onze dampkring zou dan veel gelijkenis vertonen met die van Venus - beide planeten bezitten ongeveer dezelfde hoeveelheid CO₂ op of nabij het oppervlak, maar terwijl het op Venus een bestanddeel is van de dampkring, is het op aarde grotendeels opgeslagen in de aardkorst.

Oase in de ruimte

In tegenstelling tot Mars is de aarde wel in staat geweest om de naar onze maatstaven gunstige begincondities te behouden en uit te bouwen. De geregistreerde geologische geschiedenis begint 3,8 miljard jaar geleden met de afzetting van de oudste sedimenten die bewaard zijn gebleven. Zij laten zien dat er toen ongeveer dezelfde condities heersten als terzelfder tijd op Mars. Onder een CO₂-dampkring (zonder zuurstofgas) waren er oceanen - de luchttemperatuur aan het oppervlak lag dus binnen de bandbreedte waarin vloeibaar water kan bestaan. In de oceanen speelden zich dezelfde sedimentatieprocessen af als tegenwoordig. De chemische eigenschappen van de sedimenten laten bovendien zien dat er in de oceanen toen al een overvloed aan (waarschijnlijk bacterieel) leven was.

Sedertdien zijn de oppervlaktetemperaturen steeds binnen de bandbreedte van vloeibaar water gebleven, in ieder geval op de lagere breedtegraden. Dit ondanks het feit dat de zon sinds zijn ontstaan geleidelijk 40 procent warmer is geworden. Er moet dus een systeem operationeel zijn dat de temperatuur aan het oppervlak reguleert, de ‘aardse thermostaat’. Deze maakt de aarde al ten minste 3,8 miljard jaar tot de enige planeet in het zonnestelsel (en misschien, hoewel onwaarschijnlijk, in het heelal) waar condities heersen die leven mogelijk maken, een oase in de ruimte. Hoe deze thermostaat in detail werkt, is vooralsnog onduidelijk - helaas, gezien de actuele discussie over het al dan niet optreden van global warming als gevolg van de antropogene CO₂-emissie. Het ‘broeikaseffect’ is echter slechts een van de vele (onderling vaak weer gekoppelde) factoren die het klimaat bepalen. Andere factoren zijn fluctuaties in zonnestraling; de afscherming door wolken, sulfaatmist, en vulkanisch en antropogeen stof; wolkenvorming, onder meer bevorderd door zwaveldioxide (SO₂), dat fungeert als condensatiekern voor waterdruppeltjes; de emissie van SO₂, ten dele afkomstig van industriële bronnen, maar vooral van vulkanen en de grootschalige productie van zwavelverbindingen door plankton in de oceanen. Belangrijk zijn ook het warmtetransport door de verdamping van water aan het oppervlak en condensatie in hogere luchtlagen, en laterale

[p. 160]

lucht- en oceaanstromen. Op hun beurt zijn die stromen weer afhankelijk van de hoogte en ligging van gebergten, en de verdeling van land en water. Elk van de klimaatbepalende factoren is variabel, op korte of lange termijn, en sommige zijn nog niet of onvolledig bekend. Het klimaatsysteem is een ‘chaotisch systeem’, een complex planeetomspannend netwerk van dampkring, oceanen, ijskappen, wolken, bodem, reliëf van het aardoppervlak én al hun interacties, dat via talloze terugkoppelingen en regelsystemen het klimaat bepaalt.

Mondiale opwarming?

Tegenwoordig probeert men dit systeem te beschrijven als een serie mathematische vergelijkingen die met behulp van megacomputers kunnen worden uitgewerkt. Op basis van deze (reductionistische) klimaatmodellen meent men het klimaat mondiaal tot voorbij de eenentwintigste eeuw te kunnen voorspellen. De modellen, waarin een hoofdrol wordt toegekend aan het broeikasgas CO₂ als klimaatbepalende factor, voorspellen dat de gemiddelde mondiale luchttemperatuur aan het oppervlak zal stijgen als gevolg van de toenemende hoeveelheid CO₂ in de dampkring. Sinds het midden van de vorige eeuw is die al met 25 procent gestegen, grotendeels als gevolg van menselijke activiteit. Er zijn aanwijzingen, hoewel omstreden, dat het in dezelfde periode mondiaal gemiddeld ook warmer is geworden, in de orde van 0,5 graden Celsius.

Dat de nog steeds doorgaande stijging van de hoeveelheid atmosferisch CO₂ moet leiden tot verdere global warming, met rampzalige gevolgen voor de mensheid, is een politiek-correcte ideologie en voor sommige wetenschappers een paradigma geworden. Onder een breed publiek heeft de mening post gevat dat kooldioxide een gevaarlijk duivelsgas is en dat de emissie ervan door menselijke activiteiten het grootste milieuprobleem vormt dat de mensheid bedreigt. Toch is dit onheilscenario niet algemeen aanvaard, ondanks de beweringen dat hierover wetenschappelijke consensus zou bestaan. Zowel de fysische uitgangspunten als de methodologische opbouw van de klimaatmodellen zijn omstreden. Allerwegen komt er ook steeds meer kritiek op de werkwijze en conclusies van het internationale gremium van ambtenaren en wetenschappers dat op basis van de omstreden computerberekeningen het naderende broeikasonheil profeteert. Hun science by consensus, het vaststellen van de wetenschappelijke waarheid bij meerderheid van stemmen en met uitsluiting van dissidente meningen, roept bij velen associaties met lysenkoïsme op.

Zwaar wegende kritiek komt ook van geologische zijde: als de klimaatmodellen worden getoetst aan tijdperken in het geologische verleden waarin de dampkring veel meer CO₂ bevatte (tot bijna twintig keer zoveel als nu, wat uit sedimenten kan worden afgeleid), kloppen de ante post-‘voorspellingen’ niet met de klimatologische condities die werkelijk hebben geheerst. De talrijke fluctuaties in atmosferisch CO₂-niveau en de mondiale gemiddelde luchttemperatuur aan het oppervlak die met de tijd zijn opgetreden, blijken lang niet altijd gelijk op te gaan, integendeel. De ‘broeikasactivisten’ zijn echter believers, die niet willen inzien dat hiermee de basis is gefalsifieerd waarop de door de modellen voorspelde opwarming berust: dat het (eveneens omstreden) versterkte broeikaseffect als gevolg van de stijging van de hoeveelheid CO₂ in de dampkring noodzakelijkerwijs tot een warmer klimaat moet leiden.

Desondanks is het niet onmogelijk dat antropogene factoren tot mondiale opwarming leiden. Daarbij moeten wij echter waarschijnlijk niet in eerste instantie denken aan CO₂-emissie door verbranding van fossiele brandstoffen, maar veeleer aan de grootschalige ingrepen in de wisselwerking tussen landoppervlak, biosfeer en dampkring: kaalkap van tropische regenwouden; veranderend landgebruik door ontginning van landbouwgronden, veeteelt en urbanisatie; veranderingen in de

[p. 161]

waterhuishouding door stuwmeren, dammen, omlegging van rivieren en irrigatie; verwoestijning en erosie; opwarming rond industriële en stedelijke concentraties; vervuiling van de oceanen. Al die aantastingen van onze planetaire omgeving zijn het onvermijdelijke gevolg van de explosieve bevolkingstoename en het (voor een deel van de mensheid) stijgende welvaartsniveau die in de vorige eeuw zijn begonnen.

Leven

Tot ongeveer 2 miljard jaar geleden was er uitsluitend bacterieel leven. Bacteriën zijn prokaryoten: eencellige organismen bestaande uit een cel zonder kern en met dna-moleculen die niet in chromosomen zijn gerangschikt. Tussen 2 en 1,5 miljard jaar geleden evolueerden in samenhang met de toenemende hoeveelheid atmosferisch zuurstofgas uit bacteriën de eukaryotische organismen, gekenmerkt door cellen met een kern en met de dna-moleculen gerangschikt in chromosomen. Tot op de dag van vandaag zijn bacteriën echter de essentie van het leven op aarde blijven uitmaken. Naast de ‘bacteriële wereld’ is er slechts een bescheiden rol weggelegd voor dat wat wij in het dagelijks spraakgebruik de fauna en de flora noemen. Bovendien kunnen de complexe, meercellige organismen die de zichtbare levende natuur vormgeven slechts dank zij de symbiose met allerlei soorten bacteriën bestaan.

Fossielen en de overeenkomst in biochemische kenmerken tussen alle levende organismen doen vermoeden dat alle leven afstamt van één enkele populatie van bacteriën die rond 4 miljard jaar geleden heeft geleefd. Dit voorouderlijke leven verschilde waarschijnlijk niet veel van sommige hedendaagse bacteriesoorten. De eerste eukaryotische levensvormen waren eencellige organismen, de protozoa, maar al snel evolueerden ook meercellige organismen. Die hebben een omgeving met ten minste enig zuurstofgas nodig. Bacteriën daarentegen kunnen niet in een omgeving met zuurstofgas leven, behoudens enkele soorten die vermoedelijk betrekkelijk recente evolutionele aanpassingen zijn. Voor bacteriën betekende het stijgende zuurstofgasniveau dan ook de vergiftiging van hun leefmilieu - de grootste mondiale milieuvervuiling die ooit is opgetreden. Het bacteriële leven werd teruggedrongen in zuurstofloze refugia. Zo spelen bijvoorbeeld onze ingewanden voor bacteriën dezelfde rol als ruimtepakken voor mensen: minisysteempjes waarin een geschikt leefmilieu in een vijandige omgeving wordt gehandhaafd.

Hoe primitief de eerste eukaryotische levensvormen ook waren, er moet een lange ontwikkeling aan vooraf zijn gegaan. De oorsprong van het leven is echter nog steeds een onopgelost vraagstuk. Elk levend organisme, zelfs het eenvoudigste, is een complex samenstel van chemische verbindingen met het vermogen om een kopie van zichzelf te maken. De conventionele aanname is dat vroeg in de aardgeschiedenis een reeks van spontane chemische reacties in een omgeving met vloeibaar water steeds complexere moleculen van vooral koolstof en waterstof deed ontstaan. Ten slotte leidde deze ‘chemische evolutie’ tot het ontstaan van de eerste levende organismen.

Het lijkt echter uitermate onwaarschijnlijk dat zelfs de allereenvoudigste levende cel zou kunnen voortkomen uit een reeks toevallige chemische reacties. Waar is het verschijnsel leven dan vandaan gekomen? Men speelt tegenwoordig wel met het idee dat aan de ‘chemische evolutie’ die tot leven leidde een of ander universeel principe ten grondslag ligt dat ‘zelf-organisatie’ wordt genoemd. Volgens dit principe zouden fysische systemen waaraan energie wordt toegevoerd steeds complexer van structuur worden. Allerlei natuurverschijnselen kunnen met dit principe worden verklaard. Op analoge wijze zouden vroeg in de aardgeschiedenis door chemische reacties, in een omgeving met vloeibaar water die door de zon of vulkanisme wordt verwarmd, steeds com-

[p. 162]

plexere moleculen en ten slotte de eerste levende organismen zijn ontstaan.

Leven zou in dat geval waarschijnlijk niet een uniek, tot de aarde beperkt fenomeen zijn. In dit verband wordt met spanning uitgezien naar monsters van de oudste sedimentgesteenten op Mars, die men begin volgende eeuw naar de aarde hoopt te brengen. Die zijn immers afgezet onder condities die overeenkomen met die waaronder de oudste (3,8 miljard jaar) sedimenten op aarde zijn afgezet en waarin sporen van bacterieel leven zijn aangetroffen. Als men die sporen ook in contemporaine martiaanse sedimenten zou kunnen aantonen (wat niet onwaarschijnlijk is, gezien de recente opzienbarende vondst van chemische verbindingen en structuren die biogeen zouden kunnen zijn in een meteoriet, waarvan men op goede gronden aanneemt dat hij van het martiaanse oppervlak afkomstig is), steunt dit de hypothese dat leven een universeel fenomeen is dat overal tot ontwikkeling komt waar de fysische omstandigheden gunstig zijn.

Er zijn vele theorieën over de chemische reacties die tot het ontstaan van leven hebben geleid en over de omgeving waarin zij plaatsvonden. Sommigen menen zelfs dat het begin van de ‘chemische evolutie’ buiten de aarde ligt. In de interstellaire ruimte en in meteorieten komen immers allerlei organische moleculen voor (organisch in de chemische zin, niet van biologische herkomst), waaronder sommige die overeenkomen met de chemische bouwstenen van het leven. Dergelijke moleculen zouden op aarde zijn ‘gezaaid’ en de chemische voorlopers van het leven zijn geweest.

Gaia

Alle componenten van onze planeet - de dampkring, de oceanen, de biosfeer, het landoppervlak, de aardkorst, de diepe aarde, én al hun wisselwerkingen - vormen één geïntegreerd, allesomvattend, complex, zelfregulerend systeem, het systeem Aarde. Dit systeem functioneert al ten minste 3,8 miljard jaar, maar is in de loop van de tijd geëvolueerd. Het wordt aangedreven door enerzijds de inkomende zonnewarmte, die in de loop van de tijd met het warmer worden van de zon geleidelijk is toegenomen, en anderzijds de geleidelijk afnemende eigen warmteproductie van de aarde door het verval van radioactieve isotopen. Het systeem blijft stabiel door allerlei zelfregulerende mechanismen en bezit eigenschappen die meer zijn dan de som van de samenstellende delen.

De aarde is dus niet alleen maar een kolonie in de ruimte die door het leven in bezit is genomen. De biosfeer is meer dan een grote verscheidenheid van biota en biologische processen binnen de natuurlijke habitat van bodem, zee en lucht. Zo is bijvoorbeeld de dampkring in feite een integraal deel van de biosfeer. De ‘levende’ en de ‘dode’ natuur vormen te zamen een allesomvattend systeem, een entiteit die metaforisch wel wordt gezien als een superorganisme. Tegenwoordig heeft voor dit systeem de aanduiding Gaia ingang gevonden, naar de vroeg-Griekse godin die moeder Aarde personifieerde.

Tot ergernis van wetenschappers is Gaia wereldwijd het kristallisatiepunt geworden van een bonte verzameling milieufreaks en allerlei ecologische, holistische en andere mystiek bevlogen geesten, die collectief wordt aangeduid als de ‘New Age-beweging’. In die kringen kent men aan Gaia bijna weer goddelijke eigenschappen toe. Wetenschappelijk staat Gaia echter voor het complexe netwerk van terugkoppelingen en regelsystemen dat de aan het aardoppervlak heersende condities reguleert. Deze visie op de aarde is in feite niet nieuw. Twee eeuwen terug was het vanzelfsprekend dat alle geologische processen een samenhangend geheel vormen. Dit systeemdenken raakte op de achtergrond toen de aardwetenschappen steeds meer fragmentariseerden als gevolg van het reductionistisch denken dat in de negentiende eeuw de natuurwetenschappen ging beheersen. In onze tijd worden echter allerwe-

[p. 163]

gen weer unificerende concepten ontwikkeld. Het concept van de aarde als één enkel geïntegreerd systeem kreeg in onze tijd bovendien een sterke impuls door de satellietbeelden die onze planeet voor het eerst als een entiteit in de oneindige ruimte lieten zien.

Mens en aarde

Nadat Homo sapiens ongeveer 200.000 jaar geleden uit een kleine genetisch geïsoleerde groep van een andere, sindsdien uitgestorven hominidesoort evolueerde, verlieten omstreeks 100.000 jaar geleden migranten van onze soort het stamland Afrika. Zij verspreidden zich over de aarde en hadden, zoals uit fossielvondsten blijkt, ongeveer 30.000 jaar terug alle land gekoloniseerd, met uitzondering van Nieuw-Zeeland, de Pacifische eilanden en Antarctica. Groepen raakten hierbij geografisch van elkaar gescheiden. Door aanpassing aan de verschillende habitats ontstonden uit de genetisch van elkaar geïsoleerde groepen in de loop van de tijd de huidige rassen. Men noemt dit verklarende verhaal het Out of Africa-scenario. Dit scenario vindt steun in taalkundig onderzoek dat erop wijst dat alle talen een gemeenschappelijke wortel hebben die ongeveer 100.000 jaar terug ligt. De groeiende taalbarrières zullen op hun beurt het genetische isolement van de onderscheiden groepen hebben versterkt.

Aanvankelijk hadden alle mensen een nomadische levenswijze. Zij vonden hun bestaan in jacht, visvangst en het verzamelen van wilde eetbare gewassen. Maar ruim 10.000 jaar geleden, toen het klimaat aan het einde van de laatste ijstijd snel warmer werd, begonnen sommige groepen eetbare planten en tembare dieren in hun omgeving onder controle te brengen. Landbouw en veeteelt werden de belangrijkste middelen van bestaan, het eerst in en nabij de Vruchtbare Halvemaan, het gebied dat zich uitstrekt van Egypte door het Midden-Oosten naar de Perzische Golf, waar in die tijd een gunstiger klimaat heerste dan nu. De opkomst van landbouw en veeteelt had tot gevolg dat mensen hun nomadische levenswijze opgaven en zich vestigden. Al snel verschenen er stedelijke concentraties: de oudst bekende ommuurde stad ter wereld, Jericho in Israël, dateert al van 7800 jaar voor het begin van onze jaartelling. Dit bracht een ingrijpende culturele evolutie op gang. Gedrag en sociale normen veranderden fundamenteel toen samenlevingen zich van familiegroepen via stamverbanden tot staten ontwikkelden. Sociale hiërarchieën, specialisaties, wetenschappen en kunsten kwamen op, tempels, paleizen en huizen werden gebouwd. De culturele evolutie kwam tussen 5000 en 4000 jaar voor het begin van onze jaartelling in een versnelling met de uitvinding van het metaalbewerken en de invoering van het schrift. De opkomst van de natuurwetenschappen in de zeventiende eeuw bracht opnieuw een versnelling op gang, die uitmondde in onze industrieel-technologische samenleving.

Al deze ontwikkelingen deden de wereldbevolking sterk toenemen. De 5 à 10 miljoen mensen van 10.000 jaar geleden waren ten tijde van het Romeinse rijk al aangegroeid tot zo'n 250 miljoen. De groei zette zich min of meer gestaag voort tot aan het begin van het industriële tijdperk. Toen begon echter een exponentiële toename: 2 miljard mensen rond de laatste eeuwwisseling, 4 miljard in 1950, 5,5 miljard in 1990 en rond 6 miljard bij de komende eeuwwisseling. Over een halve eeuw zullen er naar schatting 10 miljard mensen zijn en, volgens de somberste prognoses, in 2150 zelfs 30 miljard.

Met de groei van de wereldbevolking en vooral de opkomst van de geïndustrialiseerde samenlevingen nam de invloed van de mensheid op zijn omgeving toe. Het systeem Aarde is echter niet zo kwetsbaar als sommige milieugroeperingen doen voorkomen. Menselijke activiteiten veroorzaken slechts rimpeltjes in het functioneren van het systeem, zeker tegen de achtergrond van de natuurlijke fluctuaties. Het

[p. 164]

is dan ook een uiting van menselijke hubris om in het kader van de milieuproblematiek te spreken in termen van een ‘rentmeesterschap van de aarde’, zoals men dat tegenwoordig in kerkelijke kringen zo graag doet. Het is al helemaal een overschatting van onze vermogens om te menen dat het systeem Aarde de menselijke beïnvloeding niet zal overleven: in het geologische verleden heeft het mondiale milieucatastrofes overleefd en het zal zeker ook nog voortbestaan nadat Homo sapiens al lang is verdwenen, iets wat zeker zal gebeuren. Immers, het fossielarchief laat zien dat in de evolutionele ontwikkeling van de biosfeer elke soort gedoemd is om weer uit te sterven. Van alle soorten meercellige, complexe organismen die ooit heben geleefd, is 99,9 procent weer verdwenen. Het fossielarchief laat zien dat een hogere zoogdiersoort hoogstens een paar miljoen jaar blijft bestaan. Er is geen reden om aan te nemen dat het onze soort anders zal vergaan, hoewel onze verstandelijke en technologische vermogens factoren zijn die de voor onze soort nog resterende tijd kunnen beïnvloeden, positief dan wel negatief.

Dit alles impliceert niet dat wij de bezorgdheid over de aantasting van het milieu niet serieus moeten nemen. Wij kunnen onze leefomgeving wel degelijk voor onszelf onbewoonbaar maken. Vrijwel alles wat onder het omineuze hoofd ‘milieuproblematiek’ valt, is echter direct of indirect het gevolg van de bevolkingsexplosie en de opkomst van de industriële samenlevingen met een hoog consumptieniveau. Maatregelen tegen milieuvervuiling zijn dan ook op z'n best symptoombestrijding zolang wereldbevolking en consumptieniveau blijven groeien - en dan mogen milieugroeperingen nog van ‘geluk’ spreken dat het grootste deel van de wereldbevolking vooralsnog in armoede leeft, waardoor het beslag op onze planetaire omgeving niet nog veel groter is.

Doelloos

Sommigen menen aan de evolutie van het aardse systeem een teleologische waarde te kunnen toekennen. De ontwikkeling zou op een doel zijn gericht. In zijn extreme vorm leidt deze opvatting tot het ‘antropisch principe’, dat stelt dat de gehele evolutie van heelal en aarde er van begin af aan op gericht was om de mens voort te brengen. Dit principe, dat vooral in verlicht-christelijke kringen populair is, zou impliceren dat 4 miljard jaar geleden in de eerste bacteriën al de evolutionele marsroute was vastgelegd die uiteidelijk tot de verschijning van de mens moest leiden. Dit is echter in tegenspraak tot wat het fossielarchief laat zien. In de biologische evolutie blijken toevallige factoren een bepalende rol te spelen doordat zij de ontwikkeling van de biosfeer soms abrupt in een andere richting sturen.

Zo zouden wij er niet geweest zijn als niet 65 miljoen jaar geleden een komeet of planetoïde met de omvang van een reusachtige berg tegen de aarde was gebotst. Dit bracht een kolossale milieucatastrofe teweeg. Van de rijk geschakeerde landfauna's, gedomineerd door reptielen (waaronder de dinosauriërs), overleefden slechts enkele diersoorten de ramp. Een van hen was een ratachtig zoogdiertje. Nadat het aardse milieu zich had hersteld, greep deze soort zijn kans om razendsnel het landoppervlak en de vrijgekomen niches te koloniseren. Als aanpassing aan de nieuwe habitats en door geografische isolatie evolueerde uit deze soort, in geologisch korte tijd, een scala van nieuwe soorten, waaronder al rond 60 miljoen jaar geleden de eerste primaten. Zonder de botsing zou de heerschappij van de (grote) reptielen waarschijnlijk nog steeds voortduren en had de evolutionele stamboom van de primaten, met de mens als een van zijn loten, niet tot ontwikkeling kunnen komen.