Zoekresultaten voor: zonne energie

Foto van ruimtetelescoop Hubble van de dwergplaneet Ceres, het grootste object in de planetoïdengordel. Waar komt die merkwaardige witte vlek vandaan?

Een ruimtekei als thuis

6 reacties / Mensheid, Wetenschap, Zonnestelsel / Door / 12 maart 2015

De planetoïdengordel is een ring van brokstukken rots en ijs tussen de planeten Mars en Jupiter. Door de sterke zwaartekracht van Jupiter heeft zich hier nooit een grote planeet kunnen vormen. Pas in 1802 werd het eerste object in de planetoïdengordel, de ongeregelde ijsbal 1 Ceres, ontdekt.
De planetoïdengordel is vermoedelijk zeer rijk aan metalen en andere interessante materialen voor mijnbouw. Alhoewel de totale massa gering is, is het totale oppervlak enorm en is er geen atmosfeer, zodat mijnbouw veel makkelijker is dan op aardachtige planeten. Eindelijk een einde aan de burgeroorlog in Kongo en rampzalige dagmijnbouw?

Planetoïdengordel factsheet

Grootte: miljoenen fragmenten ijs, gesteente en metaal variërend van meer dan 900 km doorsnede (Ceres) tot enkele meters en kleiner

Zwaartekracht: 2,8% van de aarde (Ceres) tot vrijwel nul

Atmosfeer: vrijwel geen; zonnewind

Temperaturen: -108 graden tot -173 graden C (gemiddeld; grote temperatuurvariaties dag en nacht)

Daglengte: varieert per asteroïde

Lengte jaar: rond de 4,6 jaar

Waardevolle grondstoffen: metalen, waterijs, silicaten

Pluspunten: rijkdom aan grondstoffen, lage zwaartekracht, vacuüm, geologisch stabiel

Gevaren: kosmische straling, meteorieten, weinig zonne-energie, botontkalking door lage zwaartekracht

De omgeving

Ingeklemd tussen Mars en Jupiter is de planetoïdengordel een brede puinring bestaande uit haast ontelbaar veel brokken.

Foto van ruimtetelescoop Hubble van de dwergplaneet Ceres, het grootste object in de planetoïdengordel. Waar komt die merkwaardige witte vlek vandaan?
Foto van ruimtetelescoop Hubble van de dwergplaneet Ceres, het grootste object in de planetoïdengordel. Waar komt die merkwaardige witte vlek vandaan?

De grootste asteroïde, 1 Ceres, heeft een bolvorm en wordt daarom nu beschouwd als een dwergplaneet. De overige asteroïden, waarvan de grootste 2 Pallas, 4 Vesta en 10 Hygeia zijn, zijn te klein om tot een volmaakte bolvorm samen te trekken en hebben een onregelmatige vorm. Omdat de planetoïdengordel enorm groot is, bestaat deze voornamelijk uit eindeloos veel leegte waar de ruimterotsen doorheen zweven.

 

Hoe kom je er?

Het grootste probleem is het overwinnen van de zwaartekrachtspotentiaal van de aarde. In feite zijn de planetoïden met minder energie te bereiken vanaf de maan of Mars dan het kost om van de aarde naar de maan te gaan. De afstand is groot, waardoor robotverkenners jaren onderweg zijn. Als minder zuinig wordt omgesprongen met brandstof zijn binnen een tot twee jaar reizen de meeste locaties in de asteroïdengordel te bereiken.

Hoe bewoonbaar is de planetoïdengordel?

Een ruimtepak onder druk, bescherming tegen de felle zonnewind en kosmische straling zijn absoluut vereist. Zonder ruimtepak houdt een mens het ongeveer een minuut uit. Vermoed wordt dat op enkele van de grootste asteroïden grote hoeveelheden water en ijs voorkomen – volgens sommige optimisten is de hoeveelheid water op Ceres zelfs groter dan de zoetwatervoorraad op aarde. Helaas is de zwaartekracht op Ceres veel te laag.

De metaalasteroïde Kleopatra lijkt nog het meest op een kluif. Ook dit kleinere zusje van Psyche is zeer rijk aan schaarse metalen.
De metaalasteroïde Kleopatra lijkt nog het meest op een hondenkluif. Ook dit kleinere zusje van Psyche is zeer rijk aan schaarse metalen.

Wat zijn de voordelen ?

 

De planetoïdengordel bevat naar we denken een grote hoeveelheid grondstoffen die met relatief weinig moeite zijn te winnen. De grootste metaalrijke asteroïde, de 200 km grote rots 16 Psyche, bestaat voor een groot deel uit puur ijzer en nikkel, klaar om te verwerken, in totaal 1.7×10^19 kg nikkelijzer. Dat is genoeg nikkel en ijzer om elke aardbewoner aan 2,4 miljoen ton metaal te helpen. Ter illustratie: Dat is meer metaal dan in twintig Nimitzklasse (de grootste ooit gebouwd) vliegdekschepen zit. En dan hebben we het nog niet eens over de grote hoeveelheden goud, rhodium en andere schaarse metalen waar nu ploeterende stakkers in het regenwoud riviertjes (en zichzelf) voor vergiftigen met dodelijk kwik. Kortom: één enkele winstgevende mining operation op Psyche en het is eindelijk afgelopen met de afschuwelijke burgeroorlog in Kongo, verwoestende dagmijnbouw in de VS en vergiftigde modderlawines in Hongarije.

De grote afstand tot de zon en de aarde maken het een minder geschikte plaats voor ruimtestations of ruimtekolonies – tenzij die worden aangedreven met kernenergie. Vermoedelijk is er ook zeer veel uranium en ander splijtbaar materiaal aanwezig op Psyche en soortgelijke planetoïden, dus dat is goed uitvoerbaar.

Gevaren in de planetoïdengordel

De planetoïdengordel is dicht bezaaid met ruimtepuin en kent geen beschermend magnetisch veld of atmosfeer. Gelukkig roteren vrijwel alle planetoïden in dezelfde richting om de zon waardoor het gevaar van micrometeorieten iets kleiner is dan anders. Micrometeorieten hebben een grotere bewegingsenergie dan kogels. Kent je ruimtepak of ruimtestation een lek en kan je dat niet dichten, dan ben je ten dode opgeschreven. Kortom: mijnstations kunnen maar beter beschikken over een stevige beschermlaag.

Hoe zou een kolonie op een asteroïde er uit zien?

Een asteroïde-mijnstation, volgens NASA
Een asteroïde-mijnstation, volgens NASA

Door het vrijwel volledig ontbreken van een atmosfeer moeten kolonies op asteroïden luchtdicht afgesloten zijn en een dikke beschermlaag kennen tegen kosmische straling en micriometeorieten.
Het menselijk lichaam reageert slecht op lange periodes in een lage-zwaartekrachtsomgeving.

De goedkoopste oplossing is de tactiek van onze verre voorouders in de IJstijd te volgen: grotten bewonen. Het recept: hol een asteroïde helemaal uit (bijvoorbeeld ten behoeve van mijnbouw), stoffeer het ding knus met aarde, rivieren en meren, pomp er een zuurstofrijke atmosfeer in en laat het ding snel genoeg om zijn as tollen om kunstmatige zwaartekracht op te wekken. En oh ja, zorg voor voldoende verlichting. Een kunstzon in het nulzwaartekrachtsgebied in het midden, bijvoorbeeld, want van het magere zonnetje voorbij Mars word je niet bruin.

Tot we er in geslaagd zijn een planetoïde uit te hollen, zullen we genoegen moeten nemen met een krappe behuizing zo groot als een bouwkeet. Of de asteroïdengordel door robots laten ontginnen.

Een uitgeholde asteroïde. Met een dergelijk enorm ruimteschip zou je duizenden, zo niet tienduizenden jaren onderweg kunnen zijn naar een naburige ster. Over de energiekosten gaan we het niet hebben...
Een uitgeholde asteroïde. Met een dergelijk enorm ruimteschip zou je duizenden, zo niet tienduizenden jaren onderweg kunnen zijn naar een naburige ster. Over de energiekosten gaan we het niet hebben…

Hoe zijn planetoïden tot leefbare wereld om te bouwen?

Niet. De zwaartekracht zelfs van de grootste planetoïde Ceres is veel te laag en het zonlicht te zwak. De enige optie die enigszins in de buurt komt, is een planetoïde uithollen en rond laten tollen, zie voor.

Er zijn plannen gesmeed om de grootste planetoïde, Ceres, te koloniseren. Deze dwergplaneet bestaat voor een deel uit waterijs.

De plannen zijn, dat kan je wel stellen, opmerkelijk. Kunstmatige zwaartekracht wordt in de plannen bijvoorbeeld opgewekt door de kolonisten ’s nachts te huisvesten in een enorm wiel dat in de dwergplaneet is ingegraven. Overdag kunnen de kolonisten hun ding doen in een enorme overdekte koepel – bijvoorbeeld schaduwminnende planten kweken bij een tiende van de aardse hoeveelheid zonlicht. De operatie moet worden bekostigd door stukken asteroïdeoppervlak bij opbod te verkopen. Het hele dwergplaneetje heeft een oppervlakte zo groot als Argentinië.

Zo moet de Seawater Greenhouse in Jordanië er ongeveer uit gaan zien.

Woestijn wordt groen met zeewater

6 reacties / Ideeën en techniek, Mensheid, Wereld / Door / 21 januari 2011

Het Britse Seawater Greenhouse heeft een techniek ontwikkeld om energieneutraal zeewater te gebruiken voor het irrigeren van de woestijn. Met de techniek is het mogelijk om woestijnen, die samen eenderde van het totale landoppervlak in beslag nemen, te veranderen in bronnen van voedsel, energie en drinkwater.

Het visionaire Sahara Forest Project wat tot doel heeft groene oases in woestijngebieden te creëren heeft een overeenkomst getekend om in de (enige) Jordaanse havenstad, Aqaba, een pilot plant te bouwen op een site van 200.000 vierkante meter (twintig hectare). De bouw, gefinancierd door de Noorse regering, begint in 2012.

Zo moet de Seawater Greenhouse in Jordanië er ongeveer uit gaan zien.
Zo moet de Seawater Greenhouse in Jordanië er ongeveer uit gaan zien.

“De wereld heeft een overvloed aan zon, zeewater, kooldioxide en woestijnland”, stelt Joakim Hauge, bestuursvoorzitter van Sahara Forest project.  “deze hulpbronnen kunnen ingezet worden voor een winstgevende en duurzame voedselproductie, drinkwater en duurzame energie, terwijl het broeikaseffect een halt wordt toegeroepen door CO2 te binden in nieuwe woestijnvegetatie in aride gebieden.”

Als alles volgens plan verloopt, zal de fabriek bestaan uit een zoutwaterbroeikas waarin groenten worden gekweekt naast algen voor biobrandstof. Water uit de Rode Zee zal de lucht die de broeikas binnenstroomt koelen waardoor goede groeiomstandigheden ontstaan voor de gewassen. Na verblijf in de broeikas wordt de lucht over open, met zonne-energie verwarmde pijpen met zeewater geleid. De resulterende hete, vochtige lucht wordt uiteindelijk gekoeld met koud zeewater (voorzover mogelijk in de Rode Zee met watertemperaturen boven de dertig graden).

Het zoete water wordt gebruikt door een zonnecollectorcentrale met parabolische spiegels om een stoomturnine mee aan te drijven die elektriciteit opwekt die op zijn beurt weer wordt gebruikt om de vele pompen en ventilatoren in de centrale aan te drijven. Het water zal ook worden gebruikt om gewassen rond de broeikas te kweken. Overtollige warmte, tenslotte, wordt gebruikt om drinkwater mee te produceren.

De mogelijkheden voor Jordanië zijn overigens niet denderend groot. Het landje heeft welgeteld zesentwintig kilometer kust. Dat is een andere zaak voor woestijnachtige landen met lange kusten zoals Libië, de staten van het Arabisch schiereiland en Australië.

Bron: New Scientist

De Lagrangepunten rond bijvoorbeeld de aarde. Het L1 punt ligt tussen de aarde en de zon. OP het L2 punt is de aantrekkingskracht van aarde en zon even groot. L4 en L5 zijn plekken waar ruimtepuin zich ophoopt.

Luchtkastelen bouwen

16 reacties / Ideeën en techniek, Mensheid, Zonnestelsel / Door / 3 juli 2011

Er zijn al meerdere ruimtestations gebouwd: Skylab, Mir en nu het internationale ruimtestation ISS. Al deze ruimtestations werden bevoorraad vanaf en bevonden zich in een omloopbaan om de aarde. Er zijn interessantere plekken voor ruimtestations: de Lagrangepunten. En de ruimte is letterlijk onbegrensd. Een overzicht van voor- en nadelen van het koloniseren van outer space.

De Lagrangepunten rond bijvoorbeeld de aarde. Het L1 punt ligt tussen de aarde en de zon. OP het L2 punt is de aantrekkingskracht van aarde en zon even groot. L4 en L5 zijn plekken waar ruimtepuin zich ophoopt.
De Lagrangepunten rond bijvoorbeeld de aarde. Het L1 punt ligt tussen de aarde en de zon. OP het L2 punt is de aantrekkingskracht van aarde en zon even groot. L4 en L5 zijn plekken waar ruimtepuin zich ophoopt.

In plaats van een bestaand hemellichaam te kiezen kunnen ruimtekolonisten hun eigen kolonie zwevend in de ruimte bouwen. Dat heeft verschillende voordelen.
De plaats is vrij te kiezen.
Ook is de kolonie makkelijk te verplaatsen als daar reden voor is.

Het kost (afgezien van de omloopbaan van het ruimtestation bereiken) weinig brandstof om van of naar een ruimtestation te reizen, omdat dit nauwelijks zwaartekracht bezit.

De zwaartekracht is vrijwel nul, wat ideaal is om bepaalde gevoelige kristallisatieprocessen en andere microzwaartekrachtstechnieken uit te kunnen voeren. Gevaarlijke experimenten en productieprocessen zijn in de lege ruimte aanmerkelijk veiliger uit te voeren dan op aarde.

Vooral de Lagrangepunten zijn interessant. Dit zijn punten waar de zwaartekracht objecten in evenwicht houdt.

Nadeel is zoals overal in de interplanetaire ruimte dat er geen bescherming is tegen meteorieten, zonnewind, zonnestormen, kosmische straling en dat grondstoffen van miljoenen kilometers afstand moeten worden gehaald.

Voor een langer verblijf moeten ruimtestations dan ook goed worden afgeschermd tegen kosmische straling en (micro) meteorieten.

Lagrangepunten factsheet

Grootte: wiskundig punt (in de praktijk duizenden kilometers)

Zwaartekracht: 0

Atmosfeer: geen; zonnewind

Temperatuur: duizenden graden (vlakbij zon) tot enkele graden boven het absolute nulpunt (Oortwolk en Kuipergordel)

Daglengte: naar wens (bijvoorbeeld aardnormaal)

Lengte jaar: 365,25 dagen (Lagrangepunten aarde)

Waardevolle grondstoffen: zonneënergie, zonnewind, nabij ruimtepuin

Pluspunten: nabijhejd aarde, lage zwaartekracht, vacuüm, constructievrijheid, asteroïden

Gevaren: kosmische straling, meteorieten, grote temperatuursverschillen

De omgeving

Elk hemellichaam dat rond een ander hemellichaam draait kent vijf Lagrangepunten: punten waar de zwaartekracht van bijvoorbeeld aarde en zon elkaar opheffen. Punt L1 is het punt tussen aarde en zon waar de aantrekkkingskracht van aarde en zon elkaar in evenwicht houden. L2 is het punt achter de aarde waar de zwaartekracht van zon en aarde even sterk is. Hier zal de NASA-ruimtetelescoop James Webb komen te hangen. L3 ligt precies tegenover de aarde, de plek dus waar de aarde zich een half jaar geleden bevond.

Als de aardscheerder Eros (34 x 11 x 11 km) op aarde terecht komt, is het einde oefening. We kunnen deze lastige ruimteaardappel beter uithollen en ombouwen tot knusse ruimtekolonie.
Als de aardscheerder Eros (34 x 11 x 11 km) op aarde terecht komt, is het einde oefening. We kunnen deze lastige ruimteaardappel beter uithollen en ombouwen tot knusse ruimtekolonie.

L4 en L5 liggen eveneens op de omloopbaan van de aarde rond de zon (op een zesde omloopbaan voor en na de aarde). Dit zijn punten waar zich ruimtepuin ophoopt: in het geval van de aarde ruimtestof. Jupiter en Neptunus, bijvoorbeeld, houden er indrukwekkende asteroïdenverzamelingen in hun L4 en L5 punten op na. Alleen de L4 en L5 punten zijn stabiel: materie in de omloopbaan van de aarde wordt er naar toe getrokken. Een ruimtestation hier blijft in principe tot het einde van het zonnestelsel hangen. De andere Lagrangepunten zijn instabiel en vereisen wel voortdurende, minieme bijsturing, alhoewel een quasiperiodieke, sikkelvormige halo omloopbaan in de buurt van een Lagrangepunt mogelijk is.

Een ruimtestation kan ook in een baan om een hemellichaam draaien of zelfstandig rond de zon draaien. Alle drie ruimtestations die ooit gebouwd zijn draaiden (ISS draait nog steeds) in een omloopbaan om de aarde op enkele honderden kilometers hoogte. Hier beschermt het aardmagnetisch veld de astronauten nog.

Hoe kom je er?

De Lagrangepunten rond de aarde liggen binnen het bereik van bestaande raketten. De punten voor en achter de aarde zijn binnen enkele dagen te bereiken, de punten op een zesde omloopbaan afstand van de aarde in enkele maanden. Het L3 punt vergt een langere reis. De L3, L4 en L5 punten vragen vanaf de aarde weinig brandstof om te bereiken omdat ze zich in de omloopbaan van de aarde bevinden.

Hoe bewoonbaar zijn de Lagrangepunten?

Een ruimtekolonie volgens NASA. De enorme ramen zorgen voor zonlicht.
Een ruimtekolonie volgens NASA. De enorme ramen zorgen voor zonlicht.

Een ruimtepak onder druk, bescherming tegen de felle zonnewind en kosmische straling zijn absoluut vereiste. Zonder ruimtepak houdt een mens het ongeveer een minuut uit in de ruimte. Een ruimtebasis zal voorzien moeten zijn van een stevige beschermlaag om kosmische straling en micrometeorieten af te weren. Grotere meteorietfragmenten moeten door bijvoorbeeld een laserafweersysteem op tijd worden afgeweerd. Een betrouwbaarder, maar duurder alternatief is een metersdikke beschermlaag van waterijs. Om kunstmatige zwaartekracht op te wekken  zal het ruimtestation moeten roteren. Dit voorkomt dat de bewoners zullen gaan lijden aan botontkalking en spierdystrofie.

 

Wat zijn de voordelen ?

Voor industriële productie zijn de Lagrangepunten ideaal: lage zwaartekracht, vacuüm en geen klagende omwonenden. Ook voor mensenschuwen, onwettige activiteiten en sektes is deze locatie ideaal. Met grote zonnepanelen is in principe bijna oneindig veel energie op te wekken. Bij sommige ontwerpen wordt energie opgewekt uit elektrisch geladen deeltjes uit de zonnewind.

Gevaren op de Lagrangepunten

De ruimte kent geen beschermend magnetisch veld of atmosfeer. Zelfs het L2-punt achter de aarde is te ver om de zon helemaal af te dekken, dus zonnewind en zonnestormen zijn een probleem. Ruimtestations op enkele honderden kilometers hoogte boven de aarde worden nog beschermd door het aardmagnetisch veld. Micrometeorieten hebben een grotere bewegingsenergie dan kogels. Kent je ruimtepak of ruimtestation een lek en kan je dat niet dichten, dan ben je ten dode opgeschreven.

Hoe zou een kolonie in de buurt van de Lagrangepunten er uit zien?

De lanceerkosten vanaf de aarde zijn zeer hoog. Het goedkoopste is daarom om zoveel mogelijk gebruik te maken van materiaal van naburige asteroïden, zoals de gevaarlijke aardscheerders: asteroiden met een onregelmatige baan die de aarde kunnen treffen. Sommige astronomen hebben voorgesteld om een complete asteroïde (de aardscheerder Eros zou erg geschikt zijn) uit te hollen, vol te pompen met lucht en tot ruimtestation om te bouwen.  Om voldoende kosmische straling tegen te houden moeten de wanden van de ruimtebasis enkele meters dik zijn (of de basis ondergronds worden aangelegd). De ruimtebasis moet langzaam rondwentelen zodat de bewoners door de middelpuntvliedende kracht tegen de buitenwand worden gedrukt.

Hoe zijn de Lagrangepunten tot leefbare wereld om te bouwen?

De enige praktische oplossing is een ruimtestation te bouwen en dat volpompen met een adembare atmosfeer. Er is geen lichaam met voldoende zwaartekracht om ook maar enige atmosfeer vast te houden.
De zeer fantasierijke SF-schrijver Larry Niven schreef zijn beroemde Ringwereldromans over een enorme ring, op de omloopbaan van de aarde bijvoorbeeld, gebouwd door een ras van aliens, die ronddraaide, een kunstmatige zwaartekracht opwekte en zo de lucht tegen hoge opstaande muren drukte. We kennen op dit moment geen materiaal dat sterk genoeg is om de krachten die daar voor nodig zijn te weerstaan. Ook is er in het hele zonnestelsel onvoldoende materiaal, of we moeten Jupiter en een deel van de zon uit elkaar slopen. Sorry, Larry.

Jammer. De bewoonbare oppervlakte zou wel enorm zijn, bij een breedte van 20.000 km gelijk aan tien biljard keer Nederland (dat is een één met zestien nullen er achter).

Zo zou Ringwereld er uit zien: een ring die de hele omloopbaan van de aarde omspant, miljarden keer de oppervlakte van de aarde.
Zo zou Ringwereld er uit zien: een ring die de hele omloopbaan van de aarde omspant, miljarden keer de oppervlakte van de aarde.
De aminozuurverdeling in materiaal van biologische oorsprong wijkt sterk af van die in materiaal van anorganische oorsprong.

Universele chemische handtekening leven ontdekt

11 reacties / Ideeën en techniek, Mensheid, Universum, Wetenschap, Zonnestelsel / Door / 26 augustus 2021

Leven met een aardse biochemie ontdekken is niet zo moeilijk. Er zijn bepaalde moleculen, denk aan het suikermolecuul glucose, die alleen in aardse organismen voorkomen. Maar hoe bepaal je of die veelbelovende borrelende moddervulkaan op een verre exoplaneet wordt veroorzaakt door een anorganisch proces of toch door leven met een totaal andere chemie dan dat op aarde? De Californische biochemicus Evan Dorn en zijn team vonden een methode, een chemische handtekening van het leven..

Meercellig leven op een gasreus heeft mogelijk veel weg van een ballon.

Buitenaards leven: zoeken naar een spook
Buitenaards leven kan net als het aardse leven op DNA gebaseerd zijn.
Het is alleen zeer de vraag of dat de enig denkbare mogelijkheid is. Zo is ons zonnestelsel extreem rijk aan zuurstof. Misschien dat er op andere planeten planten voorkomen die geen zuurstof uitstoten maar chloor (wat in theorie meer energie oplevert). Op zeer koude planeten komt er misschien leven voor dat niet in water zwemt maar in vloeibaar methaan of ammoniak. Misschien bestaan er levende rotsen, bestaande uit siliciumverbindingen die extreem traag leven en bewegen. Of, op een Io-achtige wereld, is zwavel het elixir van het leven.

De handtekening van het leven
Dorn en zijn team vergeleken buitenaardse bronnen van aminozuren (koolstofchondrieten, koolstofrijke meteorieten) met synthetisch geproduceerde en door aardse organismen geleverde mengsels van aminozuren. Aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten. Het bleek dat in de twee mengsels van anorganische oorsprong de verdeling van aminozuren exact gelijk is aan wat op grond van thermodynamische overwegingen verondersteld mag worden. Hoe meer energie het kost een bepaald aminozuur te maken, hoe minder het voorkomt. In organische mengsels wijkt de verdeling sterk af van het thermodynamisch verwachtte mengsel.

handtekening van het leven
De aminozuurverdeling is heel anders bij levende organismen, dan bij anorganisch ontstane aminozuren. Bron: [1]
Handtekening blijkt universeel

Het zou kunnen dat dit effect alleen bij leven met een aardse biochemie optreedt. Dus nam Dorn een tweede proef, deze keer met computergesimuleerd leven. Avida is een simulatiemodel waarin uit elementaire bouwstenen bestaand kunstmatig leven instructies uitvoert. Reeksen, ‘moleculen’, met de juiste instructies kunnen zichzelf kopiëren. Hierbij putten ze uit de voorraad rondzwervende bouwstenen. Dorn mat de frequenties waarin bouwstenen voorkwamen voordat en nadat evolutie was opgetreden.

De frequenties bleken na de evolutie sterk af te wijken van de ‘normale’ frequenties. Bepaalde ‘moleculen’ werden door het Avidaanse leven veel vaker opgenomen dan andere. Kortom: het lijkt hier te gaan om een universele eigenschap van leven. Leven zorgt er op de een of andere manier altijd voor dat chemicaliën in een andere verhouding voorkomen dan volgens thermodynamische berekeningen te verwachten is. Kortom: er is een duidelijek handtekening van het leven te ontdekken.

Op zoek naar planeten met leven
We kunnen nu in principe in de atmosfeer van planeten op vele lichtjaren afstand ontdekken of er leven voorkomt. We hoeven slechts te letten op de relatieve sterkte van het spectrumsignaal voor bepaalde stoffen. Wijkt deze sterk af van wat te verwachten is op een anorganische wereld, dan is dit een definitief bewijs dat deze wereld leven bevat. Of het nu om een chloor-ademende kwal gaat, een zwaveletende schimmel of toch een op koolstof gebaseerde levensvorm, de methode werkt in principe op iedere op scheikunde gebaseerde levensvorm.

Bron

ArXiv

Een generatieschip is eeuwen onderweg. Generaties worden onderweg geboren en sterven.

Reizen naar andere sterren pas mogelijk in 2200?

6 reacties / Mensheid, Universum / Door / 8 januari 2011

Volgens een wetenschappelijke studie die uitgaat van ons vermogen om energie op te wekken, zullen we pas begin drieëntwintigste eeuw voldoende vermogen hebben om een verkenningsschip richting Alfa Centauri, onze dichtsbijzijnde buur, te sturen. De vraag: hebben deze onderzoekers wel gelijk?

Ruimtevaart slurpt energie
Ruimtereizen kosten ontstellend veel energie. Om een voorbeeld te geven: de Apollo-11 missie die de eerste mensen naar de maan bracht, kostte alleen aan brandstof al drie miljoen kilo kerosine, vloeibare zuurstof en waterstof. Alhoewel door bijvoorbeeld gebruik te maken van ruimteliften en zonnezeilen het prijskaartje behoorlijk omlaag kan, blijven de enorme negatieve zwaartekrachtspotentialen van de aarde en de zon energievreters. Ter illustratie: het kost 62 megajoule, dat is zeventien kilowattuur, om een kilogram op het aardoppervlak uit de greep van de aarde te krijgen. Zelfs een Amerikaanse familie doet daar een dag mee (een Nederlandse twee dagen).

Dat is nog weinig vergeleken met wat ontsnappen aan de zon kost: 886 megajoule per kilo vanaf de omloopbaan van de aarde. Ongeveer het daggebruik van eco-goeroe Al Gore. Wel kan energie afgesnoept worden door langs andere planeten te vliegen en slimme ruimtevaarttechneuten doen dat ook om zo hun ruimteverkenners gratis naar de verre, ijzige buitenplaneten te kunnen sturen.

Omdat de afstanden tussen sterren enorm zijn: zelfs het licht doet meer dan vier jaar over de reis naar buurster Alfa Centauri, moeten ruimteschepen zeer snel kunnen reizen, denk aan procenten van de lichtsnelheid. Een ander alternatief is een generatieschip: een enorm ruimtedorp waarin de nakomelingen van de vertrekkende astronauten aankomen bij de buurster. Beide alternatieven vreten uiteraard energie, om even een indruk te geven: willen we een ruimtescheepje met een massa van tien ton (stel je voor dat je daar veertig jaar in moet doorbrengen…) met een tiende van de lichtsnelheid naar Alfa Centauri sturen, dan kost dat evenveel energie als de hele wereld in een jaar verbruikt. Een beetje moeilijk uit te voeren dus als we de verheven klimaatdoelstellingen van voornoemde meneer Gore willen halen. En dan komt het volgende probleem. Afremmen. Dat kost net zo veel brandstof en energie als versnellen.

Een generatieschip is eeuwen onderweg. Generaties worden onderweg geboren en sterven.
Een generatieschip is eeuwen onderweg. Generaties worden onderweg geboren en sterven.

Een snel schip kent nog als extra nadeel dat bij snelheden in de buurt van de lichtsnelheid minuscule ruimtestofjes veranderen in dodelijke projectielen, dus moeten zware beschermende schilden mee worden gesleept. We kunnen natuurlijk een langzame robotverkenner sturen. Zo zal over tachtigduizend jaar Pioneer 11 vier lichtjaar hebben overbrugd. Tachtigduizend jaar is alleen wel erg lang. Misschien bestaat de mens dan niet eens meer.

Gezocht: mega-energiebron
Kortom: alleen als we onze energieproductie kunnen verveelvoudigen, kunnen we (als we ons braaf aan Einsteins relativiteitstheorie houden, althans) ontsnappen aan het zonnestelsel. De groei van de omvang van onze economie staat ruwweg gelijk aan de groei van het energieverbruik: enkele procenten per jaar. In dat tempo bereiken we Kardashev-I (het punt dat we alle aardse energiebronnen kunnen benutten, denk aan zonnepanelen op iedere vierkante centimeter aarde oid) pas rond 2400.
Marc Millis, ex-hoofd van de NASA-denktank voor interstellaire ruimtevaart en oprichter van de Tau Zero Foundation met hetzelfde doel, denkt daarom dat pas over tweehonderd jaar de eerste robots Alfa Centauri bereiken. Pas dan is onze energieproductie duizenden malen groter dan nu en wordt het peanuts om een ruimteschip voldoende te versnellen. 

Maar… klopt Millis’ verhaal wel?
Millis weet duidelijk waar hij over praat. De man heeft de afgelopen twintig jaar niets anders gedaan dan inventieve manieren bedenken en speculatieve ideeën van anderen beoordeeld om te ontsnappen aan het zonnestelsel. Iedereen kan met middelbare-school natuurkundekennis, op een middelbare-school zakjapannertje narekenen dat de getallen die hij geeft kloppen.
De vraag is alleen of zijn aannames wel kloppen.

Om te beginnen: de grootte. We kunnen nu al met atomen slepen. Over niet al te lange tijd kunnen we in een zeer klein ruimtescheepje van misschien honderd kilo atoom voor atoom alle apparatuur proppen die nodig is om de onderzoeken te verrichten. Versnellen doen we hier op aarde voor een groot deel met een laser zodat er minder brandstof meehoeft: überhaupt is een geladen vortex of soliton die de baan rond het ruimtescheepje schoonveegt nuttig. We kunnen met het ruimteschip een Von Neumann-machine sturen die een stuk ruimtepuin rond Alfa Centauri ombouwt tot redelijk goede waarnemingsapparatuur. Misschien zelfs wel uit bevruchte menselijke eicellen een complete nieuwe menselijke kolonie laat groeien.

Ook is het de vraag of afremmen inderdaad wel zoveel energie kost als Millis denkt. De interstellaire ruimte is gevuld met ijl gas en geladen deeltjes. Schakel een groot magnetisch schepveld in, bijvoorbeeld door op een gegeven moment de wrijving te gebruiken om het schip te laten roteren, en remming is een feit. En heeft Einstein wel het laatste woord over sneller-dan-licht reizen? Ook daar denken sommige theoretisch-fysici heel anders over…

Flower power: vrede is in de vijandige ruimte letterlijk van levensbelang.

Leven in ruimtekolonie beste opvoedcursus mens

4 reacties / Filosofie, Ideeën en techniek, Mensheid, Zonnestelsel / Door / 7 januari 2011

In de ruimte krijg je niets cadeau. Niemand ruimt je afval of rommel op. Letterlijk voor elke gram zuurstof, water, voedsel en energie moet hard gewerkt worden. Samenwerken is letterlijk van levensbelang, want door de ingewikkelde technische systemen en de dodelijke omgeving kan je alleen niet overleven. En betekent een conflict al gauw de dood voor iedereen. Cradle to cradle is geen morele keuze, maar bittere noodzaak.

De dodelijke ruimte
Er is in het zonnestelsel buiten de aarde geen plaats te vinden waar de mens het zonder ruimtepak langer dan een paar minuten volhoudt. De plek die misschien nog het meest in de buurt komt van een comfortabele leefomgeving is vijftig kilometer boven het oppervlak van Venus. Aardse temperaturen, zwaartekracht en luchtdruk en een dikke beschermende atmosferische deken bieden veel comfort. Helaas is er op die hoogte geen vast oppervlak en bestaat de atmosfeer uit de onadembare kooldioxide en zwavelzuur.

Alle afval die je in het gesloten systeem van een ruimtestation weggooit kom je eerder vroeg dan laat weer tegen.
Alle afval die je in het gesloten systeem van een ruimtestation weggooit kom je eerder vroeg dan laat weer tegen.

Mars, een goede nummer twee, kent weliswaar een vaste bodem en een voor kosmische begrippen gastvrij Antarctisch klimaat, maar met tien millibar nauwelijks atmosfeer (die overigens ook onadembaar is) en een slechte bescherming tegen dodelijke straling. En deze twee plaatsen zijn nog de vakantieparadijzen van het zonnestelsel: op het oppervlak van Venus smelt lood, op Jupitermaan Io overlijd je binnen een uur aan stralingsziekte en op Neptunusmaan Triton komen fonteinen van vloeibaar stikstof voor.

De ruimtebasis: gedwongen extreem ecofascisme
Kortom: de enige manier om buiten de aarde te overleven is dus in een beschermde, afgesloten structuur met een aarde-achtige atmosfeer.
Zwevend boven Venus is een vrij dunne wand genoeg, maar op Mars en onaangenamere plaatsen is een drukkoepel absoluut essentieel. Er groeit niets, water is schaars en elke gram zuurstof moet kunstmatig geproduceerd worden. Grondstoffen kunnen alleen tegen extreem hoge kosten van de aarde ingevlogen worden (denk aan tienduizenden euro’s per kilo) en de lokaal beschikbare grondstoffen (Venus: kooldioxide en zwavelzuur, Mars kent zeer zout water, kooldioxide, heel veel ijzer en wat andere metalen) zijn niet makkelijk te verwerken. Kortom: recyclen, consuminderen en cradle-to-cradle op een manier waar zelfs de meest fanatieke eco-activist voor terug zou schrikken, zijn geen principiële keuze, maar domweg bittere noodzaak.

Sociaal gevoel en broederschap in de ruimte

Flower power: vrede is in de vijandige ruimte letterlijk van levensbelang.
Flower power: vrede is in de vijandige ruimte letterlijk van levensbelang.
Op aarde kan je als je jezelf onmogelijk hebt gemaakt in de groep verhuizen naar een andere stad of zelfs land.
In een kleine ruimtekolonie kan je dat vergeten. De dichtstbijzijnde mensen bevinden zich op miljoenen kilometers afstand verwijderd. Wachten op een antwoord van de aarde kost vanaf Venus, Mars of verder enkele minuten tot vele uren. Het eerstkomende bezoek is over vijf jaar als je geluk hebt.
Kortom: je kan maar beter leren heel goede vrienden te worden en te blijven met de mensen in je omgeving, want als je iemand beledigt of op zijn of haar ziel trapt, zit je morgen en waarschijnlijk de rest van je leven met de gevolgen als je het niet goedmaakt.

Vrede of de dood
Het is ook een heel slecht idee ruzie te zoeken met andere ruimtekolonies. Ten eerste zijn ze de enige hulp in de buurt als er een systeem uitvalt. Hulp vanuit de aarde is maanden of zelfs jaren onderweg. Eén welgemikt brokstuk dat met kilometers per seconde inslaat in je ruimtekolonie, een sabotageactie in het leefsysteem of in omloop brengen van een dodelijke microbe heeft akelige gevolgen. Kortom: vrede zal de norm zijn en agressieve of gewelddadige groepen zullen snel uitgeschakeld worden door andere ruimtekolonies omdat het risico van hun voortbestaan veel te groot is.

Kortom: er is geen betere manier om zelfs de ergste ruziezoekende slons in een sociale, milieubewuste wereldburger te veranderen dan een paar jaar in de onherbergzame ruimte te wonen.

Zo zou de maan er geterraformeerd uitzien. Als er iemand zo krankzinnig is het te doen...

Stad op de maan

17 reacties / Ideeën en techniek, Mensheid, Zonnestelsel / Door / 3 juli 2011

De maan is het enige hemellichaam dat door de mens is bezocht en anno 2011 ook de enige buitenaardse plek waarvoor concrete koloniseringsplannen in voorbereiding zijn. Een basis op de maan heeft enkele grote voordelen. De maan is naar kosmische maatstaven zeer dichtbij. Enkele op aarde vrij schaarse metalen komen op de maan veel voor. Het vacuüm is beter dan in de beste vacuümkamer en het licht doet er maar 1,3 seconde over om de afstand te overbruggen. Wel ontkom je als maanbewoner niet aan zware lichamelijke oefeningen…

Maan factsheet

Grootte: 3500 km doorsnede (een kwart van de aarde)

Zwaartekracht: 0,16 maal die van de aarde

Atmosfeer: vrijwel geen; zonnewind

Temperaturen: gemiddeld +107 (dag) tot -153 (nacht)

Daglengte: 29 dagen (tidally locked)

Lengte jaar: 365,25 dagen (satelliet aarde)

Waardevolle grondstoffen: helium-3, zeldzame aardmetalen, thorium

Pluspunten: nabijheid aarde, lage zwaartekracht, vacuüm, geologisch stabiel

Gevaren: kosmische straling, meteorieten, hoge temperatuursverschillen, botontkalking door lage zwaartekracht

De omgeving

De maan is overdekt met lage, ronde heuvels en vele kraters. Grote lavavlaktes, de maria of zeeën, domineren het voor ons zichtbare halfrond. Aan de andere, voor ons onzichtbare kant bevat de maan veel meer kraters.

Het maanlandschap: glooiende heuvels en bergen met veel kraters
Het maanlandschap: glooiende heuvels en bergen met veel kraters

Hoe kom je er?

De maan ligt ruim binnen het bereik van bestaande raketten. De Apollo-missies bereikten de maan in enkele dagen. Met de bouw van een ruimtelift zouden de reiskosten behoorlijk sterk dalen.

Hoe bewoonbaar is de maan?

Een ruimtepak onder druk, bescherming tegen de felle zonnewind en kosmische straling zijn absoluut vereist. Zonder ruimtepak houdt een mens het ongeveer een minuut uit op het maanoppervlak. De maan is kurkdroog, al zijn in enkele kraters op de noordpool van de maan ijsafzettingen, de overblijfsels van ijsmeteorieten, aangetroffen. Deze liggen in de eeuwige schaduw waardoor ze in de loop van miljarden jaren niet zijn verdampt. Erg veel is dit niet, in totaal ongeveer zeshonderd miljoen ton (honderd liter per aardbewoner). De zwaartekracht is op lange termijn waarschijnlijk te laag voor het menselijk lichaam.Een maanbasis zal dus een centrifuge moeten bevatten waarin de bewoners tijdens hun slaap aardse g-krachten ondervinden.

Wat zijn de voordelen ?

Voor industriële productie is de maan ideaal: lage zwaartekracht, vacuüm en geen klagende omwonenden. Ook als plek om astronomische waarnemingen te doen is de achterkant van de maan ideaal: dicht bij de aarde en door duizenden kilometers rots afgeschermd van het lawaai van aardse radiozenders.De oppervlakte van de maan bevat waarschijnlijk redelijk veel helium-3, een op aarde zeer schaarse vorm van helium die, denkt men, kernfusiereactors aan kan drijven.

Gevaren op de maan

De maan kent geen beschermend magnetisch veld of atmosfeer. Micrometeorieten hebben een grotere bewegingsenergie dan kogels. Kent je ruimtepak of ruimtestation een lek en kan je dat niet dichten, dan ben je ten dode opgeschreven.

Hoe zou een kolonie op de maan er uit zien?

Zo kan volgens NASA een maanbasis er uitzien.
Zo kan volgens NASA een maanbasis er uitzien.

Het goedkoopste is om zoveel mogelijk gebruik te maken van materiaal van de maan zelf. Zelfs het irritante maanstof blijkt achteraf gezien toch erg nuttig: onderzoekers zijn er in geslaagd om maanbeton te produceren door het verhitten en zo laten samensinteren van maanstof. Om voldoende  kosmische straling tegen te houden moeten de muren enkele meters dik zijn (of de basis ondergronds worden aangelegd). Japan heeft al plannen ontwikkeld om een robot te sturen die begint met het aanleggen van een maanbasis.

 

Hoe is de maan tot leefbare wereld om te bouwen?

De gemiddelde temperatuur is te hoog en de zwaartekracht van de maan te zwak om lang zuurstof en stikstof vast te houden. De maan heeft geen magnetisch veld, waardoor de zonnewind korte metten maakt met de atmosfeer. Als de maan op dit moment een zuurstof-stikstofatmosfeer zou hebben zo dik als die van de aarde, dan zou daar na verloop van tijd niet veel meer van over zijn. In theorie kan de atmosfeer continu aangevuld worden van buiten, maar de vraag is of dat slim is als je die atmosfeer ook kan gebruiken om ruimtestations mee te vullen.

Zo zou de maan er geterraformeerd uitzien. Als er iemand zo krankzinnig is het te doen...
Zo zou de maan er geterraformeerd uitzien. Als er iemand zo krankzinnig is het te doen...
Welkom op de lieflijke Madeliefjeswereld, waar het evenwicht tussen witte en zwarte madeliefjes de temperatuur binnen de perken houdt.

Gaia of Medea?

3 reacties / Filosofie, Wereld, Wetenschap / Door / 30 december 2010

Volgens de Gaia-hypothese van James Lovelock vormt de aardse biosfeer een superorganisme, Gaia, dat de leefomstandigheden op aarde optimaal probeert te houden. Niet iedereen is het eens met dit weldadige beeld. Volgens paleontoloog Peter Ward is Moeder Natuur een suïcidale sadiste die om de honderd miljoen jaar een poging doet om alles wat uit meer dan één cel bestaat te vergiftigen: de Medea-hypothese, genoemd naar de mythologische Griekse tovenares Medea die haar eigen kinderen vermoordde. Wie heeft er gelijk? Of is er een betere hypothese?

De Gaia-hypothese in het kort
Volgens de theorie van atmosferisch chemicus en uitvinder James Lovelock (de ontdekker van de verwoesting van de ozonlaag door CFK’s) is ons ecosysteem een stabiel systeem dat, net als een levend organisme, er altijd naar streeft een optimale evenwichtstoestand te bereiken. Stijgt bijvoorbeeld het kooldioxidegehalte in de lucht teveel, dan zullen planten en algen harder groeien en hierdoor de kooldioxide opnemen.

Welkom op de lieflijke planeet Madeliefjeswereld, waar het evenwicht tussen witte en zwarte madeliefjes de temperatuur binnen de perken houdt.
Welkom op de lieflijke planeet Madeliefjeswereld, waar het evenwicht tussen witte en zwarte madeliefjes de temperatuur binnen de perken houdt.

Hij bedacht een simpel model, Madeliefjeswereld (Daisy World), waarmee hij aantoonde dat op zich volkomen normale ecologische processen toch een inwendige thermostaat in een ecosysteem konden inbouwen.
Op Madeliefjeswereld komen maar twee soorten planten voor: witte en zwarte madeliefjes. Zwarte madeliefjes maken efficiënt gebruik van zonlicht en doen het daarom goed bij lage temperaturen. Witte madeliefjes beschermen zichzelf tegen teveel zonlicht door dit te reflecteren en doen het daarom goed bij hoge temperaturen.

Als de zon van Madeliefjeswereld heter wordt, krijgen witte madeliefjes een ecologisch voordeel. Er komen daarom dan veel meer witte madeliefjes, waardoor Madeliefjeswereld meer licht gaat weerkaatsen en de temperatuur weer daalt. Andersom: daalt de hoeveelheid zonneschijn, dan krijgen de zwarte madeliefjes de overhand – en wordt meer licht geabsorbeerd, wat Madeliefjeswereld warmer maakt.

Kortom: de concurrentie tussen witte en zwarte madeliefjes houdt Madeliefjeswereld leefbaar. Uiteraard kent ook dit systeem zijn grenzen: is de hele planeet bedekt met witte of zwarte madeliefjes, dan zal een verdere stijging of daling van de temperatuur leiden tot het uitsterven van alle madeliefjes. Lovelock waarschuwt hier ook voor.

Op aarde komen er volgens Lovelock vergelijkbare processen voor. De oceaanstromen en waterhuishouding vormen volgens Lovelock de bloedsomloop van de aarde. De organismen van de aarde houden de planeet in evenwicht en als mensen een andere planeet terraformeren, is dat slechts een methode van Gaia om zichzelf te vermenigvuldigen.

Volgens Lovelock en andere aanhangers van de Gaia-hypothese is het leven de reden dat hier op aarde nog vloeibaar water voorkomt en leefbare omstandigheden heersen, terwijl onze zusterplaneet Venus een kokende hel is en Mars een bevroren woestijn. Hij denkt dat als wij mensen doorgaan met het verwoesten van de biosfeer, Gaia terug zal slaan en vernietigende ziekten of natuurrampen op ons af zal sturen om af te rekenen met deze gevaarlijke plaag.

De Medeahypothese: Moeder Aarde als gestoorde kindermoordenaar
Niet iedereen is het eens met Lovelocks spirituele visie op de aardse biosfeer. Volgens paleontoloog Peter Ward zijn er in de lange geschiedenis van de aarde meerdere catastrofes aan te wijzen die direct werden veroorzaakt door het leven zelf: de Medea Hypothese.

Medea vermoordde haar twee zoontjes om wraak te nemen op haar overspelige echtgenoot Iason.
Medea vermoordde haar twee zoontjes om wraak te nemen op haar overspelige echtgenoot Iason.

In het Precambrium, het tijdvak vanaf het ontstaan van de aarde (4600 miljoen jaar geleden) tot zeshonderd miljoen jaar geleden, bestond de atmosfeer van de aarde voornamelijk uit het broeikasgas kooldioxide. Dit hield de planeet warm in de tijd dat de zon nog niet zoveel kracht had. Na het ontstaan van leven dat leefde van kooldioxide en zonlicht daalde het CO2 gehalte drastisch. Het resultaat: een vernietigende ijstijd waarin de hele planeet werd bedekt met honderden meters dik ijs. Dit gebeurde minstens twee keer: tijdens het Huronian, 2,7 miljard jaar geleden en later, tijdens het Cryogeen (790–630 miljoen jaar geleden). 

Ook enkele latere uitsterfgolven waren volgens Ward het resultaat van biologische processen. Zo waren er vijf gevallen waarin het leven vergiftigd werd door zwavelwaterstof (o.a. de grootste uitsterfgolf ooit van 251 miljoen jaar geleden).

Gevecht tussen Gaia en Medusa
Misschien is een iets ingewikkelder model beter. Er bestaan op aarde eigenlijk twee ecosystemen: een anaeroob, zuurstofarm milieu zoals op de vroegste aarde waarin het leven is ontstaan en ons huidige, zuurstofrijke milieu dat het grootste deel van de aarde, enkele zuurstofloze poelen en spleten uitgezonderd, beheerst.

We zouden onze zuurstofwereld Gaia kunnen noemen en de voor ons onleefbare wereld van methaan, zwavelsulfide en kooldioxide Medusa. Waarschijnlijk denkt een anaerobe levensvorm heel anders over die naamgeving en de grote uitsterfgolf die de overgang naar een zuurstofwereld inluidde, maar had hij dan zelf maar moeten evolueren tot intelligent wezen.
Ook zou hij Medusa, een slangachtig monster, waarschijnlijk aardiger hebben gevonden dan de mensachtige godheid Gaia: de meeste meercellige anaerobe dieren zien er uit als wormen of kwalletjes.

Gewoonlijk wint Gaia, het jongere zusje van Medusa. Fotosynthese produceert grote hoeveelheden voedsel en energie voor het ecosysteem. Medusa moet het doen met vulkanisme, chemosynthese en spontaan ontstane voor bacteriën eetbare moleculen. Deze energiebronnen leveren maar een miezerig bestaan op: 98% van alle energie op aarde wordt geleverd door de zon. Geen wonder dat Medusa zich moet verstoppen in de diepzee en diepe, onherbergzame spleten, waar het ecosysteem het overigens goed doet. In feite zit er onder de aarde waarschijnlijk zelfs meer biomassa dan daarboven: rotsbewonende, anaerobe eencelligen zoals archaeae en andere extremofielen.

Medusa, een monster met een slangenhoofd, geschilderd door Carvaggio.
Medusa, een monster met een slangenhoofd, geschilderd door Carvaggio.

Het succes van Gaia betekent ook haar ondergang. Wordt Medusa gevoerd met grote hoeveelheden voedsel (dode planten en dieren), dan schuift de grens tussen Medusa en Gaia naar boven tot bij de zeeoppervlakte. Er komen bij de anaerobe afbraak in de diepzee grote hoeveelheden kooldioxide, methaan en  giftige zwavelwaterstof vrij. Dat laatste gas verstikt het grootste deel van het Gaiaanse leven in zee en op het land, wat ook weer anaeroob wordt afgebroken en zo Medusa verder laten groeien.

Echter: Gaia slaat terug. Groene planten hebben geen zuurstof nodig maar zijn dol op kooldioxide. Ze stoten grote hoeveelheden zuurstof uit die korte metten maken met de giftige gassen in het zeewater (er zit zoveel zuurstof in de lucht dat zelfs de afbraak van alle biomassa die nog niet kan vernietigen). Medusa trekt zich weer mokkend terug diep onder de zeespiegel. De weinige overlevenden van Gaia koloniseren het opengevallen land.

Elke grote uitsterfgolf betekent gewoonlijk weer een spurt voor de evolutie. Zo was de voorouder van de dinosauriërs één van de weinige overlevenden van de Grote Uitsterfgolf. Pas toen de dino’s het loodje legden kregen zoogdieren en vogels de kans zich te ontwikkelen tot een groot aantal soorten.

Volgens de Olduvai-theorie stort de energievoorziening rond 2030 in tot een fractie van nu.

Het Olduvai scenario

8 reacties / Europa, Geopolitiek, Maatschappij, Mensheid, Nederland / Door / 26 december 2010

Kennis is tegenwoordig zo versnipperd dat als een wereldwijde ramp of ineenstorting van de energievoorziening een groot deel van de mensheid wegvaagt, we terugvallen tot het Stenen Tijdperk.

Wat houdt het Olduvai scenario in?
We schrijven 2030 (volgens de extreemste peakoil-pessimisten zelfs al over enkele jaren). Rond dat jaar zijn de makkelijk winbare delfstoffen uitgeput. De mineralogische barrière zorgt voor een lastige bottleneck. Aardolie, aardgas en een belangrijk deel van de steenkool zijn dan al schaars geworden. Auto’s komen stil te staan, minder efficiënte elektriciteitscentrales zijn buiten gebruik en roesten weg. Nog ernstiger: voedsel wordt schaars. Voor het produceren van stikstofmeststoffen moet namelijk stikstof uit de lucht worden omgezet in ammoniak. Dit kost veel energie.  Energie die er dan nauwelijks meer is. Tractoren komen stil te staan. Het kost dan al de grootste moeite de wereldbevolking, rond 2030 meer dan acht miljard,  van voldoende voedsel te voorzien en de schaarste aan kunstmest betekent de nekslag.

Volgens de Olduvai-theorie stort de energievoorziening rond 2030 in tot een fractie van nu.
Volgens de Olduvai-theorie stort de energievoorziening rond 2030 in tot een fractie van nu.

Wereldwijde anarchie  breekt uit als de oogsten onvoldoende blijken om de bevolking in arme, dichtbevolkte landen te voeden. Enorme vluchtelingenstromen verlaten het Midden Oosten, Afrika, Centraal Amerika, India en China om te proberen in de vruchtbaarder buurlanden aan voedsel te komen.

Van internationale samenwerking is niet veel meer over. Grenzen worden afgesloten en bewaakt door met scherp schietende grenswachters. Er komt een nieuw IJzeren Gordijn om de rijke landen, deze keer om  immigranten buiten te houden. Voedsel gaat ook in de rijke landen op rantsoen. Vlees eten wordt asociaal gevonden. Oorlogen breken uit om de controle van fosfaatmijnen, vruchtbare landbouwgebieden, de laatste oliebronnen.

Dan is ook de laatste makkelijk winbare olie op. Er is geen aardgas meer om zelfs de extreem vervuilende teerzandolie in Canada te winnen. Zelfs de dreiging van de Amerikanen Canada onder de voet te lopen als de levering van teerolie niet wordt hervat, helpt dan niet meer. Slochteren slaakt zijn laatste ademtocht. Nederlanders doen alleen de was nog als er wind staat. Frankrijk verkoopt de rest van de EU de ooit door de Groenen verfoeide kernstroom tegen schandalige woekerprijzen.

In de islamitische wereld krijgt de Mahdi,  die zichzelf uit heeft geroepen als de opvolger van Mohammed, steeds meer macht. Hij verzamelt strijders voor de heilige oorlog om de ongelovigen onder de voet te lopen. De uitgehongerde bevolking van het Arabisch schiereiland en Noord-Afrika geeft massaal aan zijn oproep gehoor. Opmerkelijke uitzondering: Marokko, waar gouden tijden heersen door de torenhoge prijzen voor fosfaat. Eerst koelen ze hun woede op de kleine verwesterde elite.  Dan is Israël aan de beurt dat terugslaat met kernwapens. Tel Aviv, Caïro, Damascus en Teheran veranderen in smeulende radioactieve poelen. De wereld staat aan de rand van de afgrond.

Energie als levensbloed van onze beschaving
Volgens de Olduvai theorie (genoemd naar de Oldupai-vallei in Tanzania waar overblijfselen van vroege mensachtigen zijn gevonden) gaat een industriële maatschappij ongeveer een eeuw mee. In ons geval: ongeveer van 1930 tot 2030.

Het Olduvai scenario gaat uit van de energieconsumptie per hoofd van de bevolking. Dat is met een goede reden. Energie is namelijk het levensbloed van elke geavanceerde beschaving. Met voldoende vrije energie is vrijwel alles te fabriceren, denk  bijvoorbeeld aan goud uit zeewater.

Het nieuwe Stenen Tijdperk
Tot begin vorige eeuw kende het Duitse keizerrijk de bepaling dat iedereen die op de middelbare school zat, ook verplicht een ambacht moest leren. Zo schijnt keizer Wilhelm II een niet onverdienstelijk meubelmaker te zijn geweest (en houthakker, nadat hij af werd gezet en naar Nederland vluchtte). De filosofie er achter was interessant. De bedenkers van deze regel hadden niet bijster veel vertrouwen in de moderne industriële en  diensteneconomie. Als er om welke reden dan ook een ineenstorting komt, kunnen mensen in ieder geval een vak uitoefenen, meenden de conservatieve Pruisen.

Op dit moment is deze kennis er niet meer. Het grootste deel van de bevolking werkt in de dienstensector en zelfs vakmensen, denk aan operators in een olieraffinaderij, TIG-lassers  of VLSI-ingenieurs, zijn vaak zeer gespecialiseerd. Als het Olduvai scenario toeslaat, is er geen internet meer. Het internationale handelsnetwerk komt dan vrijwel stil te liggen. Maatschappelijke organisaties, de ingewikkelde samenwerkingsstructuren die grote bedrijven zijn, vallen uit elkaar. Specialistische vakkennis is waardeloos geworden. Generalisten: handige knutselaars die in staat zijn uit kapotte apparaten nieuwe te fabriceren, volkstuiniers, hobbyisten zijn dan zeer gewild. Alle landbouw wordt gedwongen biologisch, wat onvoldoende opbrengt om meer dan misschien twee miljard mensen te voeden. Als elektronica het steeds meer laat afweten worden dvd-roms en e-boeken waardeloos. De schaarse papieren boeken met kennis van exacte wetenschappen en techniek, vooral eenvoudige technieken, worden goud waard.

Hoe voorkomen we het Olduvai Scenario?
We kunnen wel iets, maar niet al teveel terug in het energiegebruik. Kunstmest zal nodig blijven om onze bevolking te voeden. Overschakelen naar elektrisch vervoer kan massaal, we moeten dan auto’s op perslucht ontwikkelen die misschien niet zo ver zullen rijden als benzine-auto’s, maar wel zonder schaarse metalen zijn te bouwen. Lithiumbatterijen vereisen meer kobalt dan makkelijk te winnen is; persluchttanks kunnen van koolstofvezels worden vervaardigd. Het opzetten van een landelijk of Europabreed netwerk van persluchtstations vereist vermoedelijk politiek ingrijpen.

Guy Nègre ontwikkelde een persluchtauto die zonder veel schaarse metalen gebouwd kan worden.
Guy Nègre ontwikkelde een persluchtauto die zonder veel schaarse metalen gebouwd kan worden.

Een nadeel van democratie is dat politici vaak extreem korte termijn denken: tot de volgende verkiezingen. Alleen als de Nederlandse bevolking massaal doordrongen is van de ernst van de situatie (en de gewone Nederlandse man en vrouw is dat meer dan de politiek)  zal het politiek winstgevend zijn voorbereidingen te treffen. Ook moet voorkomen worden dat het maatschappelijk netwerk uit elkaar valt.  Nederland en de rest van de werelden moet blijven functioneren als er veel minder energie beschikbaar is dan nu. Dat lukt alleen als het sociale leven en onderlinge solidariteit veel sterker is dan nu.

Er zullen nieuwe kerncentrales moeten komen, bij voorkeur van het kweekreactortype (waardoor we tientallen keren zoveel energie uit het uranium kunnen halen)  of het Canadese CANDU model dat ook verarmde uraniumbrandstof kan verwerken.

We moeten een strategische fosfaatvoorraad aanleggen en fosfaten terugwinnen uit afvalwater. Met het aardgas in Slochteren moeten we uiterst zuinig omspringen. Vegetarisme moet aan worden gemoedigd; er moet meer onderzoek komen naar het kweken van veevoer in Nederland zelf op afvalwater (eendenkroos of algen).

Individueel niveau
Individuen kunnen maar enkele dingen doen. Zelf zoveel mogelijk technische kennis verzamelen (niet in digitale vorm maar als boek of als het niet anders kan, microfiche) en jezelf een ambacht aanleren.

Transition towns werken aan een energiezuinige, duurzame economie om peak oil te overleven.
Transition towns werken aan een energiezuinige, duurzame economie om peak oil te overleven.

Het christendom is op dit moment niet in de mode maar kerken en vergelijkbare religieuze organisaties, denk aan synagogen, de boeddhistische sangha en hindoeïstische tempelverenigingen vormden in het verleden een  effectief sociaal vangnet.
Van uitgebreide families is geen sprake meer. Een alternatief vormen wellicht verenigingen als de vrijmetselaars, Rotary, politieke partijen. Richt een transition town op of sluit je bij een bestaande aan.

Globaal niveau
We hebben onszelf door de sterke bevolkingsgroei in een hachelijke positie gemaneouvreerd. Hoe meer mensen, hoe minder grondstoffen en energie per mens. Aan deze bevolkingsgroei zal een einde moeten komen. Punt. Religieuze leiders die geboortebeperking tegenhouden, denk bijvoorbeeld aan de paus en islamitische geestelijken, zullen moeten worden aangepakt. Hoe meer werkende vrouwen en hoe beter ze opgeleid zijn, hoe minder kinderen. Ook hebben vrouwen meer dan mannen de neiging om milieubewust en energiezuinig te leven.

We moeten proberen een humanitaire catastrofe rond 2030 te voorkomen.  Landen als India en China hebben ruime ervaring met armoede en zijn goed georganiseerd. De situatie is vervelender in het Arabisch schiereiland, waar de bevolking explodeert en de oliebronnen tekenen van uitputting vertonen. Dit geldt in iets mindere mate voor de rest van het Midden Oosten. Deze landen moeten onder druk worden gezet om corruptie te bestrijden en vrouwen meer rechten te geven, zodat ze tijdig over kunnen schakelen op een efficiënte lage-energie economie en nul bevolkingsgroei.

In principe zijn er in de rest van het zonnestelsel vrijwel oneindige voorraden grondstoffen en energie, maar deze op grote schaal winbaar maken zal meer decennia kosten dan we nog hebben.

De geïsoleerde ligging van Japan maakt dat het land maar weinig kanten op kan.

Japan reikt naar de sterren

3 reacties / Geopolitiek, Wereld, Zonnestelsel / Door / 19 december 2010

Het kleine land Japan is wereldkampioen robuuste, nauwkeurige techniek en robotica. Hét recept voor succesvolle ruimtevaart. En voor grondstoffen.

Japan, opgesloten tussen een vijandige reus en de zee
De ligging van Japan, een geïsoleerde eilandengroep ten oosten van het machtigste land van Azië, maakt dat het land geopolitiek gesproken maar weinig kanten op kan, behalve omhoog.

De geïsoleerde ligging van Japan maakt dat het land maar weinig kanten op kan.
De geïsoleerde ligging van Japan maakt dat het land maar weinig kanten op kan.

Het bewoonbare deel van de Japanse archipel is maar anderhalf keer zo groot als Nederland. het land beschikt nauwelijks over grondstoffen. De sterke opkomst van China vermindert op dit moment de Japanse invloed in de regio, die toch al vijandig tegen de Japanners staat vanwege het oorlogsverleden.

Wereldkampioen robotica
De Japanse bevolking veroudert nog sneller dan hier en men wil problemen zoals in Europa met slecht integrerende gastarbeiders voorkomen. De reden dat de Japanners prioriteit geven aan de ontwikkeling van robotica.
Robots zijn om meerdere redenen geknipt voor ruimtevaart. Ze vereisen slechts een energiebron, niet een complex leefsysteem zoals mensen en kunnen veel extremere omstandigheden, denk aan dodelijke radioactiviteit, hitte en koude, verdragen dan mensen.

Extreem kwaliteitsbewustzijn
De reden dat Japanse auto’s veel populairder zijn in Afrika dan bijvoorbeeld Europese auto’s is dat ze nauwelijks storingen vertonen. Dit is het gevolg van een andere Japanse eigenschap: de obsessie met kwaliteit die zijn oorsprong vindt in de Japanse zen-filosofie.
Werken is in Japan een vorm van mediteren waarbij het werk zo volmaakt mogelijk uitgevoerd moet worden.

De Japanse zen-filosofie inspireerde niet alleen deze tuin, maar ook het Japanse kwaliteitsbewustzijn.
De Japanse zen-filosofie inspireerde niet alleen deze tuin, maar ook het Japanse kwaliteitsbewustzijn.

Deze eigenschap komt zeer van pas bij het bouwen van extreem complexe systemen als ruimteschepen. Het was dan ook een kwestie van tijd voor de Japanners zich realiseerden wat voor hun land de meest voor de hand liggende en effectiefste toekomststrategie is. De rest van het zonnestelsel, denk alleen al aan de planetoïdengordel,  is namelijk bezaaid met die grondstoffen waar de Japanse industrie om schreeuwt. Na een serie mislukkingen in het begin hebben de Japanners nu NASA-technieken gekopieerd en zijn die nu aan het vervolmaken.

Slim gebruik van beperkte hulpbronnen
Japan beschikt niet over de enorme hulpbronnen van de Verenigde Staten of over een groot leger om die elders te gaan roven. De Japanse ruimtevaartorganisatie JAXA heeft een jaarlijks budget van drie miljard euro, minder dan een tiende van NASA en minder dan de helft van dat van ESA, de Europese ruimtevaartorganisatie.

IKAROS, het Japanse zonnezeil plus zonnepaneel. Bron: JAXA
IKAROS, het Japanse zonnezeil plus zonnepaneel. Bron: JAXA

Toch zijn er opmerkelijke successen geboekt. Japan lanceerde april 2010 het eerste werkende zonnezeil, IKAROS, met een doorsnede van twintig meter en 7,5 micrometer dik. Het zonnezeil is tegelijkertijd ook een zonnepaneel en levert waardevolle kennis voor betere zonnepanelen op.

De opvolger van Ikaros, uitgerust met ionenmotor en een zonnezeil van 50 meter doorsnede,  gaat later dit decennium naar Jupiter en de Trojanen – een wolk grondstofrijke asteroïden in de Lagrangepunten op de omloopbaan van Jupiter.

Jupiter zelf is een enorme schatkamer van schaars helium.

Mijnbouw in de Trojanen
Slagen de Japanners er in een zichzelf replicerende mijnbouwrobot te ontwikkelen en die op de Trojanen te laten landen, dan zou Japan wel eens schatrijk kunnen worden van de opbrengsten. Vermoedelijk wordt dat een vervolgproject als na de missie van eind dit decennium de minerale samenstelling van de Trojanen bekend is.

Maanbasis
In Japan bestaan al langer plannen voor een onbemande maanbasis, gepland in 2020, die grondstoffen voor de Japanse industrie oogst. De maan is maar 1,3 lichtseconde ver weg, dus robots op de maan kunnen direct vanuit Japan bestuurd worden. Er is al een proces uitgedokterd om maanbeton te maken. De kosten: twee miljard euro, nog niet eens een halve Betuwelijn dus.

Zo moet de geplande Japanse maanbasis er uit komen te zien. Bron: JAXA
Zo moet de geplande Japanse maanbasis er uit komen te zien. Bron: JAXA

De maan beschikt over veel titanium, andere schaarse metalen  en vermoedelijk veel helium-3. De wedloop voor de maan is nu pas echt ingezet nu ook China en India (India zit met hetzelfde probleem als Japan: weinig geld en grondstoffenschaarste) missies naar de maan sturen. Hopelijk zullen dan ook de Europeanen uit hun winterslaap ontwaken.

Wij hebben namelijk een vergelijkbaar probleem als Japan en India: weinig grondstoffen en we hebben ook geen zin ze met grof geweld uit andere landen te gaan halen. Samenwerken met de VS en beide democratisch geregeerde landen zou wel eens veel op kunnen leveren.