Kosmos SF

Kosmos SF Heskestad • Lerstad • Liebich BOKMÅL

Kosmos SF dekker læreplanen i naturfag for studieforberedende utdanningsprogram på vg1 i den videregående skolen.

Heskestad • Lerstad • Liebich

Kosmos

Læreverket består av: • bok som inneholder både grunndel og studiedel • fagnettsted www.kosmos.cappelen.no

Naturfag for studieforberedende utdanningsprogram

ISBN 978-82-02-28785-6

9 7 88202 287856 www.cappelendamm.no

SF

© CAPPELEN DAMM AS, 2009 ISBN 978-82-02-28785-6 4. utgave, 3. opplag 2009 Denne boken ble opprinnelig utgitt i 2001 med tittelen Kosmos 5t.

Kosmos SF følger læreplanene for Kunnskapsløftet i faget naturfag og er laget til bruk på studieforberedende utdanningsprogram på Vg1 i videregående skole.

Hovedillustratør: Bjørn Norheim Illustrasjoner side 27, 54, 57,58, 60, 89, 90, 124, 125, 209, 211, 235, 272–276, 294–298: Terje Sundby/Keops Frihåndstegninger: Øyvind Sang Hanssen Omslagsdesign: Kristine Steen Omslagsfoto: Colourbox.no Grafisk formgiving: 07 Gruppen AS – Kristine Steen Bilderedaktør: Anne Muniz Forlagsredaktør: Anne Muniz Trykk og innbinding: Livonia Print Sia, Latvia 2010 Satt i Berling 11 punkt og trykt på 100 g G-print.

Materialet i denne publikasjonen er omfattet av åndsverklovens bestemmelser.

Uten særskilt avtale med Cappelen Damm AS er enhver eksemplarfremstilling og tilgjengeliggjøring bare tillatt i den utstrekning det er hjemlet i lov eller tillatt gjennom avtale med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk.

Utnyttelse i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel. www.cappelendamm.no kosmos.cappelendamm.no

2

Innhold Forord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Kapittel 1 Utforskingen av vår verden . . . . . . 7 1.1 Naturvitenskapen . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2 Tomatdyrking som forskningsområde . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.3 Vitenskapelig usikkerhet . . . . . . . . . . 15 1.4 Utviklingen av naturvitenskapen gjennom tidene . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.5 Står naturvitenskapen for den eneste sikre sannhet? . . . . . . . . . . . . . 19 1.6 Eksperimentelt arbeid i laboratoriet på skolen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Sammendrag og nøkkelbegreper . . . . . . . . . 22 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Kapittel 2 Natur i forandring . . . . . . . . . . . .

2.1 Økologi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Økosystemene forandrer seg . . . . . . .

2.3 Suksesjon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4 Populasjoner og bæreevne . . . . . . . . .

2.5 Vekst i populasjoner . . . . . . . . . . . . . .

2.6 Menneskenes populasjonsvekst . . . . .

Sammendrag og nøkkelbegreper . . . . . . . . .

Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29 30 34 38 43 46 50 53 54 58

Kapittel 3 Elektroner på vandring . . . . . . . .

3.1 Byggesteinene – atomene . . . . . . . . . .

3.2 Periodesystemet . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3 Redoksreaksjoner er reaksjoner med elektronovergang . . . . . . . . . . . .

3.4 Metaller – elektrokjemisk spenningsrekke . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5 Elektrolyse – redoksreaksjoner i metallframstilling . . . . . . . . . . . . . . .

61 62 64 67 69

3.6 Galvaniske elementer . . . . . . . . . . . .

3.7 Batterier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.8 Brenselceller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Sammendrag og nøkkelbegreper . . . . . . . . .

Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

73 76 78 82 83 89

Kapittel 4 Energi i dag og i framtida . . . . . . 93 4.1 Energikilder og energibærere . . . . . . . 94 4.2 Energi: produksjon og forbruk . . . . . . 97 4.3 Sola – energikilde nr. 1 . . . . . . . . . . . 103 4.4 Solceller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 4.5 Biomasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 4.6 Varmepumper . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 4.7 Hydrogen som energibærer . . . . . . . 114 Sammendrag og nøkkelbegreper . . . . . . . . 119 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

Kapittel 5 Maten vi lever av . . . . . . . . . . .

5.1 Næringsstoffene . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Energi i mat . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3 Proteiner gir energi og bygger opp kroppen . . . . . . . . . . . . .

5.4 Karbohydrater . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.5 Fett . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.6 Vitaminer, mineraler og sporstoffer . .

5.7 Antioksidanter . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.8 Vann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.9 Fordøyelse og stoffomsetning . . . . . .

5.10 Næringsstoffene transporteres til cellene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Sammendrag og nøkkelbegreper . . . . . . . .

Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

127 128 129 131 133 136 140 143 144 144 148 151 152 156

70

3

Kapittel 6 Kosthold, mosjon og helse . . . .

6.1 Kosthold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2 Aktivitet og helse henger sammen . .

6.3 Hva vekten viser . . . . . . . . . . . . . . . .

6.4 Menneskesyn og selvbilde . . . . . . . . .

6.5 Spiseforstyrrelser . . . . . . . . . . . . . . .

6.6 Livsstilssykdommer . . . . . . . . . . . . . .

6.7 Alkohol, narkotika, tobakk . . . . . . . .

6.8 Kosmetikkens hemmeligheter . . . . . .

Sammendrag og nøkkelbegreper . . . . . . . .

Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

159 160 161 164 168 168 172 175 177 180 181 184

Kapittel 9 Stråling fra sola og universet . .

9.1 Lys er stråling med bølgeegenskaper . . . . . . . . . . . . . . . .

9.2 Elektromagnetiske bølger . . . . . . . . .

9.3 Tolking av stråling fra verdensrommet 9.4 Nordlys – Aurora borealis . . . . . . . . .

9.5 Jordatmosfæren beskytter . . . . . . . . .

9.6 Ultrafiolett stråling og ozonlag . . . . .

9.7 Drivhuseffekten . . . . . . . . . . . . . . . .

Sammendrag og nøkkelbegreper . . . . . . . .

Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Kapittel 7 Fra gen til egenskap . . . . . . . . .

7.1 DNA er arvestoffet . . . . . . . . . . . . . .

7.2 Fra gen til protein: proteinsyntesen . .

7.3 Gener og kromosomer . . . . . . . . . . .

7.4 Cellene deler seg . . . . . . . . . . . . . . .

7.5 Krysning: nedarving ved kjønnet formering . . . . . . . . . . . . . . .

7.6 Arv og miljø . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Sammendrag og nøkkelbegreper . . . . . . . .

Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

187 188 192 196 198

Kapittel 10 Energirik stråling – naturlig og menneskeskapt . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10.1 Stråling fra radioaktive stoffer . . . .

10.2 Halveringstid og måling av radioaktivitet . . . . . . . . . . . . . . . . .

10.3 Ioniserende stråling . . . . . . . . . . . . .

10.4 Nytte av energirik stråling . . . . . . .

Sammendrag og nøkkelbegreper . . . . . . . .

Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Kapittel 8 Den bioteknologiske tidsalderen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.1 Bioteknologi og genteknologi . . . . .

8.2 Foredling av levende organismer: avl og genmodifisering . . . . . . . . . . .

8.3 Genmodifisering av mikroorganismer . . . . . . . . . . . . . . .

8.4 Genmodifisering av planter og dyr . .

8.5 Kloning er genetisk kopiering . . . . . .

8.6 Medisinsk bruk av bioteknologi . . . .

8.7 Etiske sider ved medisinsk bruk av bioteknologi . . . . . . . . . . . . . . . . .

Sammendrag og nøkkelbegreper . . . . . . . .

Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

Innhold

200 202 207 208 210

213 214 215 217 218 221 225 229 230 231 233

Kapittel 11 Miljøet omkring oss . . . . . . . .

11.1 Alle har ansvar . . . . . . . . . . . . . . . .

11.2 Forbruksvalg . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11.3 Globale interessekonflikter . . . . . . .

11.4 Global oppvarming . . . . . . . . . . . .

11.5 Biologisk mangfold . . . . . . . . . . . . .

11.6 Vann som ressurs . . . . . . . . . . . . . .

11.7 Urfolk – lokalkultur eller turistattraksjon? . . . . . . . . . . . . . . .

11.8 Miljøvern er en internasjonal oppgave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Sammendrag og nøkkelbegreper . . . . . . . .

Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

237 238 241 245 255 259 260 263 266 268 271

277 278 283 285 286 292 293 296

299 300 302 305 306 309 313 315 318 322 323 326

Ordforklaringer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 Stikkordregister . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 Fotoleverandører . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340

Forord Kosmos SF følger læreplanen fra 2006. Vi har i tillegg tatt med en del nødvendig kunnskap fra grunnskolen for at du som leser, skal få en bedre og mer helhetlig forståelse av stoffet. Det er også lagt vekt på at elever skal kunne arbeide selvstendig med læreverket og tenke ut muligheter selv.

Studiedelen med differensierte oppgaver og nettsidene inspirerer til egenaktivitet.

Naturfag er både et teoretisk og et praktisk fag. Evnen til å lære, interesser og forkunnskaper, alt dette varierer fra person til person, for ingen mennesker er like. Det gjelder for elever, lærere og for alle andre. Da vi skrev denne boka, ønsket vi å ta hensyn til dette ved å lage en variert lærebok med spennende og aktuelle eksempler, attraktive bilder og bevisst bruk av et moderne og forståelig språk.

Kosmos SF er en alt-i-ett-bok med en grunndel og en studiedel. Grunndelen inneholder teori, og studiedelen inneholder oppgaver og øvinger. For at du skal få godt utbytte av å arbeide med boka, vil vi råde deg til å bruke noen minutter på å sette deg inn i veiledningen på neste side. Den viser og forklarer de forskjellige elementene i teoristoffet: basisstoff, fordypningsstoff, faktaramme, margtekst, kursivord og illustrasjoner/bilder.

Hvert kapittel begynner med de kompetansemålene i læreplanen som er dekket i kapittelet.

Du kan få en rask og grei oversikt over stoffet i læreboka ved å lese faktarammene underveis i teksten og sammendraget i slutten av hvert kapittel. I sammendraget finner du også nøkkelbegreper som er sentrale i forståelsen av teoristoffet. I tillegg bruker vi mange steder tabeller som oppsummerer sentrale elementer i teksten. Ord som kan være ukjente for mange elever, er kursivert, det samme er sentrale begreper der de først blir

presentert. Kursiverte ord blir forklart, enten i den sammenhengen der du møter dem, eller i egne margtekster. I tillegg vil du finne de fleste av disse ordene i ordforklaringslista bak i boka. Bruk ordforklaringslista aktivt når du treffer på ord du er usikker på. Du kan gå grundigere inn i de forskjellige temaene ved å arbeide med fordypningsstoffet. Figurene og fotografiene er viktige. De utfyller teksten og kan ofte belyse et tema bedre enn mange ord.

Etter hvert kapittel kommer en studiedel. Der er det både lette repetisjonsoppgaver og vanskeligere og mer krevende arbeidsoppgaver. Repetisjonsoppgavene er en hjelp til å kontrollere at du har lært det viktigste i et kapittel. Arbeidsoppgavene er merket og er mer sammensatte og krever dypere innsikt. Studiedelen inneholder også en rekke større og mindre øvelser. Her er det stor spennvidde, fra øvelser som krever en dobbelttime til små «gjøringer» som kan utføres i løpet av noen minutter.

•

På nettstedet til Kosmos finner du blant annet interaktive oppgaver, animasjoner, filmer, mer lærestoff, ekskursjonsstoff, nyttige lenker, løsningsforslag til oppgaver og tips til aktiviteter og øvelser.

Vi takker språkkonsulent, tegnere, kollegaer, elever og andre for gode råd og konstruktive innspill i arbeidet med boka.

Lykke til med naturfag!

Per Audun Heskestad Ivar Karsten Lerstad Harald Liebich

5

Basisstoff

Fordypningsstoff

Margtekst

proteinsyntesen 7.2 Fra gen til protein:

Gen 1

RNA Muskelprotein

Del som ikke koder for protein Gen 2

RNA Blodprotein

Arvestoff (DNA) Gen 3

Forklaring

let reagerer basisk. og to nitrogenatomer. Moleky har tre karbonatomer i ringen Ringformet molekyl som uracil cytosin, G = guanin, U = = C tymin, = T , adenin en Nitrogenbasene: A = ikke så sterk som binding A, T, C, G og U en. Denne bindingen er ler som inneholder hydrog Binding mellom moleky Hydrogenbinding inni molekyler. er (O), tom (P) og fire oksygenatom som består av ett fosfora Fosfat er et molekyl3–(et ion) Fosfat kjemisk formel PO4 .

RNA. i Fins . ringen i r l som har fem karbonatome Ribose er et ringformet moleky . Fins i DNA. Sukkeret ribose har et oksygenatom mindre ribose, men deoksyribosen Deoksyribose er bygd som Sukkeret deoksyribose ibonucleic acid. kleinsyre, fra engelsk deoxyr DNA står for deoksyribonu DNA acid. re, fra engelsk ribonucleic RNA står for ribonukleinsy RNA

Begrep

Nitrogenbase

RNA Enzym

U C C

RNA-molekyl.

ett gen. RNA stigebein og omfatter bare RNA-molekylet har ett A-, U-, Ci stedet for T, og trinn med inneholder molekylet U . einet stigeb til enkeltvis og G-molekyler er festet

192

C

A

A

A

A

G

T

G

C

U

A

Nukleotider

U

A

er en kopi Selv om RNA-molekylet annen rolle enn DNAer fordi RNA-et har en skjeller mellom dem. Det kylet bare har ett. stigebein, mens RNA-mole to et. DNA-molekylet har tter bare ett gen. Bokomfa flere gener, RNA tter omfa kylet -mole DNA en liten kjemisk forR (hos RNA) forteller om stavene D (hos DNA) og enn RNA. Mens older et annet sukker inneh DNA eina. skjell i stigeb bokstaven hos RNA aven T, vil den tilsvarende DNA-triplettene har bokst , mens U står for en kjemiske forbindelsen tymin være U. (T står for den C er festet enkeltvis til heter uracil.) A, U, G og som delse forbin lik n neste DNA-et skal fungere ikke i par som i DNA. Mens stigebeinet i RNA-et og periode og blir r RNA-et i en avgrenset virke liv, s ismen organ gjennom hele mer sårbart, men mer r kan cellene bruke et kassert etter en tid. Derfo re beskyttelse av trinmed ett stigebein og mind effektivt RNA-molekyl . sene) genba (nitro nene

G

G

C

et, og den infori ribosomene i cytoplasma Proteinene blir dannet må derfor transne) har i cellekjernen, masjonen DNA-et (gene gen skal brukes, et i nen masjo A e. Når infor U porteres ut til ribosomen n vandrer så ut Åpnes A T form av RNA. Denne kopie A G blir det laget en kopi i C foregår. Det trinn C G lasmaet, der neste cytop til og n jerne av cellek fra engT A mRNA. M-en kommer som da dannes, kaller vi -et RNA A A).

U er-RN T ringer på norsk (budbring A G C elsk messenger, altså budb blir åpnet stigen at uten des) es (deko T G A DNA-et kan ikke avles avlest. så einet blir A U for det. Det ene stigeb T først. Enzymer sørger et til DNA-beiC nitrogenbaser blir trukk frie A at på G r passe mer Enzy e er laget i cytoC dannes. Disse frie basen G C net slik at mRNA kan T klare til å bli trukA t inn i cellekjernen og er C G plasmaet. De blir frakte på DNA-kjeden e heten C A-en . ket inn i tur og orden G er til seg heter, C-enheter trekk A trekker til seg frie U-en mRNA T Etter hvert som re). venst n til A T G-enheter, osv. (se figure til en Lukkes r, blir de bundet sammen C G enhetene finner sine plasse ekkehar da en tilsvarende baser C G mRNA-tråd. mRNA-et DNAA T t). Et eksempel: Hvis følge som DNA-et (gene TTG, G C DNA-stigen blir åpnet, og baserekkefølgen AAT CGC tråden som avleses, har T . Når A AAC deretter lages det en kopi GCG UUA ha A-et .

A av DNA i form av mRNA vil det tilsvarende mRN T egne ut s det igjen ved hjelp av mRNA-et kan så vandre C G DNA er ferdig avlest, lukke ernen. cellekj av DNA enzymer.

G

C

C

-molekylet Oppbygningen av RNA det flere forav DNA-molekylet, er

Fra DNA til RNA

C

G

aDen genetiske koden. Inform ti sjonen i DNA-et blir kopier form av RNA. Deretter settes en. proteinet samm

Arvestoffets kjemi

A

fra Ordet syntese kommer gresk og betyr å sette sammen deler til en helhet.

s til å sette sammen et gen inneholder, skal bruke Når den informasjonen t) kopiert. Denne i DNA-molekylet (gene et protein, blir triplettene -et et trådformet DNA RNA-et er i likhet med .

RNA vi kaller n kopie -molekylet har en tilsva en kjede tripletter. RNA t). molekyl som består av DNA-molekylet (gene som tter triple av ning rende sammenset

193

7 • Fra gen til egenskap

Kursivord Faktaramme

Illustrasjoner/bilder

Slik er boken bygget opp: Basisstoff: Dette er stoff som alle elever skal lese. Her er det viktigste tatt med (læreplanstoffet)

6

Kursivord: Sentrale ord i teoristoffet er kursivert. Noen av ordene er forklart der de er brukt, andre finner du mer om i ordforklaringslista bak i boka.

Fordypningsstoff: Dette behøver ikke alle elever å lese. Her står det interessant ekstrastoff eller stoff som er en fordypning av læreplanstoffet.

Faktaramme: Her finner du en oppsummering av sentralt stoff i avsnittet du nettopp har lest.

Margtekst: Margtekster inneholder ordforklaringer eller utdyper basisteksten.

Illustrasjoner/bilder: Levendegjør og forklarer teksten i teoristoffet.

Kosmos SF

Utforskingen av vår verden

1

Jenta på bildet er på en fjelltopp på andre siden av jorda. Allikevel får hun meldinger fra Norge på mobiltelefonen sin. Hvordan kan telefonselskapet hennes vite at hun er nettopp der?

Sendes slike meldinger fra Norge til alle land i verden?

Straks du kommer til et sted og mobiltelefonen din blir slått på, sender den signaler til det lokale mobilnettverket, som så kopler deg opp mot de norske nettverkene.

Vanligvis tenker vi ikke noe på all den vitenskap, forskning og teknikk, kreativitet og oppfinnsomhet som ligger bak en slik nokså dagligdags situasjon. I dette kapittelet får du innblikk i hvordan vitenskapen arbeider, og hva som kan bli resultatet av forskningen.

DU SKAL KUNNE • planlegge og gjennomføre undersøkelser i samarbeid med andre der en identifiserer og varierer parametere • gjennomføre enkle datasimuleringer for å illustrere naturfaglige fenomener og teste hypoteser • forklare og vurdere hva som kan gjøres for å redusere usikkerhet og feilkilder i målinger og resultater • vurdere og argumentere for gyldighet og kvalitet av egne og andres observasjonsdata

7

Oseberg A-, B- og D-plattformene i Nordsjøen er bundet sammen med broer. Osebergfeltet har lenge vært det oljefeltet på norsk sokkel som produserer mest. Det blir også eksportert gass fra dette feltet.

Inntektene fra olje og gass utgjør 21 % av all verdiskaping i Norge.

1.1 Naturvitenskapen Naturvitenskapen griper inn i vårt liv på områder som helse, forbruk, levekår, kommunikasjon, informasjon, energibruk og transport. Den har satt et sterkt preg på moderne sivilisasjon.

Norsk forskning og teknologi ligger langt framme når det gjelder olje- og gassutvinning på havdyp. På grunn av dette har vi nå utvunnet langt mer olje og gass enn det som var mulig med den teknologien vi hadde for 20 år siden. Dette har økt våre olje- og gassinntekter ytterligere. Samtidig er sikkerheten blitt bedre.

Som et godt eksempel på naturvitenskap skal vi seinere i dette kapittelet ta for oss aktuell forskning på området veksthus og veksthusteknikk.

På grunn av det kjølige klimaet og den korte vekstsesongen på våre breddegrader er det utviklet en verdifull veksthusnæring her i landet.

Forskningen har funnet fram til metoder som gjør det mulig å dyrke grønnsaker, frukt, bær og blomster på en lønnsom og miljøvennlig måte så langt mot nord.

For å kunne forstå hva naturvitenskap er, og hvordan den virker, prøver vi å skjelne mellom prosessen, dvs. det som foregår i selve forskningen, og produktet, det som er resultatet av forskningen.

• Prosessen er den arbeidsmåten naturvitenskapen benytter, den vitenskapelige metoden. Vitenskapelige institusjoner bruker denne arbeidsmåten. Slike institusjoner er alt fra universiteter til private og offentlige forskningssentre.

• Produktet er de resultatene som er oppnådd, og som oppnås. Det du leser om i denne boka, er kunnskap som forskere er kommet fram til gjennom grundig vitenskapelig arbeid.

8

1 • Utforskingen av vår verden

Den naturvitenskapelige metoden Den naturvitenskapelige metoden legger vekt på systematiske undersøkelser, nøyaktige målinger og gjentatte testinger. Når et fenomen i naturen skal utforskes, begynner forskerne ofte med det de tror kan forklare fenomenet. De setter opp en tenkt forklaring, en hypotese. Hypotesene er antakelser og bygger gjerne på teorier innenfor fagfeltet, altså det allerede kjente, men går et skritt videre. Her er det rom for fantasi, oppfinnsomhet og undring. Hypotesene testes gjennom eksperimenter eller undersøkelser der forskeren for eksempel forsøker å måle noe.

Målingene vi gjør, kan vi bruke til å bekrefte eller forkaste hypotesen vår. Det er viktig å ha kontroll over hva vi måler, og helst variere bare én ting om gangen. Det vi varierer og måler, kaller vi en parameter.

Vi vet at det ofte er mange årsaker til det fenomenet vi observerer. Det er viktig å ha kontroll over hva vi måler, og helst variere bare én ting om gangen. Det vi varierer og måler, kaller vi en parameter.

? ? ?

Innsamling

Alt vi har av naturfaglig kunnskap, er resultatet av det møysommelige arbeidet og den kreative tenkningen som tusenvis av forskere har holdt på med gjennom århundrer. På alle stadier er det rom for oppfinnsomhet og utvikling av nye verktøy for testing og utprøving.

Hypoteser

Forenklet kan den naturvitenskapelige metoden framstilles slik:

Utforsking

hypotese undersøkelser/eksperimenter/observasjoner resultater analyse/tolkning konklusjoner

Formidling

Bak hvert av trinnene i den naturvitenskapelige metoden ligger det nøyaktig arbeid, nitid og systematisk registrering av data, og bruk av kreative og analytiske evner. Undersøkelsene og tolkningen av resultatene kan også ta svært lang tid. En viktig del av det vitenskapelige arbeidet er vurdering av feilkilder og usikkerhet.

Figuren på neste side gir en skjematisk framstilling av forløpet i naturvitenskapelig forskning.

Ikke all forskning følger dette skjemaet til punkt og prikke. Det er mye prøving og feiling i forskning.

Vi kan ikke bevise at en hypotese er riktig, men vi kan teste hypotesen på mange måter og samle støtte for at den synes å være holdbar.

9

Endrede teorier

DEN NATURVITENSKAPELIGE METODEN

Eksisterende teorier Idéer Fantasi Frie observasjoner

Hypoteser (problemstilling)

Eksperimenter, systematiske observasjoner

Resultater

Revisjoner

Analyse Tolkning

Bekreftet

Konklusjoner

Ikke bekreftet

Formidling (avhandling publisering)

Hypoteser som vi finner støtte for i undersøkelser – ofte over lang tid – blir til teorier eller læresetninger. Det er disse teoriene, faktasetningene, lovene og læresetningene du møter i lærebøker i for eksempel naturfag, biologi, fysikk og kjemi.

Ett eneste forsøk kan også motbevise en hypotese eller en teori; vi sier at den kan falsifiseres (påvises som falsk, altså feilaktig). Enhver hypotese eller teori skal kunne falsifiseres. Det gjelder også om en hittil ikke har klart det.

Forskerne kan ofte være uenige. De kan tolke resultatene forskjellig, og de kan komme fram til ulike konklusjoner. Det publiserings- og kontrollsystemet som følger med all vitenskapelig forskning, fungerer som en kvalitetskontroll. Undersøkelsene og resultatene skal kunne etterprøves og bekreftes.

Den naturvitenskapelige metoden legger vekt på systematiske undersøkelser, nøyaktige målinger og gjentatte testinger. Forenklet kan den naturvitenskapelige metoden framstilles slik: hypotese undersøkelser/eksperimenter/observasjoner resultater analyse/tolkning konklusjoner.

Mendels arvelover Den østerrikske munken Gregor Mendel (1822–1884) hadde ingen kjennskap til hva arvestoffet var. Allikevel klarte han ved hjelp av enkle og godt planlagte undersøkelser å komme fram til prinsippene for hvordan egenskaper overføres ved arv fra en generasjon til den neste.

Mendel krysset erteplanter for å se hvordan egenskaper som blomsterfarge, erteMunken Johann Gregor Mendel.

10

1 • Utforskingen av vår verden

farge og form på ertene ble overført. Han undersøkte én egenskap om gangen og arbeidet i mange år med dette. Mendel publiserte resultatene sine i 1866, men de fikk lite oppmerksomhet. Først rundt år 1900 ble resultatene hans gjenoppdaget og anerkjent. I dag er de kjent som Mendels arvelover.

Forskningsmiljøer Det vitenskapelige arbeidet blir gjort av forskere som er ansatt ved for eksempel universiteter, høgskoler og museer. Det foregår også naturvitenskapelig forskning ved institusjoner som skal dekke behov innenfor næringslivet, forvaltningen av naturressurser og utviklingen av nye medisiner, for å nevne noe. I det vitenskapelige arbeidet gir forskerne en nøyaktig beskrivelse av forsøket og resultatene. Disse beskrivelsene blir gjort tilgjengelige for andre, for eksempel i vitenskapelige tidsskrifter. På den måten kan alle forskere finne ut hva som er siste nytt innenfor fagfeltet, og alle undersøkelser, forsøk og resultater blir kontrollerbare. Andre forskere kan gjenta forsøkene og eventuelt komme med kritikk og nye resultater.

Internett har gjort det lettere enn før å få tilgang til aktuelle vitenskapelige publikasjoner. Samtidig blir en stor del av forskningen holdt hemmelig av hensyn til kommersielle eller militære interesser.

Johnson Space Center i USA er en del av NASA. Her foregår det mye forskning på romfart.

På bildet ser du den svenske astronauten Christer Fuglesang da han trente til reisen ut i verdensrommet ved simulert vektløshet i et basseng.

Biologi: bios (gr.) = liv, logos (gr.) = lære Fysikk: physikos (gr.) = naturlig, physis (gr.) = natur Kjemi: khemeia (gr.) = kjemi

Resultatene av det vitenskapelige arbeidet De samlede resultatene (produktene) av naturvitenskapelig forskning finner vi igjen i fag som fysikk, kjemi og biologi. I disse fagene finner vi en omfattende viten om mennesket, tekniske redskaper og naturen, og de er hovedområdene i naturvitenskapen i dag.

Folk flest får vite om ny vitenskapelig kunnskap gjennom aviser, fjernsyn, Internett og i egne tidsskrifter, som for eksempel Illustrert vitenskap.

Framstillingen er da ofte svært enkel og oversiktlig og er det vi kaller populærvitenskap.

Naturvitenskapen er hvileløs; den gir seg ikke med det som allerede er oppnådd. Ingen teori får være i fred. Teoriene etterprøves av andre forskere, og nye hypoteser framsettes. Slik er fagene i stadig utvikling. Ny kunnskap kommer til, og gammel kunnskap blir justert. Derfor er forskning og vitenskap et spennende område. De endelige svarene blir aldri gitt, for vi har alltid mer å lære. Det betyr ikke at all den kunnskapen vi har i dag kommer til å være avleggs og uriktig om en tid. Vitenskapen er kommet fram til mange resultater som regnes som uomtvistelige. Det er dette vi omtaler som basiskunnskap. At det har vært istider på jorda, regnes ikke lenger som teori, men som en kjensgjerning, og vi vet når de var. På den annen side er årsaken til istidene gjenstand for mye diskusjon.

De samlede resultatene av naturvitenskapelig forskning finner vi igjen i fag som fysikk, kjemi og biologi. Resultatene blir blant annet publisert i vitenskapelige tidsskrifter, i aviser og på Internett. Den naturvitenskapelige kunnskapen er i stadig utvikling, og de endelige svarene blir aldri gitt.

11

Naturfaget

Kjemi

Fysikk Damp/ luftfuktighet (gass)

H 2O Is/snø (fast stoff)

O H

Vann (væske)

H

Vann

60 % vann

Biologi

Fagene kjemi, biologi og fysikk har forskjellige innfallsvinkler til vannets egenskaper.

I naturfag forsøker vi å finne forklaringer og lover som beskriver de levende (biotiske) og de ikke-levende (abiotiske) delene av naturen. Faget naturfag omfatter både biologi, fysikk og kjemi, og med en slik inndeling får vi en viss overlapping innenfor de forskjellige emnene. Biologen, kjemikeren og fysikeren har jo forskjellige innfallsvinkler til det som skal studeres. Figuren ved siden av viser dette. Der ser du hvordan vann kan studeres med utgangspunkt i alle de tre fagområdene.

Biologien har en veldig spennvidde – alt fra de minste delene i en celle til enorme økosystemer og teorier knyttet til utviklingen av liv på jorda. Kjemien dekker alt fra elementærpartikler i atomene til svære molekyler. Fysikken prøver å forklare de fysiske omgivelsene våre. Partikkelfysikk og kjernefysikk, elektrisitet, astrofysikk og relativitetsteori er blant de store fagfeltene.

Er det vitenskapelig bevist?

Gransking aver etbygd åstedopp for å Månen og jorda sikre bevis. av mange av de samme stoffene. Likevel er månen livløs, mens det på jorda fins millioner av forskjellige livsformer.

12

1 • Utforskingen av vår verden

Ordet bevis brukes annerledes i dagliglivet og i rettssystemet enn i naturvitenskapen.

Når noe er overveiende sannsynlig, regner vi det som bevist – slik oppfatter de fleste det. Hvis en siktet i en kriminalsak har etterlatt seg hårstrå på åstedet, blir dette regnet som et sikkert spor og kan føre til en fellende dom. Men andre personer kan i prinsippet ha plantet disse hårstråene der. Derfor er dette ikke et vitenskapelig bevis. Naturvitenskapen bruker ikke ordet bevis. Selv om vi erfarer at alle planter før eller siden dør, er ikke dette et «bevis» for at alle framtidige planter kommer til å dø. Vi har ikke grunnlag for å forkaste muligheten for «en udødelig

plante». De erfaringene som er gjort fram til nå, er derfor ikke bevis innenfor naturvitenskapen. Matematikken og logikken setter derimot opp «bevis» for sine læresetninger.

I engelsk kan det være noe lettere å skille mellom de ulike betydningene. Her brukes evidence i betydningen bevismateriale om noe man har sterk tro på, om nokså entydige indikasjoner, og dette begrepet kan brukes i naturvitenskapen.

Proof er bevis i den betydningen vi trenger i matematikk og logikk. Ordet blir også brukt i forbindelse med avgjørende bevis i for eksempel kriminalsaker.

1.2 Tomatdyrking som forskningsområde Veksthusnæringen er et eksempel på et aktuelt forskningsområde.

Forskerne prøver å finne ut hvilke vekstbetingelser som gir tomater med god smak samtidig som tomatproduksjonen er billig. Forskerne setter opp hypoteser om hva som gir de beste betingelsene for tomatproduksjonen, og så tester de disse hypotesene.

Her er noen av utfordringene de står overfor: • Hvordan kan vi få en gunstig veksttemperatur med minimal bruk av energi?

• Hva er den beste belysningen og luftfuktigheten?

• Hvor mye næring trenger tomatene?

• Hva er riktig karbondioksidnivå i lufta?

• Gir jord det beste vekstgrunnlaget for røttene?

• Hvordan kan vi unngå skadedyr?

• Hvordan kan vi sikre at tomatene får god smak og god holdbarhet?

• Hvordan kan vi unngå økt bladvekst på bekostning av tomatvekst?

Her er en praktisk problemstilling som ble satt opp som en hypotese: «Bruk av mineralull i stedet for jord er gunstigere når det gjelder bekjempelse av skadedyr.» Denne hypotesen ble bekreftet. To tredeler av veksthusene benytter nå mineralull. Bruk av mineralull gjør det også lettere å regulere vann- og næringsinnholdet og lufttilgangen til røttene.

Betingelser som påvirker veksten til tomater.

Også du kan gjøre naturfaglige undersøkelser – tomatforsøk

Lys Temperatur

Skadedyr

Karbondioksid (CO2)

Mineraler (næring)

Fuktighet (vann, H2O)

I veksthus testes mange vekstbetingelser. Her skal vi ta et eksempel fra naturfagrommet på en skole, et forsøk der vi ser på hvordan næring og temperatur påvirker veksten hos tomatplanter. Eksempelet gir en svært forenklet framstilling av den naturvitenskapelige metoden. Vi har likevel valgt å bruke det fordi slike forsøk kan gjennomføres i klassen. Denne forenklede metoden er interessant fordi det var så enkle forsøk som ble brukt i naturvitenskapens barndom.

Først setter vi opp en hypotese. Den må bygge på det vi allerede vet om planter og det de trenger for å kunne vokse. Vår hypotese kan formuleres slik: «Tomatspirene vokser raskest og kraftigst ved høy temperatur og når de får rikelig med næring.»

13

Vår hypotese om gunstige vekstbetingelser bygger blant annet på det vi vet om fotosyntesen og plantenes næringskrav (se side 32).

Framgangsmåte og resultater i forsøket

Ifølge tomatforskerne er 16–17 °C om natta og 18–20 °C om dagen den gunstigste temperaturen for vekst.

Næring

Temperatur

I dette forsøket bruker vi tomatfrø. Slike frø kan ha nokså forskjellig spireevne, derfor trenger vi flere frø i hver potte. Vi bruker fire potter.

Når vi skal teste hypotesen vår, må vi variere vekstbetingelsene varme og næring. Dette er da de to parametrene i forsøket vårt. Den mineralulla vi bruker, inneholder ikke næring. Derfor er næring tilsatt i det vannet vi vanner plantene med. Plantene ble veid, og tabellen nedenfor viser hva de ulike vekstbetingelsene har ført til.

Kjølig (13–15 °C)

Varmt (25 °C)

Rikelig med næring (gjødsel)

Vekt: 32 g

Vekt: 57 g

Lite næring (gjødsel)

Vekt: 6 g

Vekt: 11 g

Vårt lille forsøk antyder at lav temperatur og lite næring gir dårlig vekst. Vi må være forsiktige med å trekke konklusjoner av et så lite forsøk som dette.

Det går an å utvide forsøket og også variere vekstbetingelser som karbondioksid og lys. Detaljene om slike vekstforsøk finner du i studiedelen.

Feilkilder i forsøket Dette er et forsøk der feilkildene må vurderes spesielt. Vi varierer altså én parameter (en vekstbetingelse i dette tilfellet) om gangen og holder de andre konstante. Dette er en viktig metodikk i all forskning og kalles variabelkontroll. For å ha et sammenlikningsgrunnlag må vi begynne med like kulturer. Men er de helt like? Er vanninnholdet det samme? Er temperaturen jevn? Som du skjønner, er det alltid en usikkerhet knyttet til slike forsøk som dette.

Feilkilder må vurderes i et forsøk. Vi kan begrense feilkilder og usikkerhet ved å variere bare én parameter om gangen. Dette kaller vi variabelkontroll.

14

1 • Utforskingen av vår verden

1.3 Vitenskapelig usikkerhet Til alle forsøk og observasjoner knytter det seg vitenskapelig usikkerhet.

For å redusere denne usikkerheten kan vi gjøre følgende:

På skolen blir dette universalindikatorpapiret ofte brukt til pH-måling. Vi finner pH-en ved å sammenlikne fargen på papiret med fargeskalaen på boksen. Hva er pH-en i disse to løsningene, tror du? Svarte du det samme som sidemannen?

• Gjenta forsøket flere ganger, se bort fra resultater med store avvik og regn ut gjennomsnittet av de andre resultatene.

• Kontrollere (kalibrere) måleinstrumentene. Gjerne bruke mer enn ett instrument.

• Være klar over at mange måleresultater blir påvirket av andre betingelser enn dem vi tester.

• Teste tilstrekkelig mange parametere og variere disse testene på flere måter.

• Sjekke faglitteratur og andre kilder. Gjerne be eksperter om råd.

• La andre også utføre forsøkene og se om de kommer fram til samme resultat.

• Akseptere at målinger kan være unøyaktige og derfor la være å trekke bastante konklusjoner på tynt grunnlag.

Hvordan vi tolker observasjonsdata, kan også variere fra person til person.

Det merker vi ofte når vi skal fastsette artsnavnet til et insekt. Innenfor den slektsgruppa som insektet tilhører, kan det være flere hundre arter som er svært like hverandre av utseende. Når vi bruker en bestemmelsestabell, må vi ofte bedømme mange forskjellige faktorer – fargen på bakparten, lengden på følehornene, vingebredden, behåring på forparten osv. Vurderer vi feil på ett eneste punkt, kommer vi fram til et helt feil artsnavn.

Til alle forsøk og observasjoner knytter det seg vitenskapelig usikkerhet. For å redusere denne graden av usikkerhet må vi arbeide nøye og systematisk og gjenta forsøkene og ikke trekke forhastede konklusjoner.

15

1.4 Utviklingen av naturvitenskapen gjennom tidene Den naturvitenskapelige kunnskapen vi har i dag, er resultatet av en lang utvikling. De gamle grekerne utviklet en forholdsvis avansert naturfilosofi for mer enn 2000 år siden. Blant annet mente Demokrit (430–371 f.Kr.) at stoffene er bygd opp av små udelelige deler, og Arkimedes (287– 212 f.Kr.) gjorde viktige oppdagelser i matematikk og fysikk, blant annet loven om oppdrift av legemer i vann. I den siste delen av middelalderen, særlig fra 1350 og utover, ble mye av denne kunnskapen gjenoppdaget og tatt i bruk i Vesten.

Det er først og fremst på 1500- og 1600-tallet at den moderne naturvitenskapelige tenkemåten gradvis vinner fram.

Perioden som avløste middelalderen, kalles renessansen. Vitenskapsmenn utviklet på denne tida nye måter å gjennomføre systematiske undersøkelser og kritisk testing på, noe grekerne ikke gjorde. Nye instrumenter som teleskopet og mikroskopet fikk stor betydning. Den nye naturvitenskapelige arbeidsmåten er tett sammenvevd med utviklingen av matematikken. Nøyaktige målinger gir et tallmateriale som må bearbeides og tolkes. Personer som Copernicus (1473–1543), Galilei (1564–1642), Kepler (1571–1630) og Newton (1643–1727) fikk stor innflytelse. Copernicus hevdet at jorda og de andre planetene beveget seg rundt sola, altså at sola var sentrum. Dette blir kalt et heliosentrisk verdensbilde. Galileis forskning ga også viktige bidrag til astronomien og støtte til Copernicus’ verdensbilde. Kepler formulerte tre lover for planetenes bevegelse rundt sola.

Newton beskrev naturen, fra himmellegemer til partikler, som materielle legemer som beveger seg under påvirkning av krefter. Han skildret et uforanderlig univers styrt av naturlover.

Isaac Newton (1642–1727).

Helios (gresk) = sol

16

1 • Utforskingen av vår verden

En oversikt over historiske perioder fra 500 f.Kr. til i dag. Årstall

Periode

500 f.Kr.–500 e.Kr.

Oldtida i det hellenske riket (antikken)

500 e.Kr.–1500

Middelalderen

1500–1700

Renessansen

1700–1750

Opplysningstida

1750–1900

Industrirevolusjonen

1900–1970

Den teknologiske revolusjonen

1970

Den digitale revolusjonen

Bildet viser biokjemiker Justus von Liebigs laboratorium i Gießen i Tyskland, 1840.

Det var først og fremst fysikken som fikk sitt gjennombrudd på 1600-tallet. Den nye vitenskapelige tenkemåten inspirerte til opprettelsen av vitenskapsakademier i England, Italia og Frankrike. Her ble de nye ideene videreutviklet. Disse akademiene eksisterte side om side med universitetene som ble opprettet i seinmiddelalderen.

På 1700-tallet bredte den nye tenkemåten seg blant den utdannede delen av befolkningen. Denne perioden kalles opplysningstida. Troen på kunnskap, teknikk og framskritt gjorde seg gjeldende i samfunnet.

I denne perioden formulerte Lavoisier (1743–1794) de grunnleggende prinsippene i kjemien. I biologien ble det gjort viktige framskritt i systematiseringen av planter og dyr. Botanikeren von Linné (1707–1778) gjorde et banebrytende arbeid.

Slutten av 1700-tallet og 1800-tallet preges av industrirevolusjonen.

Med kull som energikilde, jern som råvare og dampmaskinen som drivkraft økte industriproduksjonen på alle felter, samtidig som nye produkter kom til. Ingeniørfagene ble utviklet og tekniske høgskoler opp-

Linnea (Linnaea borealis), oppkalt etter Carl von Linné.

Han innførte et latinsk navnsettingssystem med et slektsnavn (for eksempel Linnaea) og et artsnavn. Borealis betyr nordlig.

17

rettet. Teorier for lys, varme, lyd og elektrisitet så dagens lys. I kjemien er periodesystemet epokegjørende (Mendelejev i 1869). Med oppdagelsen av arvelovene (Mendels arvelover 1865–1866), cellen og mikroorganismene gjorde biologien store framskritt. Størst oppsikt vakte utviklingslæren. Charles Darwin ga ut boka Artenes opprinnelse i 1859.

Charles Darwin lanserte i 1859 sin teori om hvordan arter utvikler seg gjennom evolusjon.

Denne mobiltelefonen fra Motorola ble laget i 1983. Telefonen veide ca. 14 kg. Hvor mye veier din mobiltelefon?

Mens 1800-tallet ble kjennetegnet av industrirevolusjonen, var det den teknologiske revolusjonen som satte sitt preg på 1900-tallet. Stadig nye tekniske innretninger, for eksempel heisekranen, kom til og erstattet muskelkraften. Utover på 1900-tallet gjorde elektronikken seg mer og mer gjeldende. Med elektronikken ble massekommunikasjon (telefoni, radio, fjernsyn) mulig. Vitenskapen i dette århundret var preget av tre nye fagfelter: relativitetsteorien (Albert Einstein, 1879–1955), atomfysikken og genetikken. I genetikken fant forskerne ut hvordan DNAmolekylet er oppbygd. James Watson og Francis Crick fikk nobelprisen i medisin for denne banebrytende oppdagelsen. Den siste delen av 1900-tallet preges av den digitale revolusjonen, dataalderen som vi nå er inne i. Har du noen tanker om hva som blir neste fase?

Vi har nå sett på hovedtrekkene i den vitenskapelige utviklingen. Når en vitenskapelig fase blir avløst av en annen, er det ikke slik at alt som ble oppdaget tidligere, forkastes og erstattes av det nye. I utviklingen ligger det ofte en utvidelse av den naturvitenskapelige kunnskapen. Vi bruker fremdeles Newtons lover til å beskrive legemers bevegelser under påvirkning av krefter, og i romfarten kan hans formler brukes til utregninger. Men Newtons fysikk kommer til kort når vi skal beskrive atomet og de store dimensjonene i universet. Da må vi ta i bruk Einsteins relativitetsteori. Siden kom Niels Bohr (1885–1962) og andre med kvanteteorien, som gjør at mange vurderinger må justeres.

Nytenkerne som sørget for utviklingen i vitenskapen, gjorde sannere og mer dyptgripende oppdagelser. Men de møtte ofte skepsis og motstand blant sine fagkolleger. De etablerte vitenskapelige miljøene har lett for å være konservative og holde fast på sitt etablerte syn.

Newton lanserte sin teori om krefter og bevegelse i 1687, men det gikk enda 20–30 år før noen begynte å undervise i Newtons fysikk i England, og det var ikke før 1740–1750 at hans teori ble fanget opp i resten av Europa.

Den naturvitenskapelige kunnskapen vi har i dag, er resultatet av en lang utvikling der kunnskapen vår stadig er blitt utvidet.

18

1 • Utforskingen av vår verden

1.5 Står naturvitenskapen for den eneste sikre sannhet?

Tro og vitenskap i vår tid Naturvitenskapelig forskning har de siste hundre årene bidratt til et moderne samfunn med avanserte tekniske hjelpemidler. Vi kan vanskelig forestille oss en verden uten elektrisitet, datamaskiner, telefoner, biler og fly.

Vitenskapen bygger ikke på tro. Den bygger på resultater av undersøkelser og testing av hypoteser. Hypoteser som gjentatte ganger blir bekreftet, er med og bygger opp teorier som forklarer fenomener i naturen. Ofte er det uenighet blant forskerne om forskningsmetodene og om tolkning og konklusjoner når det gjelder forsøk og undersøkelser. Slik uenighet kan bidra til å kvalitetssikre forskningen.

I renessansen og i opplysningstida (1500–1750) utfordret vitenskapen mange av de tradisjonelle forestillingene om naturfenomener som var bundet til religion og tro. For eksempel var det vanskelig for mange å godta at sola ikke gikk rundt jorda. Den gang skapte dette og tilsvarende hypoteser konflikter. Slik ble det konflikt mellom tro og vitenskap. Slike skarpe motsetninger har vi betydelig mindre av i vår tid, men for mange mennesker er religiøs tro en viktig del av livet, av deres identitet og kulturtilhørighet.

Modeller og språk i naturvitenskapen Elektron

–

e–

Nøytron

+ p+ –

e–

n

+

Proton

Modell av et heliumatom.

Syns du at fysikk, kjemi og biologi er vanskelig? Da er det viktig å være klar over at det er naturen som er vanskelig å fatte. Naturvitenskapen forsøker å beskrive naturen så godt det lar seg gjøre. For å kunne beskrive naturen må vitenskapen faktisk gjøre mange forenklinger.

Forskerne setter blant annet opp skisser eller modeller. De er forenklinger. Elektronet blir vanligvis beskrevet som en liten kule – men den kula lar seg neppe avbilde. Kanskje vil vi aldri kunne betrakte elektronet slik denne partikkelen i virkeligheten er.

Skal vi beskrive noe, må vi ha et språk, og det vil her si vitenskapelige begreper. Naturvitenskapen har sitt eget språk. En kjemisk eller fysisk formel kan være et uttrykk i dette språket. Formelen gjør det mulig å beskrive noe med matematisk nøyaktighet basert på målinger.

Kravet om nøyaktige målinger er en del av naturvitenskapen, og det vitenskapelige språket gjør det mulig å uttrykke sammensatte forhold på en kortfattet og oversiktlig måte. H2O betyr to atomer hydrogen bundet til ett atom oksygen i en kjemisk binding som til sammen danner et vannmolekyl.

19

Vi var inne på hvordan naturvitenskapen stadig har utvidet vår forståelse av oss selv og verden. Den erobrer stadig nye områder. Også sjelelivet vårt, våre tanker og følelser, havner under vitenskapens lupe.

Hjernen er stadig under utforsking. Når vi tenker og føler, kan aktiviteten i de forskjellige hjernesentrene registreres med apparater, og her blir det stadig gjort nye framskritt.

Kan naturvitenskapen forklare hvordan det er å være forelsket?

20

1 • Utforskingen av vår verden

Men er det slik at naturvitenskapen før eller siden vil legge under seg alt det som psykologien i lang tid har arbeidet med? Slik blir det neppe. For det første lar innholdet i bevisstheten og tenkningen seg ikke så lett avdekke ved hjelp av apparat. Et dikt vil ikke kunne hentes ut av en hjerne og avbildes på en dataskjerm. For det andre kan ikke naturvitenskapen beskrive følelser og sinnsstemninger. Naturvitenskapens ord og uttrykk, altså dens språk, egner seg ikke til dette. Naturvitenskapen tar utgangspunkt i det som kan måles og veies, dvs. det som kan tallfestes.

Til disse målingene bruker vi begreper som meter, kilogram, sekund og stoffmengde. Verken kunst, etikk, religiøsitet eller filosofi kan måles og veies med disse begrepene.

1.6 Eksperimentelt arbeid i laboratoriet på skolen I naturfag vil de fleste laboratorieøvelser foregå på naturfaglaboratoriet i løpet av en til to skoletimer. Vi kan også ha laboratorieøvelser som går over lang tid, der vi utfører målinger og gjør systematiske observasjoner, slik som i vekstforsøket med tomatplantene. Selv om den naturvitenskapelige arbeidsmetoden ikke kan gjennomføres på samme måte og i samme målestokk som det forskerne gjør, skal prinsippene og gangen i den naturvitenskapelige arbeidsmetoden ligge til grunn i laboratoriearbeidet vårt. I mange av forsøkene vet vi ikke på forhånd hva resultatet blir. Sammen med andre elever skal du da sette opp hypoteser og planlegge hvordan du vil teste dem.

I noen forsøk har du først lest teorien i læreboka og vet hva resultatet skal bli. Det er likevel viktig at du får erfaring med å utføre disse forsøkene. Du skal observere, måle og notere resultatene og vurdere usikkerhet og feilkilder. Etterpå kan du gjøre rede for arbeidet ditt i en rapport. Tabellen nedenfor viser hva en slik rapport bør inneholde.

Innhold

Beskrivelse

Tittel på forsøk, navn og dato

Tittel på forsøket og eventuelt også nummer. Ditt eget navn.

Datoen da du gjorde forsøket.

Hensikt

Hva du vil undersøke i forsøket, eller hva forsøket går ut på.

Trekk gjerne inn aktuelt lærestoff. Aktuelle hypoteser som skal testes?

Utstyrsliste

Liste over utstyret du brukte.

Framgangsmåte

Forklar hvordan du utførte forsøket.

Figurer

En god figur eller foto (bruk mobiltelefon) av oppstillingen av forsøket gir også hjelp til å beskrive forsøket. Sett gjerne navn på forsøksutstyret du brukte.

Observasjoner og resultater

Forklar hva du observerer under forsøket, og noter måleresultatene. Ta med reaksjonslikninger når det er aktuelt.

Dersom det er mulig, kan du sette opp resultatene i en tabell eller bruke et diagram. I noen forsøk kan det være aktuelt å behandle eller framstille resultatene med digitalt verktøy.

Drøfting

Eventuelt: Her diskuterer du observasjonene og måleresultatene.

Ta også med feilkilder og usikkerhet.

Konklusjon

Her skriver du de konklusjonene som du kommer fram til ut fra resultatene dine. Stemmer resultatene med det du har lært om dette? Gir resultatene støtte til den hypotesen du formulerte før forsøket?

21

Sammendrag og nøkkelbegreper •

I vitenskapen skiller vi gjerne mellom prosessen, dvs. den praktiske bruken av den vitenskapelige metoden, og produktet, dvs. resultatene som vi blant annet finner igjen i fag som biologi, fysikk og kjemi.

•

Vi vet at det ofte er mange årsaker til det fenomenet vi observerer. Det er viktig å ha kontroll over hva vi måler, og helst variere bare én ting om gangen. Det vi varierer og måler, kaller vi en parameter.

•

Den naturvitenskapelige metoden legger vekt på systematiske undersøkelser, nøyaktige målinger og gjentatte testinger.

Forenklet kan den naturvitenskapelige metoden framstilles slik: hypotese undersøkelser/eksperimenter/observasjoner resultater analyse/tolkning konklusjoner

•

Feilkilder må vurderes i et forsøk. Vi kan begrense feilkilder og usikkerhet ved å variere bare én parameter om gangen.

Dette kaller vi variabelkontroll.

•

Til alle forsøk og observasjoner knytter det seg vitenskapelig usikkerhet. For å redusere denne graden av usikkerhet må vi arbeide nøye og systematisk og gjenta forsøkene, og ikke trekke forhastede konklusjoner.

•

Den naturvitenskapelige kunnskapen vi har i dag, er resultatet av en lang utvikling der kunnskapen vår stadig er blitt utvidet.

•

Naturvitenskapen har gjort oss i stand til å beskrive og forklare vår omverden på svært mange områder, og utviklingen fortsetter. Men vi må være klar over at naturvitenskapen har sine begrensninger, og den er lite egnet til å forklare områder som kunst, kultur og filosofi.

•

•

22

Den naturvitenskapelige metoden går ut på å sette opp hypoteser som vi prøver gjennom nøyaktige målinger og gjentatte testinger. Når en hypotese blir bekreftet, kan vi formulere en teori som forklarer noe i naturen eller noe om oss selv.

De samlede resultatene av naturvitenskapelig forskning finner vi igjen i fag som fysikk, kjemi og biologi. Resultatene blir blant annet publisert i vitenskapelige tidsskrifter, i aviser og på Internett.

Den naturvitenskapelige kunnskapen er i stadig utvikling, og de endelige svarene blir aldri gitt.

1 • Utforskingen av vår verden

Oppgaver 1.1

Naturvitenskapen

1.1.1

Hva mener vi med prosess og produkt i naturvitenskapen? Gi eksempler. a) Hva er en hypotese? b) Hvorfor er hypoteser så viktige i naturvitenskapen?

Forklar med dine egne ord hva vi i naturvitenskapen mener med a) en parameter b) en teori eller læresetning Sett opp en oversikt over trinnene i den naturvitenskapelige metoden.

Forklar hva som menes med falsifisering av vitenskapelige teorier eller hypoteser.

«Den vitenskapelige arbeidsmetoden og forskningen kjennetegnes av sikkerhet og høy kvalitet.» Fins det saklig grunnlag for en slik påstand?

Forklar hva du mener.

Hvor i samfunnet foregår det forskning? Gi eksempler.

Fins det noen områder i tilværelsen din som ikke på en eller annen måte er knyttet til moderne teknologi, naturvitenskap eller forskning?

Hvilke institusjoner eller bedrifter i nærheten av der du bor, driver naturvitenskapelig forskning? Hva slags forskning foregår der?

Hva slags utdanning har forskerne?

Hva er forskjellen på forskning og vitenskap?

Hva mener vi med basiskunnskaper i naturvitenskapene?

Hvilke fag eller fagområder tilhører naturvitenskapen?

Hvorfor er det problematisk å bruke ordet bevis i naturvitenskapen?

Bruk Internett til å finne ut om det har vært aktuelle saker om fusk i forskningen i Norge de siste årene.

1.1.2

1.1.3

1.1.4 1.1.5

• 1.1.6

1.1.7

• 1.1.8

• 1.1.9

• 1.1.10 • 1.1.11 1.1.12 1.1.13

• 1.1.14 • 1.1.15

1.2

Tomatdyrking som forskningsområde

1.2.1

Hvilke utfordringer står for eksempel planteforskerne overfor når det gjelder tomatdyrking?

Hvilke betingelser er det som avgjør om en plante får en gunstig vekst? a) Forklar hvilke stoffer en plante trenger for å vokse. b) Hvordan blir disse stoffene tatt opp av plantene? c) Forklar hva som skjer i fotosyntesen.

Skriv likningen for fotosyntesen med ord og med kjemiske symboler a) Beskriv forsøket på side 14. b) Hvilke faktorer blir testet i dette forsøket? c) Hva ble resultatet av forsøket? a) Gi eksempler på mulige feilkilder i forsøket med tomatplanter på side 14. b) Hva kan vi gjøre for å redusere usikkerhet og feilkilder i dette forsøket?

Hvorfor er det viktig å variere mange faktorer i et forsøk?

Forklar hva som menes med variabelkontroll i vitenskapelige forsøk.

Tenk deg at du forsker på vekst av tomater. a) Lag noen hypoteser som du vil teste. b) Hvordan vil du måle parameterne eller observere det du tester? c) Hvilke feilkilder må du vurdere? a) Hva kunne du tenke deg å forske på, enten hjemme eller på skolen? b) Hvordan ville du gå fram for å forske på dette?

1.2.2

• 1.2.3

1.2.4.

1.2.5

1.2.6 1.2.7

• 1.2.8

• 1.2.9

23

Oppgaver 1.3

Vitenskapelig usikkerhet

1.3.1

Hva mener vi med vitenskapelig usikkerhet?

Gi eksempler på hva vi kan gjøre for at usikkerheten i naturvitenskapelig forskning skal bli minst mulig.

Velg ut for eksempel en plante, en fisk eller et insekt fra naturfagsamlingen.

Bruk bestemmelseslitteratur til å finne artsnavnet. Vurder sikkerheten i tolkningene og vurderingene du gjør underveis. Kom alle i klassen fram til samme resultat?

1.3.2

• 1.3.3

1.4

Utviklingen av naturvitenskapen gjennom tidene

1.4.1

Hvordan deler vi utviklingen av naturvitenskapen inn i forskjellige faser eller epoker?

Velg ut to faser eller epoker i den naturvitenskapelige utviklingen og forklar hvorfor du mener disse er viktige. a) Hvilken fase i den naturvitenskapelige utviklingen er vi inne i nå? b) Den neste fasen vil trolig være den bioteknologiske revolusjonen.

Hva tror du den vil bety i praksis? a) Hva kjennetegner renessansen? b) Finn ut mer om en vitenskapsperson fra denne perioden. a) Hva kjennetegner opplysningstida? b) Finn ut mer om en vitenskapsperson fra denne perioden. a) Hva kjennetegnet industrirevolusjonen, den teknologiske revolusjonen eller den digitale revolusjonen?

Velg en av dem. b) Finn ut mer om en vitenskapsperson fra denne perioden.

• 1.4.2 • 1.4.3

• 1.4.4 • 1.4.5 • 1.4.6

24

1 • Utforskingen av vår verden

1.5

Står naturvitenskapen for den eneste sikre sannhet?

1.5.1

Hva mener vi med en «modell» i naturvitenskapen? Gi eksempler.

Gi eksempler på områder hvor naturvitenskapen egner seg til å forklare det vi opplever og ser rundt oss.

Forklar hvorfor naturvitenskapen er lite egnet for eksempel innenfor filosofisk tenkning. a) Sett opp en liste over det du tror skjer med kroppen når du blir glad.

Er det noe av dette som kan forklares naturvitenskapelig? Er det noe naturvitenskapen ikke kan forklare? b) Sett opp en liste over det du tror skjer med kroppen når du blir lei deg og begynner å gråte. Er det noe av dette som kan forklares naturvitenskapelig? Er det noe naturvitenskapen ikke kan forklare?

Hvorfor står ikke naturvitenskapen for den eneste sikre sannhet?

Drøft disse utsagnene om tro og vitenskap: a) Vitenskap er det eneste vi kan bygge vår kunnskap om livet og naturen på.

Det er feil å forstå livet og naturen ved å ta utgangspunkt i en religion. b) Vitenskap og religion handler om to forskjellige ting. Det behøver derfor ikke å være konflikter mellom vitenskap og religiøs tro. c) Vitenskapen tar feil når den ikke stemmer med religionen. Dette hevder de som bare bygger på læresetningene i religionen. d) De som hevder at vitenskapen står for sanne forklaringer og urokkelige sannheter, representerer en tro på vitenskapen som er uforenlig med vitenskapens idé og arbeidsmetode.

1.5.2

• 1.5.3 • 1.5.4

1.5.5

• 1.5.6

1.6

Eksperimentelt arbeid i laboratoriet på skolen

1.6.1

Bruk oppskriften for innhold i en naturfagrapport og sett opp i din egen notatbok de rutinene du vil følge ved hvert forsøk.

Finn ut hvilke sikkerhetsregler du skal følge og hvilket verneutstyr du må bruke under forsøk på skolelaboratoriet.

• 1.6.2

• 1.6.3

Velg et datablad for et stoff du skal bruke i naturfag, og noter viktige egenskaper ved stoffet, faresymboler og førstehjelpstiltak.

Øvelser Ø 1.1 Kjøpevann eller vann fra kranen?

Blindtest UTSTYR

To eller flere tomflasker Pappbegre Kjøpevann, f.eks. Imsdal eller Olden

er den samme. Bare én person skal vite hva som er i flaskene. Hver elev får utdelt to pappbegre og får vann fra hver av flaskene med beskjed om å avgjøre hva som er kjøpevann.

Resultatene til klassen skal føres inn i en tabell: Elev

Teori og hensikt Stadig flere vannverk leverer vann av høy kvalitet til forbrukerne. Da er det et spørsmål om kjøpevann er verd pengene. Sommerstid kan temperaturen i kranvannet komme over 10 grader. Men det går an å fylle en tomflaske med kranvann og sette den i kjøleskapet.

Framgangsmåte Gjør tomflaskene godt reine og merk dem med et symbol. Hell kjøpevann på den ene flasken og kranvann i den andre. Det er viktig å la kranvannet renne lenge før du fyller det på en flaske!

La deretter flaskene stå i kjøleskapet til dagen etter slik at vanntemperaturen i flaskene

Flaske A er kjøpevann

Flaske B er kjøpevann

1.

2.

3.

4.

Osv.

Resultater og konklusjon Hvis tallene fordeler seg noenlunde likt, er det liten forskjell. Hvis 90 % av prøvesmakerne klarer å identifisere kjøpevannet, har dette vannet en annen smak. Det er viktig å være klar over at vannverkene er forskjellige. Noen er moderne, mens andre er gamle. Hva er situasjonen på ditt hjemsted?

25

Øvelser Ø 1.2 Hva isolerer best mot varmetap?

UTSTYR

Termometer Fem halvliters brusflasker Ullsokk Syntetisk sokk Bomullssokk Aluminiumsfolie

Sett termometer oppi flaskene og sjekk temperaturen. Det er viktig å lese av temperaturen i de forskjellige flaskene raskt så ikke varmetapet påvirker resultatet. Noter resultatet.

La flaskene stå i 15 minutter med termometeret i. Mål deretter temperaturen i de fem flaskene igjen.

Del 2: Gjenta forsøket, men denne gangen skal du fukte sokkene i lunkent vann før du trekker dem utenpå flaskene.

Resultater Del 1: Lag en tabell der du noterer de vanntemperaturene du målte i de fem flaskene.

Del 2: Sett på tilsvarende måte disse resultatene inn i en tabell.

Teori og hensikt Du har sikkert prøvd forskjellige slags sokker om vinteren og lagt merke at det varierer hvor godt de holder på varmen. I dette forsøket skal vi teste isolasjonsevnen til sokker som er laget av forskjellige materialer.

Framgangsmåte Del 1: Kle tre av plastflaskene med hver sin type sokk. Kle én plastflaske med aluminiumsfolie. La en flaske være uten isolasjon. Fyll flaskene med varmt vann. Alle flaskene skal fylles med vann som holder samme temperatur, ca. 70 ºC er ideelt.

26

1 • Utforskingen av vår verden

Konklusjon og feilkilder Hvordan vil du tolke resultatene?

Er det forskjell på isolasjonsevnen til de materialene du testet? Hvordan ble resultatet påvirket av at sokkene var fuktet med vann i del 2?

Hvordan holder våte strømper på varmen?

Er det noen feilkilder i forsøket?

Forsøket kan utvides ved at du kler en flaske med svart papir og en flaske med hvitt papir og måler temperaturen på tilsvarende måte som ovenfor.

U

Ø 1.3 Hva trenger plantene for å vokse?

UTSTYR

Petriskåler Blomsterjord Frø, f.eks. grasfrø, karsefrø eller solsikkefrø

Aluminiumsfolie Plantegjødsel Plastposer NaOH, natronlut

Teori Planter trenger lys, varme, fuktighet og næring.

Dessuten må de ha karbondioksid for å kunne vokse.

Hensikt og framgangsmåte I dette forsøket skal vi undersøke hvordan hver av disse fem faktorene virker inn på utviklingen hos plantene. Ved å fjerne en av disse vekstbetingelsene om gangen kan vi se hvordan hver faktor virker inn på veksten.

Optimale betingelser

Folie

Oppgaver Hver gruppe av elever setter opp plantekulturene som vist på tegningene. Forsøket bør gå så lenge at den kulturen som er tegnet øverst til venstre, har vokst minst 5 cm.

Resultat Noter hvordan veksten har vært i hver av de seks kulturene.

Konklusjon og feilkilder Lag en konklusjon på grunnlag av de resultatene dere har fått. Kan du tenke deg eventuelle feilkilder?

For lite vann

Uten lys Fuktig porøs jord med næring

Jord med næring

Delvis tørr jord

Uten varme

Uten næring

Lufttett

Uten CO2

I kjøleskap

Vatt/bomull

NaOH

Med natronlut

27

Ø 1.4 Hva trenger plantene for å vokse II?

Ø 1.5 Testing av hypoteser

(utvidelse av Ø 1.3)

UTSTYR

Bomull Gras- eller karsefrø Eske der det er skåret ut et hull på den ene siden To plastbeger

Teori og hensikt I øving 1.3 undersøkte vi noen vekstbetingelser.

Forsøket kan utvides slik at vi ser på enda flere vekstbetingelser. I dette forsøket skal vi se nærmere på hvordan lysretningen og tyngdekraften påvirker veksten hos en plante.

Framgangsmåte Ha bomull i to beger. Dytt bomullen godt nedi.

Tilsett vann og strø frøene oppå bomullen.

La det stå til spiring noen dager.

Sett esken med hull i over det ene begeret.

Hullet må være stort nok til at det slipper inn lys. Det andre begeret snur du på hodet og setter det oppå to klosser med litt mellomrom slik at plantespirene får plass. Du kan bruke en strikk eller teip til å holde innholdet på plass.

La plantene stå noen dager til. Husk å vanne.

Resultat og konklusjon Hva har skjedd med plantene i pappesken?

Hva har skjedd med plantene som er snudd opp ned?

Hvordan vil du forklare resultatene?

Skriv en konklusjon.

28

1 • Utforskingen av vår verden

UTSTYR

Et høyt måleglass fylt med matolje Modelleire Stoppeklokke

Teori og hensikt Hva slags form må en ubåt ha for at motstanden i vannet skal bli minst mulig? Dette går det an å finne ut av i liten målestokk.

Framgangsmåte Hver elevgruppe setter opp sin hypotese om hva slags form den ubåten har som glir lettest nedover i et måleglass fylt med matolje.

Lag en skisse av den formen dere tror vil fungere best. Lag deretter en tilsvarende ubåt i modelleire. Slipp båten ned i måleglasset med matoljen og mål hvor lang tid den bruker på å synke til bunnen. Det er viktig at lengden på ubåten ikke er større enn diameteren i måleglasset. Prøv gjerne med andre former også.

Resultat og konklusjon Sammenlikn resultatene i klassen.

Hvilken form er best? Slangeform?

Fiskeform? Kuleform? Andre?

Natur i forandring

2

Det er en av de første dagene i september. Klassen skal på ekskursjon til et strandområde.

Tonje og Runar sitter sammen på bussen. Runar ser ut gjennom bussvinduet.

– Det er jo bare trær og busker der ute. Jeg ser nesten ingenting av det vi kjører forbi.

– Ja, det er litt sløvt, sier Tonje. Tenk på turistene som kommer til Norge. Med all denne skogen har de ikke peiling på hvordan Norge egentlig ser ut.

Naturen er i stadig forandring. Både naturlige endringer og menneskelig påvirkning styrer dette.

Blomsterenger som den du ser på bildet ovenfor, blir stadig sjeldnere, og busker og trær overtar.

DU SKAL KUNNE • beskrive suksesjonsprosesser i et økosystem • undersøke et økosystem og vurdere hvor det er i suksesjonsprosessen • gjøre rede for faktorer som virker inn på størrelsen til en populasjon

29

2.1 Økologi

Her er det ikke mye å se av det norske landskapet.

Haeckel (1834–1919) var opphavsmannen til ordet økologi.

I norsk natur vokser det villig. Vi har ofte god sommertemperatur, og de fleste stedene er det rikelig med nedbør. Derfor tar det ikke mange årene før et nedhogd område igjen står med tett og høy skog. Men har det alltid vært slik? Når vi studerer gamle bilder eller snakker med besteforeldrene våre, finner vi ut at nesten overalt i Norge var det mye mindre skog tidligere.

De gamle bildene viser at landskapet har forandret seg og fortsatt er i forandring. Vanndammer vokser igjen og blir til myr. Planter som etablerer seg på myrene, gjør at myrene tørker ut slik at vi først får grasmark og seinere skog av ulike slag. Før vi ser nærmere på mulige årsaker til dette, trenger vi grunnleggende kunnskap om naturen som omgir oss, og som vi er avhengige av.

Begrepet økologi ble først tatt i bruk rundt år 1870 av den tyske legen og biologen Ernst Haeckel, men det gikk nærmere 100 år før dette ordet ble allment kjent og brukt. Økologi er sammensatt av de greske ordene oikos, som betyr hus, og logos, som betyr lære. Ordet økologi kan derfor oversettes med «læren om naturens husholdning». Ofte blir også uttrykket «læren om samspillet i naturen» brukt, fordi levende organismer påvirker hverandre, og organismene og det miljøet de lever i, påvirker hverandre.

I samspillet i naturen er det verken harmoni (at alle som lever der, har det bra) eller stabilitet (at det ikke skjer forandringer). Naturen kan vi ofte oppleve som rå og brutal, som et sted der noen dreper og spiser og andre blir drept og spist. Vi mennesker er en del av dette. Vi spiser mat fra naturen, og når vi hogger ned skogen, gjør vi det fordi vi vil bruke tømmeret til vår fordel, f.eks. til bygninger, møbler og papir.

Økologi er læren om hvordan organismene og omgivelsene deres virker sammen.

30

2 • Natur i forandring

Økosystemer

Naturen kan deles inn i mange ulike økosystemer.

Figuren gir noen eksempler.

Alle steder på jorda der det naturlig kan leve organismer, kaller vi med et fellesord for biosfæren. Når vi studerer naturen, er det vanlig å dele biosfæren opp i mindre deler som vi kaller økosystemer.

Et økosystem er et område i naturen som er mer eller mindre avgrenset fra andre områder. Økosystemene kan være store eller små, og det kan ofte være vanskelig å avgjøre hvor det ene slutter, og hvor det andre begynner. Verdenshavene er våre største økosystemer. De fleste steder er de tydelig avgrenset fra landet omkring. Ei strand er et mindre økosystem der det kan være vanskeligere å se grensene til vann og land. Andre eksempler på økosystemer er en ørken, en skog, ei fjellvidde eller et tjern. Økosystemer kan godt være svært små, som en hage eller en liten dam.

I dagligtale brukes ofte ordet naturtype i stedet for økosystem.

Myra er et økosystem som ofte ligger i overgangen mellom vann og tørt land. Det kan være vanskelig å se hvor myra slutter og skogen begynner.

Biosfæren er de delene av kloden vår der det fins liv. Biosfæren kan deles inn i økosystemer.

31

Levende og ikke-levende faktorer i økosystemene I økosystemene er det både levende faktorer (biotiske faktorer) og ikkelevende faktorer (abiotiske faktorer). I en skog finner vi levende faktorer som snegler, mark, fluer, fugler, pattedyr og mange forskjellige trær og andre planter. Det fins også organismer som øynene våre ikke kan se, slike som encellede planter og dyr, bakterier, virus og mange typer sopp.

Av ikke-levende faktorer har vi vann, jord med næringssalter (mineraler) og luft. Lufta består av gasser, blant annet oksygen og karbondioksid. Vannet fra skyene inneholder oppløste stoffer som gjør at nedbøren gjerne er litt sur, mens vann fra bakken har oppløste stoffer fra jord og fjell. Temperatur, vind og sol er andre ikke-levende faktorer som har stor betydning for alt som lever i økosystemene.

Mineraler = uorganiske salter, ofte kalt næringssalter fordi de er sammensatt av ioner som plantene suger opp gjennom røttene.

Eksempler på levende og ikke-levende faktorer i økosystemene.

Grønne planter er produsenter.

De produserer energirike organiske forbindelser av energifattige uorganiske forbindelser.

I tillegg blir det dannet oksygen.

Denne prosessen kaller vi fotosyntese.

Levende faktorer

Ikke-levende faktorer

Planter

Jordsmonn med næringssalter

Planteetende dyr

Luft med bl.a. oksygen og karbondioksid

Rovdyr

Vann med oppløste forbindelser

Sopp

Temperatur

Mikroorganismer

Vind, lys, bølger …

Lys

CO2

CO2 + H2O

C6H12O6 + O2 Andre organiske forbindelser

H 2O Mineraler

32

2 • Natur i forandring

I skog som i alle andre økosystemer er det som lever, avhengig både av andre levende faktorer og av de ikke-levende faktorene. Plantene kan ikke leve uten vann og salter fra jorda. De må ha oksygen og karbondioksid fra lufta, og temperatur og andre klimatiske forhold må holde seg innenfor visse grenser. Dyra er avhengige av de samme faktorene som plantene. Vann og oksygen må de ha direkte. Karbonforbindelser og andre stoffer de trenger, får de indirekte – fra planter og fra dyr som de spiser. Vi bruker å si at planter omdanner uorganiske forbindelser til organiske forbindelser (se kapittel 5).

Prosessen der planter tar opp vann og karbondioksid og danner oksygen og organiske forbindelser, kaller vi fotosyntese. De organiske forbindelsene er mye mer energirike enn de uorganiske. Proteiner, fett og sukkerartene er eksempler på slike organiske forbindelser.

I økosystemene vil levende og ikke-levende faktorer i naturen påvirke hverandre. I fotosyntesen omdanner plantene uorganiske forbindelser til organiske forbindelser som bl.a. er næring for dyra.

Økologiske begreper Skal du få et godt utbytte av å studere det som skjer i naturen, bør du ha kjennskap til de viktigste økologiske begrepene. Disse begrepene finner du en oversikt over i tabellen nedenfor. De hjelper oss til å forstå hva naturen består av, og hvordan de enkelte delene virker sammen med de andre delene. Slik kunnskap gir også grunnlag for å forstå hvor viktig det er å beholde det store antallet arter vi har på kloden vår.

Individ

Grunnleggende økologiske begreper Et individ …

er en enkelt organisme. Du er et individ, og gråspurven i parken er et annet individ.

En art …

består av alle individer som under naturlige forhold kan forplante seg med hverandre og få forplantningsdyktig avkom.

Alle mennesker hører til samme art.

En populasjon = en bestand…

er flere individer av samme art som lever i et område og har mulighet til å forplante seg med hverandre. Alle rotter på en søppelplass vil normalt høre til samme populasjon.

Et samfunn …

er alle populasjonene som lever i et område og kan påvirke hverandre.

Samfunnet i en skog består av alle dyr og planter, sopp, bakterier og andre organismer som lever der. Vi skiller ofte mellom dyresamfunn og plantesamfunn.

Et økosystem …

er et avgrenset område med levende og ikke-levende faktorer som påvirker hverandre. Økosystemene er normalt selvforsynt med alt unntatt energi, som må tilføres utenfra.

Biosfæren …

er alle steder på og nær jorda der det lever organismer.

Et næringsnett ...

viser oss hvem som spiser hvem i et økosystem.

En næringskjede ...

er en liten del av næringsnettet. Det består av en produsent som spises av en forbruker osv., f.eks. gras → snegl → gås → rev.

Produsenter ...

omdanner uorganiske forbindelser til organiske forbindelser, vanligvis gjennom fotosyntese. De fleste planter lever som produsenter.

Forbrukere = konsumenter ...

spiser og bruker de organiske forbindelsene plantene har produsert.

Dyr er forbrukere.

Nedbrytere ...

er bakterier og sopp og andre organismer som lever av døde organismer og avfall fra dem som de omdanner til uorganiske forbindelser.

Populasjon av en art

Samfunn

Økosystem

Biosfæren

33

Den levende planeten

Månen og jorda er bygd Månen og jorda er bygd opp opp av av mange av de av mange de samme samme stoffene.

Likevel er stoffene.

Likevel er månen månen livløs, mens livløs, mens det på jordadet finspå jorda fins millioner av formillioner av forskjellige skjellige livsformer.

I verdensrommet, kosmos, er det milliarder av galakser med stjerner og planeter.

Vi kjenner foreløpig ikke til så mange planeter utenfor vårt eget solsystem, og av de få vi vet om, er jorda fortsatt den eneste planeten som vi vet med sikkerhet har liv.

De vilkårene som må være oppfylt for at liv slik vi kjenner det, skal kunne utvikle seg, er stoffer som går i kretsløp (brukes om igjen), flytende vann og energi.

Sola er over 5 milliarder år gammel.

Den er energikilden i solsystemet vårt.

For at de levende organismene på planeten vår skal få vann i flytende form, må gjennomsnittstemperaturen ikke være langt under frysepunktet og ikke mye over kokepunktet. Bare om lag 5 % lengre eller kortere avstand til sola ville ha gitt oss 50 grader lavere eller 50 grader høyere temperatur.

I tillegg til vann og energi trenger de livsformene vi kjenner, også stoffer som

blant annet inneholder nitrogen (N) og karbon (C). For eksempel kan ammoniakk og karbondioksid under bestemte forhold bygge opp organiske forbindelser, som er helt nødvendige for organismene. Men organiske forbindelser kan heller ikke uten videre gi liv. Livet eksisterer først når vi har et molekyl som kan lage kopier av seg selv og på den måten formere seg.

I tillegg til at vi må ha vann og energi i riktige mengder og former, må alle stoffer som er viktige for livet, kunne brukes om igjen slik at tilgangen på dem ikke tar slutt. Organismene bygger opp energirike organiske molekyler, og energien som organismene trenger til dette, kommer fra sollyset. Seinere brytes forbindelsene ned igjen, og organismene bruker den frigjorte energien til å drive livsprosessene sine.

Dette er som et livshjul der stoffer går i kretsløp, drevet av energi fra sola.

2.2 Økosystemene forandrer seg

Dynamisk kommer av dynamos (gresk), som betyr kraft.

34

2 • Natur i forandring

På slutten av 1900-tallet opplevde vi mennesker stadig flere og alvorligere miljøkatastrofer, både lokalt og globalt. Elver ble forurenset, fisk døde, mennesker ble syke, og det var tydelig at balansen i naturen var i ferd med å endres.

Slike hendelser viser at vi mennesker mer enn før påvirker økosystemene og ofte på negative og skadelige måter. De viser også at når vi skader omgivelsene våre, vil det til syvende og sist gå ut over oss selv. Når naturen skades og endres, forandrer det også livet vårt. Dette skal vi se nærmere på i kapittel 11.

Samspillet i naturen er og har alltid vært et dynamisk samspill. Med det mener vi at det stadig og naturlig skjer forandringer i naturen. Samspillet mellom levende organismer og mellom de levende faktorene og de ikke-levende faktorene er så komplisert at det skal små forandringer

I naturen er det et komplisert samspill. Figuren viser et næringsnett der de levende organismene påvirker hverandre, samtidig som de blir påvirket av ikke-levende faktorer.

Små forandringer vil gjøre at mye av det andre også forandres.

°C

O2 CO2

til et sted før svært mye av det andre også forandres. Slik har det alltid vært i naturen; vær og klima er jo ikke de samme fra dag til dag og fra år til år, for å ta et eksempel. Det nye de siste tusenårene og særlig det siste hundreåret er at vi mennesker er blitt en sterkere årsak til forandring.

Naturen forandrer seg, og vi mennesker er en stadig sterkere årsak til dette.

Konkurranse

Pioner betyr nybygger.

I et økosystem er det mange faktorer som påvirker artssammensetningen. Når et område er ryddet for vegetasjon, f.eks. etter pløying, ser vi nesten alltid at de første nye plantene som kommer opp, er gras og visse blomsterplanter som løvetann og vassarve. Slike planter kommer raskt, og siden de har liten konkurranse om ressursene, vil de i løpet av kort tid dekke hele området. Først etter litt lengre tid begynner busker og trær å komme, og det meste av pionerplantene er da forsvunnet. Pionerplantene er nødvendige for de artene som kommer etter, for pionerplantene endrer sammensetningen av næringssalter i jordsmonnet. Når busker og trær seinere etablerer seg, endres konkurransen gjerne dramatisk. De skygger jo for sola slik at det kommer mindre lys ned til bakken. Dette gjør at andre arter blir utkonkurrert av trærne og forsvinner.

Blomsterplanter som tåler skygge bedre, som gauksyre, skogstjerne og linnea, vil da kunne komme inn og klare seg.

35

Når de største grantrærne skygger for og utkonkurrerer de mindre grantrærne, er det intraspesifikk konkurranse.

Når bjørk og andre lauvtrær etter hvert trenger unna geitramsen i et hogstfelt, er det et resultat av interspesifikk konkurranse.

En tilsvarende utvikling skjer også med dyr. Dyra lever av plantene, enten ved at de spiser dem direkte, eller ved at de spiser andre dyr – som igjen har spist planter. Når et plantesamfunn forandrer seg, vil det også føre til endring i dyresamfunnet der.

Vi skiller gjerne mellom intraspesifikk konkurranse, som er konkurranse mellom individer av samme art – og interspesifikk konkurranse, som er konkurranse mellom ulike arter.

De første plantene som etablerer seg i et område, kalles pionerarter. I naturen er det konkurranse om ressursene. Konkurransen kan være intraspesifikk (innenfor en art) eller interspesifikk (mellom arter). Da vil noen individer eller arter tape. Slik vil artssammensetningen i et område endre seg over tid.

Ugras Mange pionerplanter, som løvetann, engkarse, vassarve og krypsoleie, kalles gjerne for ugras. Det navnet har de fått fordi de etablerer seg der jorda er ryddet og klar til dyrking av nyttevekster som korn eller poteter, eller prydblomster i en hage. Ugrasartene kommer i åkrene og hagene

36

2 • Natur i forandring

våre fordi de er pionerplanter. Det betyr at de sprer seg lett og vokser fort opp der konkurransen er liten.

Men når de seinere må kjempe om plassen med andre arter som er tregere til å etablere seg, vil pionerene vanligvis tape konkurransen. Pionerplantene dør likevel ikke ut, for i

naturen er det nok av steder der de kan etablere seg på nytt. Eksempler på det: steder der det nylig har vært skogbrann, steder med veirydding eller spor etter steinras og steder der isbreer smelter og trekker seg tilbake.

Skogen er i ferd med å ta over grasbakken. Fra Hansvika i Nord-Trøndelag.

Vegetasjonsendring i Norge

Vi regner at steinalderen i Norge tok slutt for ca.

3800 år siden.

Svært mange steder i Norge har den tette skogen de siste årtiene tatt plassen til det åpne landskapet. Denne forandringen kan vi observere over hele landet bortsett fra helt i nord og høyt oppe i fjellet, over tregrensa.

I dalene våre og langs elver og vann finner vi en landskapstype som vi kaller dal- og slettelandskap. Dette er et eksempel på en vegetasjonstype som er i ferd med å gro igjen. På steder der det før var sletteland med gras og blomsterplanter, gjerne med et og annet tre eller en treklynge her og der, vokser det nå tett skog. Noen steder er ikke prosessen kommet så langt ennå, men som bildet ovenfor viser, eter småskogen seg inn i det åpne landskapet.

Dal- og slettelandskap finner vi mye av på Østlandet og i Trøndelag, men det fins også i andre deler av landet. Disse områdene har i tusenvis av år vært blant våre viktigste matkamre. Beiting og rydding av områder for å dyrke matplanter gjorde at landskapet holdt seg slik. Her har det siden steinalderen vært dyrket korn og grønnsaker – og seinere poteter, bær og frukt. Her har det vært rike beitemarker for sau, geit og storfe.

Dal- og slettelandskapet har vært og er fortsatt viktig når det gjelder å skaffe folket vårt mat. Men de siste årtiene har tallet på dyr i jordbruket gått ned mange steder. Årsakene til nedgangen har nok sammenheng med moderne krav til personlig økonomi og nasjonal og internasjonal politikk. Før klarte folk seg med det gårdene gav, for kravene i dagliglivet var annerledes enn de er i dag. På et norsk småbruk var det vanlig at folk kunne leve av 50 sauer og 5 kyr, selv om det gav en inntekt langt under det som er normal inntekt i vår tid. Større krav har ført til at

37

små gårdsbruk er blitt slått sammen til større. Selv om matproduksjonen totalt sett ikke er blitt mindre, vil det med færre gårder bli færre personer til å drive vedhogst og rydding og vedlikehold av gamle beiteområder. Menneskeskapte naturlandskap kaller vi kulturlandskap. Beiteområder er typiske kulturlandskap, men uten beiting kan de gro fullstendig igjen i løpet av bare 30 år.

Mange steder i Norge overtar skogen der det tidligere var åpne landskap. Menneskeskapte landskapstyper kaller vi kulturlandskap.

Forlatt gårdsbruk. I 1960 var det 250 000 gårder i Norge.

Nå er det 50 000 igjen i drift.

2.3 Suksesjon Med biomasse mener vi den totale mengden av biologisk materiale på et sted.

Organiske forbindelser

Uorganiske forbindelser

Nedbrytere

38

2 • Natur i forandring

I et økosystem har vi planter og dyr som oppstår, lever og dør, og nedbryterne bruker biomassen fra de døde organismene som sin næring. De uorganiske forbindelsene som dannes i nedbrytingsprosessene, kommer tilbake til næringskjeden i form av næringssalter for plantene.

Hele tida er det en gjensidig påvirkning mellom de forskjellige artene (de biotiske faktorene) og mellom artene og de ikke-levende (abiotiske) faktorene. Som vi har sett i et tidligere avsnitt, fører denne konkurransen til at sammensetningen av arter og også de ikkelevende faktorene forandrer seg etter som tida går. Vi skal bruke skogen som eksempel. Dersom skogen ikke er blitt forstyrret utenfra på lang tid, forandrer den seg gjerne ikke så mye fra år til år. Hvis vi derimot observerer et hogstfelt eller et område der skogbrann (f.eks. fra lynnedslag) har tatt livet av det meste av organismene, kan vi de første årene se store forandringer.

Suksesjon kaller vi det når et naturområde går gjennom forskjellige stadier der nye dyre- og plantesamfunn erstatter hverandre på vei fram mot et nytt og stabilt sluttstadium.

Når skog har brent, dannes det grunnlag for suksesjon.

Suksesjon er en gradvis endring av et samfunn fram mot et nytt stabilt sluttstadium.

Pionerfase

Smyle er en grastype.

Den er en typisk pionerplante i hogstfelt.

Den første perioden etter brannen eller hoggingen kaller vi pionerfasen.

Da etablerer det seg bestander av pionerplanter som har som typisk trekk at de sprer seg raskt, gjerne med frø som blåser med vinden eller fraktes med fugler og dyr. Mange typer lyng og gras er pionerplanter.

Bærplanter, f.eks. bringebær og blåbær, etablerer seg også tidlig i suksesjonen, men gjerne litt etter de første. Bærene er god mat for fugler som etablerer seg i området. Mange av pionerplantene har kort levetid, gjerne bare ett eller to år. Når de dør eller visner ned på grunn av vinteren, gir det økt næring til insekter, sopp og nedbrytere ellers. Etter noen år med pionerplanter og økende mengder nedbrytere, blir jorda stadig mer næringsrik. Dette gir grunnlag for andre arter, for planter og dyr som etter hvert vil utkonkurrere og overta plassen til pionerplantene. Typiske slike mer næringskrevende planter som gjerne kommer litt seinere, er brennesle og geitrams.

Busker og trær kommer enda seinere i utviklingen, og når buskene har begynt å få litt høyde, vil de utkonkurrere pionerplantene. Buskene skygger for sola, lite lys når ned til bakken, og mange blomsterplanter og gras forsvinner. Hvilke treslag som da kommer, er avhengig av hva som er i nærheten og kan spre seg til det aktuelle området. Abiotiske forhold som temperatur, høyde over havet og hvor lang sommeren er, bestemmer også hvilke treslag som kan trives og overleve.

39

Lauvtrær som bjørk, rogn, selje og lønn kommer gjerne først. Seinere kommer bartrærne, blant dem gran og furu. Noen steder sprer også innførte bartrær seg, f.eks. sitkagran, lerk og hemlokkgran. Når lave planter erstattes av høyere busker og trær, vil også dyrelivet forandre seg, og arter som storfugl, hare, hjort og elg vil kunne finne næring og beskyttelse og dermed etablere seg.

Granskog påvirker konkurransen på en spesiell måte. Når de små granene blir større, kommer det svært lite lys ned til skogbunnen, og i tillegg vil barnålene som felles, gjøre at jordsmonnet blir surere. Resultatet er at i granskogen er det få plantearter som klarer å leve i skogbunnen.

Den første perioden i en suksesjon kaller vi pionerfasen.

Klimaksfase

Mange steder i Norge er det skogen som er klimakset i suksesjonen.

Gårdsbruk

Isbre

Hogstfelt

Brannflate

Lynghei

40

2 • Natur i forandring

Hvordan et naturområde endrer seg gjennom suksesjonen, og hva som blir det endelige resultatet, avhenger av mange abiotiske faktorer. Mest betyr klimatiske forhold som vind, nedbør og temperatur.

Fra skog er hogd ned til et nytt stabilt skogssamfunn har etablert seg, går det gjerne mellom 60 og 100 år. Dette sluttstadiet kaller vi klimaksfasen, og plante- og dyrelivet der utgjør klimakssamfunnet. Hvilke treslag vi finner i klimakssamfunnet, varierer fra sted til sted. Dagens vegetasjon i Norge begynte sin utvikling for ca. 10 000 år siden da istida tok slutt. De første 7000 årene var det stort sett varmere enn i dag, og Norge hadde et klima omtrent som det Frankrike har nå. Da var store deler av kystområdene i Sør-Norge dekket med skoger av bøk og eik. Nå finner vi slik skog bare noen Hage steder, særlig på Sørlandet der sommeren er varm og vinteren mild og kort. Mesteparten av de norske skogsområdene i dag er barskog – stort sett gran på Østlandet og furu på Vestlandet og i Nord-Norge. Lengst nord i NordTjern Norge og opp mot tregrensa (så høyt oppe i fjellet at skog ikke vokser lenger) finner vi helst bjørkeskog. Når det mange steder på Vestlandet i dag vokser tett granskog, komMyr mer det av at denne skogen opprinnelig ble plantet og så har spredt seg videre. Det er ikke utenkelig at gran på lengre sikt kan utkonkurrere furu mange steder på Vestlandet.

Sluttstadiet i en suksesjonsprosess kaller vi klimaksfasen. Hvilken vegetasjonstype som utvikler seg i klimaksfasen, avhenger av mange abiotiske faktorer, bl.a. av klimaet.

På tur i klimakssamfunnet.

Månen og jorda er bygd opp av mange av de samme stoffene. Likevel er månen livløs, mens det på jorda fins millioner av forskjellige livsformer.

På pampasen i Argentina, prærien i USA og steppene i Russland er klimakssamfunnet grasslette. Det er for lite nedbør der til at det kan danne seg skog.

Suksesjon slik som beskrevet på sidene foran, i et område det allerede er etablert et plante- og dyreliv, kaller vi sekundærsuksesjon. Noen ganger, som når en isbre smelter, kommer det fram landområder der det ikke fins planter eller rester etter planter. Suksesjonsprosessen på et slikt sted kaller vi primærsuksesjon.

Suksesjon, fra pionerfase til klimaksfase, er helt naturlig, samtidig som vi mennesker kan påvirke utviklingen slik at den naturlige suksesjonen blir endret. Suksesjonen kan da gå raskere, eller den kan gå i en annen retning enn den ville ha gjort uten denne menneskelige påvirkningen. Et eksempel på dette er lyngheiene som vi finner rester av langs vestkysten i Norge og også i andre deler av Europa. Du kan lese mer om dette på Kosmos-nettsidene.

Vær og klima påvirker suksesjonen Når du går ut en dag, kan det regne, eller det kan være oppholdsvær. Det kan være varmt eller kaldt, blåse eller være nokså stille. Slike forhold omtaler vi som vær. Været er det vi observerer et bestemt sted på et bestemt tidspunkt. Hvis du flere år på rad noterer hvordan været er på akkurat samme dato, finner du snart ut at været ikke er konstant. En oktoberdag et år kan det være over 20 grader og solskinn. Neste år kan det på samme dato være minusgrader og snøstorm.

Med klima mener vi noe annet enn det vi vanligvis mener med vær. Klima er en beskrivelse av gjennomsnittsværet på et sted eller i et område over en periode på 30 år. Gjennomsnittet for perioden

1961–1990 er det vi i dag bruker til sammenlikning når det er tale om klima.

Klimaet i et område har mye å si for hvordan klimakssamfunnet skal bli.

Grunnen til at det ikke vokser skog på prærien i USA eller på steppene i Russland, er ikke at det er for kaldt, eller at det er for lite næring til skog. Skog må ha en viss mengde årlig nedbør for at den skal kunne etablere seg, og i de nevnte områdene er det ikke nok nedbør.

Mange andre steder, f.eks. i Norge, er det mye mer nedbør enn på prærien.

Der vil skogen kunne trives, og klimakssamfunnet blir da skog. Hos oss her i Norge er det lengden på sommeren som har mest å si for hvor det vokser skog.

41

Fra innsjø til myr og videre til skog I landet vårt er innsjøene gode eksempler på økosystemer som er underveis i en suksesjonsprosess. En innsjø vil etter hvert bli fylt opp av organisk materiale som lauv og kvister fra omgivelsene og av organismer i selve vannet (fisk og planter). Dette organiske materialet blir brutt ned og omdannet til mudder på bunnen. Etter som tida går, blir innsjøen fylt opp med mudder. Den blir grunnere og grunnere, og vannet blir gradvis erstattet av myr. Myrjorda er fuktig, sur og oksygenfattig, og det organiske materialet brytes svært sakte ned. Etter hvert blir myra tørrere, og busker og små trær etablerer seg. Når det vokser opp mer skog, vil forholdene i jorda endre seg slik at nedbrytingen går raskere. Mange steder i landet vårt ender myrene opp med skog som klimakssamfunn.

En slik prosess kan ha et svært varierende tidsspenn. En innsjø i lavlandet som får mye tilsig av organisk materiale, kan gro igjen i løpet av noen få hundreår. Et næringsfattig vann på høyfjellet kan etter mange tiår ha fått bare et millimetertykt lag med bunnsedimenter. Det sier seg selv at det teoretisk sett kan ta millioner av år før et slikt vann er borte.

Før

Nå

Innsjøen blir først til myr og seinere til skog.

Alle innsjøer er i en suksesjonsprosess. Klimakssamfunnet er skog dersom klimaforholdene er gode nok. En slik prosess kan ha et svært varierende tidsspenn.

42

2 • Natur i forandring

Middelhavsvegetasjon

Ved Halkidiki i Hellas ser vi resultatene av at menneskene i tidligere tider ryddet vekk de opprinnelige skogene.

Opprinnelig var det tydeligere at menneskene var en del av økosystemene. Vi var forbrukere og levde av planter som vi samlet og dyr som vi jaktet på og drepte. Det var en vekselvirkning mellom oss og de andre artene i de økologiske samfunnene vi levde i. Etter hvert som vi begynte å dyrke jorda og holde husdyr, fikk vi en mer dominerende rolle i samspillet, noe som snart førte til endringer. Dette ser vi den dag i dag resultatene av mange steder i verden, blant annet i landene rundt Middelhavet. Disse områdene var i eldre tid dekket av eviggrønne busker og skoger av pinje og eik, men allerede i forhistorisk tid ble de ryddet så de kunne brukes til blant annet korndyrking og husdyrhold. I nyere tid har det vært mye mindre beiting, men disse områdene har så lite nedbør at skogen aldri har klart å etablere seg igjen. Den gangen da det var mer skog i middelhavsområdet, holdt skogen på fuktigheten og påvirket lokalklimaet, som derfor fikk mer nedbør. I dag har disse områdene et halvørkenaktig preg, mange steder med 3–4 m høy krattskog av beiteresistente arter med torner, læraktige blad og tykk bark. Her har det altså vært en suksesjon der resultatet, klimakssamfunnet, ble halvørken. Dersom klimaforholdene, og da særlig nedbørforholdene, skulle endre seg, kan vi få ny suksesjon fram mot et nytt klimakssamfunn – dersom da ikke saue- og geiteholdet skulle øke dramatisk.

2.4 Populasjoner og bæreevne I nærheten av et småbruk ligger det et lite ferskvann med en ørretpopulasjon. Ørreten har jevnlig vært fisket på, og populasjonen har derfor holdt seg noenlunde konstant på rundt 1000 individer. Tida går, prisene på jordbruksprodukter synker, og kravene til inntjening og levestandard øker. Familien som driver småbruket, finner ut at driften ikke lenger er lønnsom nok, og bestemmer seg for å legge ned og flytte.

Dermed er det ikke noen som fisker i dette vannet lenger. Ørretpopulasjonen får utvikle seg uten påvirkning fra mennesker, og tallet på ørret øker raskt. Men når ørretpopulasjonen øker, blir det mindre mat til hver enkelt fisk, og da kan den ikke vokse like fort som før. Etter hvert vil også økningen i antallet fisk stoppe opp.

43

Da ørreten ikke lenger ble fisket på, økte populasjonen opp til bæreevnen. Samtidig gikk størrelsen på hver fisk ned.

Antall

pH

Nedb ør

Fuktighet

Nitrogen

Kalk

Sollys

Vind

Temperatur

Den korteste tønnestaven bestemmer hvor mye vann vi kan ha i tønna. I dette eksempelet er det kalkholdigheten i jorda som begrenser veksten av en viss plantesort.

I moderne jordbruk har vi økt bæreevnen for de artene som gir oss den maten vi ønsker, ved å fjerne de andre artene.

44

2 • Natur i forandring

En populasjon som har positiv vekst, kan ikke fortsette å øke i Vannets bæreevne det uendelige. Når det blir flere individer av en art, øker forbruket av ressurser. Den intraspesifikke konkurransen øker, og før eller seinere blir det mangel på noe. Hvert økosystem har en øvre grense for hvor mange indiFå store Mange små fisk fisk vider det kan ha av hver art. Dersom for eksempel en harebestand i en skog slutter å vokse, betyr det vanligvis at mangel på mat, plass og andre nødvendige ressurser gjør det vanskelig for flere harer å leve der. Vi sier da at området har nådd bæreevnen for denne arten. Hvordan dette med bæreevnen fungerer, viste den tyske kjemikeren Justus Liebig på 1800-tallet med en enkel illustrasjon som siden er blitt kalt Liebigs tønne. Se figuren i margen. Liebigs tønne viser hvordan én miljøfaktor kan begrense bæreevnen, dvs. størrelsen på en populasjon. I eksempelet med ferskvannet ovenfor kunne pH-nivået i vannet vært en begrensende faktor.

Ikke alle fiskeslag trives under en pH på 5 (altså litt surt vann).

Konkurranse om næring

En art kan øke sin egen populasjon, dvs. sin egen bæreevne, hvis den konkurrerer ut en annen art som bruker av de samme ressursene. Vi mennesker er et godt eksempel på det. Vi har fjernet mange dyr og planter fra jordbruksområdene våre, og på den måten har vi klart å produsere mer mat til oss selv og økt folketallet vårt på bekostning av andre arter.

Bæreevnen er det største antallet individer av en art et område kan holde liv i over en tidsperiode.

Bæreevnen for bjørkemålere blir kraftig redusert når de eter trærne snaue for lauv.

Bæreevnen er ikke konstant Bæreevnen i et område er ikke konstant. Den kan variere gjennom året eller fra år til år som følge av klimatiske forhold eller på grunn av konkurranse fra andre arter. Dersom en populasjon vokser svært raskt, kan bæreevnen for denne arten bli overskredet, og ressursene kan bli ødelagt eller skadet. Et eksempel: Enkelte år er det så mye bjørkemålere at de eter opp omtrent alt lauvet på bjørketrærne de lever av. Når maten blir borte, betyr det redusert bæreevne, og resultatet er at de fleste bjørkemålerne omkommer av matmangel. Etter en slik ødeleggelse av livsgrunnlaget kan det ta tid før området kommer opp på samme bæreevnenivå for bjørkemålere som før.

De fleste insekter har større populasjoner om sommeren enn om vinteren fordi temperaturen er lavere om vinteren og det er mindre tilgang på næring. Det betyr med andre ord at bæreevnen for insektene er lavere om vinteren enn om sommeren.

Bæreevnen i et område varierer fra år til år og også gjennom året.

45

2.5 Vekst i populasjoner For at en art skal kunne holde oppe størrelsen på populasjonen sin, må det leve opp ett nytt individ for hvert individ som dør. Hver kvinne må i gjennomsnitt få minst to barn som vokser opp og selv får barn, ellers blir det på sikt færre mennesker. (Menn kan som kjent ikke føde barn selv.)

I naturen vil størrelsen på populasjonene variere over tid. Antallet bladlus på en rosebusk øker utover sommeren og minker når høsten kommer, mens tallet på rein på Hardangervidda varierer mer uregelmessig. Mus er det mange av enkelte år, og så går det tre–fire år før det igjen kommer et nytt «museår». Bakterier formerer seg vanligvis ved todeling, slik at 1 blir til 2, 2 blir til 4, 4 blir til 8 osv. Bakteriemengden kan derfor bli fordoblet med faste mellomrom, f.eks. hver time, og det gir en svært rask økning i antallet.

I et avgrenset område vil fødsel og innvandring føre til økning i tallet på individer, mens død og utvandring gir nedgang. Summen av disse fire faktorene bestemmer om populasjonsveksten i en periode er positiv eller negativ.

Noen arter har nokså regelmessige variasjoner i populasjonsstørrelsen. Det kan komme av årstidene, som hos fluer og bladlus, eller det kan komme av andre forhold, f.eks. varierende næringstilgang og forholdet mellom tallet på rovdyr og tallet på byttedyr. I mange tilfeller vet vi ikke ennå hva som styrer svingningene, så det er mye ugjort for den som vil forske på naturen!

Utvandring

Populasjonsveksten kan være positiv eller negativ.

Fødsler

Død

Innvandring

Populasjonsstørrelsen er i stadig endring på grunn av fødsel og død, inn- og utvandring.

46

2 • Natur i forandring

Modeller for populasjonsvekst

Populasjonsstørrelse

Kurven til venstre viser eksponentiell vekst (J-kurve), kurven til høyre viser rettlinjet vekst.

Populasjonsstørrelse

Populasjonsvekst kan skje mer eller mindre raskt. Som nevnt formerer bakterier seg vanligvis ved todeling. Tallet på bakterier vil da fordoble seg med faste mellomrom, f.eks. hver time. Dette kalles eksponentiell vekst, som vil si at antallet øker med en viss prosent per tidsenhet. Eksponentiell vekst kan illustreres med en J-kurve (se figuren nedenfor). Bakteriebestanden i det nevnte eksempelet fordobler seg hver time, dvs. at den øker 100 % per time. En eksponentiell vekst som denne vil føre til at én bakterie blir til over 8 millioner bakterier på ett døgn. Det er ikke rart at bakteriesykdommer kan spre seg raskt, og det forteller oss hvor viktig det er med hygiene i forbindelse med for eksempel kroppsvask og matlaging. Dersom veksten øker med et visst antall individer per tidsenhet, kaller vi det rettlinjet vekst. Da skjer økningen i antall ved at f.eks. 2 blir til 4, 4 blir til 6, 6 blir til 8 osv. Denne typen vekst er ikke vanlig i naturen mer enn i korte perioder. Vi mennesker har tidligere hatt tilnærmet rettlinjet vekst. Det kommer vi tilbake til på slutten av kapittelet.

Pila som peker nedover, står for alle de faktorene som hindrer videre vekst i populasjonen. En J-kurve blir derfor til en S-kurve – også kalt sigmoidkurve.

Populasjonsstørrelse

Tid

Tid

I en populasjon vil det ofte være noen perioder med positiv vekst, dvs. at antallet individer øker, og andre perioder med negativ vekst. Vi går tilbake til eksempelet med ørretvannet på side 43. Da fiskingen tok slutt, fikk bestanden først en eksponentiell vekst. Men etter en tid, da både bestanden og matmangelen etter hvert ble større, avtok veksten. Dersom populasjonen staPlass biliserer seg på et større antall Mat Avfallsstoffer fisk enn den opprinnelig hadde, Sykdommer Rovdyr har vi fått en S-kurve, også kalt sigmoidkurve. I løpet av denne perioden har vi hatt en sigmoid Økovekst, med positiv eksponentiell systemets bæreevne vekst til å begynne med og negativ eksponentiell vekst til slutt.

Tid

47

Populasjonsvekst for forskjellige arter i løpet av en suksesjon. Geitramsen følger en såkalt hattekurve og grana en sigmoidkurve.

Hogstflate

Barskog

Smyle

Geitrams

Bringebær

Bjørk

Gran

Dersom matmangelen derimot skulle bli så alvorlig at ørretbestanden begynner å minke og står i fare for å bli utryddet, får vi en populasjonsvekstkurve som likner på en hatt. I en suksesjonsprosess, f.eks. fra hogd skog til ny skog, ser vi ofte at de forskjellige artene kommer og går i form av slike hattekurver. Figuren ovenfor viser noen hattekurver og til slutt en sigmoidkurve.

Insekter har ofte årlige sykliske populasjonssvingninger med mange individer om sommeren og få om vinteren

Noen arter har populasjoner som endrer seg mer eller mindre regelmessig. Sykliske populasjonssvingninger kaller vi det. De kan illustreres med en M-kurve. Det kanskje mest kjente eksempelet fra vårt eget land er lemen, som ca. hvert fjerde år har opptrådt i større antall enn ellers.

Dette skjer ikke samtidig alle steder i landet. Felles for lemenårene er at de fører til stor dødelighet hos arten, slik at det i årene etter nesten ikke er lemen å se i fjellet. Andre arter, f.eks. mus, rotter og hoggorm, ser også ut til å ha et syklisk populasjonssvingningsmønster, men ikke så regelmessig som det har vært hos lemen.

8

Lemen har lenge hatt sykliske populasjonssvingninger, her vist med en M-kurve. Dette kan være i ferd med å forandre seg.

Andreaksen viser fangstraten, dvs. fangst per 100 feller.

48

2 • Natur i forandring

Fangstrate

6

4

2

0 1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

Det er mange faktorer som kan føre til sykliske populasjonssvingninger hos en art.

Populasjonsstørrelse

Lemen.

Det er ikke helt avklart hva det er som har ført til lemenårene, men den store dødeligheten som reduserer bestanden drastisk, har tydelig sammenheng med plassmangel, stress, sykdommer, parasitter og rovdyr.

Vi kaller dette gjerne tetthetsavhengige faktorer – i motsetning til tetthetsuavhengige faktorer som temperatur og uvær. Én teori går ut på at plantene som dyra lever av, beskytter seg ved hjelp av antibeitestoffer som enten er delvis ufordøyelige eller er direkte giftige for lemen. Dette gjør at mange lemen dør. Når tallet på lemen går ned, produserer plantene mindre av disse giftstoffene. Da kan lemenene igjen ete plantene og få mye avkom slik at de øker i antall. Dermed setter plantene i gang en ny produksjon av giftige stoffer.

Siden 1995 har vi ikke hatt noe skikkelig lemenår. En mulig årsak til dette er klimaendringer i fjellet, der dyra lever.

Figuren nedenfor viser en modell for hvordan en populasjon av mus blir påvirket av forskjellige faktorer slik at det blir sykliske svingninger i antallet dyr. Du ser sikkert at kurvemønsteret inneholder flere forskjellige vekstmodeller, som J-kurve, S-kurve og hattekurve.

Overbefolkning Sykdom Stress Rovdyr Matmangel

Bedre plass Mer mat Færre rovdyr Bedre helse Mindre stress

Tid

Populasjonsvekst kan beskrives med ulike modeller: • Eksponentiell vekst (J-kurve): Antallet øker eller minker med en viss prosent per tidsenhet.

• Rettlinjet vekst: Antallet øker eller minker med et visst antall individer per tidsenhet.

• Sigmoid vekst (S-kurve): Veksten øker først eksponentielt, så flater den ut og stabiliserer seg nær artens bæreevne.

• Sykliske populasjonssvingninger: Antallet varierer noenlunde regelmessig og illustreres med en M-kurve.

49

2.6 Menneskenes populasjonsvekst

7 6 5

7 6

Norge Verden

5

4

4

3

3

2

2

1

1

0 1750

År

Verdens populasjonsvekst i milliarder

Den norske befolkningsveksten har vært annerledes enn veksten for hele verden. Hva kan være årsaker til det?

I middelalderen og helt til langt utpå 1800-tallet var Norge et av Europas fattigste land med en befolkningsvekst som var tilnærmet rettlinjet fram til midt på 1900-tallet. Denne store befolkningsveksten sammen med sviktende avlinger i jordbruket var blant årsakene til at mange mennesker i denne perioden valgte å dra utenlands. Få områder i verden har hatt så stor utvandring som Norge. I 100-årsperioden fra 1825 til 1925 emigrerte ca. 900 000 personer. De fleste av dem slo seg ned i USA og kom aldri tilbake til hjemlandet. I dag regner over 6 millioner mennesker i USA seg som etterkommere etter norske immigranter.

Dette er mange flere mennesker enn det som bor her i Norge i dag.

Fortsatt stiger folketallet i Norge, men dette kommer bare i liten grad av fødselsoverskudd. Mesteparten av tilveksten de siste årene skyldes innvandring, da særlig fra andre land i Nord-Europa. Likevel regner forskerne med at folketallet i Norge om ikke lenge kommer til å ligge på omtrent det samme fra år til år.

Norges populasjonsvekst i millioner

Emigrere betyr å utvandre.

Immigrere betyr å innvandre.

0 2008

Befolkningseksplosjonen

Du kan lære mer om befolkningsvekst i geografifaget.

50

2 • Natur i forandring

Du kjenner sikkert til ordet befolkningseksplosjon (folketallseksplosjon).

Antallet mennesker i verden øker, og økningen har siden 1980 ligget på 80–90 millioner mennesker per år. Befolkningseksplosjonen regnes som et av de største problemene vi mennesker har i verden.

I tidligere tider økte folketallet sakte, fordi jordbruket ble drevet på en slik måte at det ikke var mulig å dyrke nok mat til mer enn et visst antall mennesker. Ble det født flere, døde de av sult eller sykdommer.

Rundt år 1830 gikk befolkningsveksten over fra å være omtrent rettlinjet til å bli eksponentiell, og siden den gang har folketallet «eksplodert».

12

Milliarder mennesker

11

12 11

11

10 10

10

9

9 i ca. år 2042

8

8 i ca. år 2024

7

7 i ca. år 2011

6

6 i år 1999

5

5 i år 1987

4

4 i år 1974

3

3 i ca. år 1960

2

2 i ca. år 1930

Svartedauden

1

1 i ca. år 1800

8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 År f.Kr.

Både jordbruksrevolusjonen for 8000 år siden og industrirevolusjonen på 1800-tallet førte til økt vekst i folketallet. Hva som vil skje framover, vet vi mindre om.

0

1000 2000 År e.Kr.

Framtida

0

Det er det uttrykket befolkningseksplosjon kommer av. Befolkningseksplosjonen begynte i Europa. Årsaken var industrirevolusjonen, der effektive maskiner erstattet menneskenes arbeidskraft.

Rundt år 1800 var det en tilvekst i folketallet i verden på 0,5 % årlig.

I 1960-årene var tilveksttallet kommet opp i over 2 %. Nå er tilveksten på 1,2 %, og dette tallet minker stadig.

Det er i dag store forskjeller rundt om i verden. I fattige områder i Afrika og Asia øker folketallet fortsatt mye. I de fleste industriland har veksten nesten stoppet helt opp eller er begynt å gå tilbake. Mange land i Europa har i dag negativ folketallsvekst. Det vil si at innbyggertallet i disse landene er på vei nedover. Det gjelder blant annet de fleste søreuropeiske landene, som Italia, Spania og Frankrike. Resultatet når tilveksten går ned, er at eldre mennesker blir en stadig større del av befolkningen. Det kan bli et stort problem siden det da blir færre unge og arbeidsføre mennesker til å produsere det samfunnet trenger, og til å ta seg av de eldre.

En av hovedårsakene til befolkningseksplosjonen i de fattige landene er den teknologiske utviklingen. Nye metoder for dyrking av mat, nye medisiner og mer og bedre kunnskap om hygiene (reinslighet) har også ført til at barnedødeligheten har minket og livslengden økt.

Et problem i u-land med høye fødselstall er at aldersfordelingen i folket er motsatt av aldersfordelingen i de industrialiserte landene.

Over halvparten av befolkningen i noen land er under 16 år, og da sier det seg selv at tilveksten ikke vil stoppe med det første. De unge blir voksne og stifter familie, og folketallet fortsetter å øke.

51

Slumområde i Cape Town, SørAfrika. Søppel og kloakk gjør at faren for forskjellige sykdommer er stor.

Antall barn (i gjennomsnitt) per kvinne i noen land i 2008.

Land

Antall barn

Mali

7,34

Afghanistan

6,58

Pakistan

3,73

India

2,76

Verden

2,61

Vietnam

1,86

Norge

1,78

Danmark

1,74

Sverige

1,67

Russland

1,40

Italia

1,30

Japan

1,22

Hvorfor får kvinner i u-land i dag så mange barn? Blant årsakene er mangel på kunnskap og dårlig tilgang på prevensjon. I en del områder er det kulturelle eller religiøse påbud som hindrer barnebegrensning.

Fattige land har ofte dårlig trygdesystem for eldre mennesker eller kanskje ingen ordninger i det hele tatt. Da vil det å ha mange barn og barnebarn være en trygghet for at de eldre blir tatt vare på når de ikke klarer det selv.

Stor tilvekst gjør at mange mennesker får problemer med å skaffe seg det de trenger mest, som mat, vann og bosted. Et annet problem er at en stor befolkning gir større miljøproblemer, blant dem avskoging og forurensning av leveområder og drikkevann. Det gir en negativ spiral, der stadig flere mennesker krever mer ressurser – med fattigdom, sykdom og nød som resultat.

Tiltak som hjelp til å skaffe reint vann, nye teknikker for matproduksjon, mer rettferdig handel og bedre transport vil være til god hjelp.

Enda bedre er det kanskje å sørge for utdanning for de unge, og da særlig for kvinnene. Utdanning for unge kvinner i u-land viser seg å være et svært godt tiltak for å senke antallet fødsler og dermed gi bedre levevilkår for dem som blir født.

Befolkningseksplosjonen begynte i Europa med industrirevolusjonen rundt 1830. I dag øker folketallet i verden med 1,2 % per år, men det er store forskjeller i befolkningsutviklingen i de forskjellige landene.

52

2 • Natur i forandring

Sammendrag og nøkkelbegreper •

I økologi lærer vi om samspillet mellom de levende og ikke-levende faktorene (miljøet) i økosystemene.

•

Bæreevnen til et område er det største antallet individer av en bestemt art som området kan holde liv i over en viss tid.

•

Alle økosystemer utgjør til sammen biosfæren. Biosfæren er der på kloden som det fins liv.

•

Populasjonsvekst viser hvordan populasjoner øker eller minker, avhengig av fødsel, død, innvandring og utvandring.

•

Plantene omdanner uorganiske forbindelser til organiske forbindelser som bl.a. er næring for dyra.

•

•

Pionerplanter kaller vi de første plantene som etablerer seg i et område.

•

Mange steder i Norge overtar skogen der det tidligere var åpne landskap.

•

I naturen er det en konstant konkurranse om ressursene. Konkurranse innenfor samme art kalles intraspesifikk konkurranse. Konkurranse mellom ulike arter kalles interspesifikk konkurranse.

Populasjonsveksten kan beskrives ved hjelp av forskjellige modeller og kan være positiv eller negativ: – eksponentiell vekst – antallet øker med en viss prosent per tid (J-kurve) – rettlinjet vekst – økningen i antall er konstant – sigmoid vekst – antallet øker først eksponentielt, så avtar det og stabiliserer seg så på et annet nivå enn det opprinnelige (S-kurve) – syklisk vekst – antallet varierer noenlunde regelmessig (M-kurve)

•

Naturen forandrer seg stadig, og den siste tida er vi mennesker blitt en sterkere årsak til dette.

Befolkningseksplosjon (folketallseksplosjon) er et ord vi bruker om menneskenes populasjonsvekst.

•

Menneskenes populasjonsvekst økte eksponentielt fra ca. år 1830 på grunn av industriell produksjon av varer og bedre jordbruksmetoder og seinere også på grunn av kunnskap om hygiene og vaksiner.

•

•

Suksesjon er at samfunnet i et landskap gradvis blir endret. Suksesjonsprosessen begynner med pionerfasen og avsluttes med klimaksfasen.

53

Oppgaver 2.1

Økologi

2.1.1

Hva er den mest synlige endringen i det norske landskapet de siste ca.

100 årene?

Forklar ordene økologi, økosystem og biosfære.

Nevn noen økosystemer som fins i området der du bor.

Hvordan kan vi mennesker påvirke et økosystem?

Hva beskriver figuren nedenfor?

2.1.2

• 2.1.3 • 2.1.4 • 2.1.5

2.1.6

2.1.7

• 2.1.8 2.1.9

54

Hva mener vi med levende og ikkelevende faktorer? Nevn noen slike faktorer. a) Hva mener vi med organiske forbindelser, og hvor finner vi slike forbindelser i naturen? b) Hvor får planter organiske forbindelser fra?

Hva vil det si at dyr får næringsstoffer indirekte, og at planter får dem direkte?

Hva kaller vi den prosessen der planter omdanner uorganiske stoffer til organiske stoffer?

2 • Natur i forandring

• 2.1.10

På en kartong med lettmelk står det at 100 g lettmelk gir en energimengde på 190 kJ. Hvor kommer denne energien opprinnelig fra?

2.1.11 a) Forklar ordene art, populasjon og samfunn. b) Gi eksempler på produsenter, forbrukere og nedbrytere. c) Hva er forskjellen på et samfunn og et økosystem? d) Hva er forskjellen på et næringsnett og en næringskjede?

• 2.1.12 Se på figuren nedenfor. Hver mange næringskjeder kan du lage med utgangspunkt i dette bildet?

Skriv opp disse kjedene. Skriv en liten tekst der du forklarer hva som skjer i dette økosystemet.

2.1.13 Hvilke oppgaver har nedbryterne?

• 2.1.14 Hvordan ville det ha sett ut der du bor hvis det ikke hadde eksistert nedbrytere?

2.2

Økosystemene forandrer seg

2.3

2.2.1

Hva vil det si at samspillet i naturen er dynamisk?

Nevn et eksempel på at en liten forandring i naturen kan føre til store konsekvenser. a) Hva mener vi med pionerarter?

Nevn noen slike arter. b) Hvorfor er pionerplantene viktige for et område?

Hva er forskjellen på intraspesifikk og interspesifikk konkurranse?

Også vi mennesker deltar i konkurransen i økosystemene. Hvordan og hvorfor gjør vi det? a) Hva er det som gjør at dal- og slettelandskapet i Norge er i ferd med å gro igjen med skog? b) Foreslå hva vi kan bruke all denne oppvoksende skogen til.

Hvorfor er det mindre husdyrhold nå enn tidligere? a) Nevn områder som du vet er i ferd med å gro igjen. b) Hvorfor gror akkurat disse områdene igjen? c) Hva kunne ha vært gjort for å holde disse områdene åpne? d) Diskuter med noen andre og skriv ned fordeler og ulemper med at landskapet gror igjen.

2.3.1

• 2.2.2 2.2.3

2.2.4

• 2.2.5 • 2.2.6

2.2.7

• 2.2.8

Før

Suksesjon

Forklar med eksempler hva vi mener med biomasse.

2.3.2 Hvordan kommer uorganiske stoffer fra nedbryting av døde planter og dyr tilbake til næringskjedene?

2.3.3 Hva mener vi med pionerfase?

2.3.4 Forklar ordene suksesjon og klimakssamfunn.

• 2.3.5 Beskriv med dine egne ord, muntlig eller skriftlig, hva som skjer fra en skog blir fjernet, f.eks. ved en skogbrann, til den er vokst opp igjen.

• 2.3.6 Gi to ulike eksempler på klimakssamfunn. Hvorfor er de blitt ulike?

2.3.7 Hva er forskjellen på primær og sekundær suksesjon?

2.3.8 Nevn hendelser som kan sette i gang en ny suksesjon.

• 2.3.9 Beskriv suksesjon fra en pløyd åker fram til tett barskog.

• 2.3.10 I mange deler av verden er det grassletter. Er ikke disse områdene ferdige med sin suksesjon?

2.3.11 Bruk figuren nedenfor til å beskrive suksesjon fra innsjø til skog.

Nå

55

Oppgaver 2.4

Populasjoner og bæreevne

2.5

Vekst i populasjoner

2.4.1

a) Forklar hva bæreevne er, og hvordan det er mulig å bestemme bæreevnen til et område. b) Hva vil det si at bæreevnen i et område er nådd?

Hva kan vi lære av Liebigs tønne?

Nevn eksempler på hvordan vi mennesker øker bæreevnen for vår egen art. a) Nevn faktorer som påvirker bæreevnen. b) Nevn faktorer som gjør at bæreevnen for samme art ikke er konstant.

Forklar hva figuren nedenfor viser.

2.5.1

Hvilke fire forhold bestemmer hvor stor en populasjon er?

Nevn forhold som kan påvirke fødselstallene og dødstallene for en art i et område.

Nevn forhold som kan føre til at en populasjon får utvandring.

Nevn populasjoner som kan øke svært raskt. Hva tror du er hovedgrunnene til at disse populasjonene vokser så fort?

Nevn arter som øker om våren og sommeren og minker om høsten og vinteren. Forklar mulige årsaker til disse svingningene i populasjonene.

Hva er forskjellen på positiv og negativ populasjonsvekst?

Tegn grafer for rettlinjet og eksponentiell vekst. Hva kaller vi grafen for eksponentiell vekst? a) Hva kan føre til at en J-kurve blir til en S-kurve? b) Hva kaller vi den typen vekst som Skurven viser? c) Hva mener vi med hattekurver, også kalt M-kurver? d) Hva kan være årsaken til at enkelte populasjoner har sykliske populasjonssvingninger?

Forklar hva figuren nedenfor viser.

2.4.2 2.4.3 2.4.4

2.4.5

Konkurranse om næring Vannets bæreevne

• 2.5.2 • 2.5.3 2.5.4

• 2.5.5

2.5.6

Antall

2.5.7

• 2.5.8 Få store fisk

• 2.4.6 • 2.4.7 • 2.4.8

56

Mange små fisk

Gi eksempler på at vi mennesker påvirker bæreevnen til andre arter.

Hva kan være årsaker til at en fiskebestand består av mange, men små fisker?

Rundt 1980 dukket det opp en ribbemanet i Svartehavet. I løpet av kort tid formerte den seg til uhyggelige mengder, og mye av fisken i dette havet ble utryddet. Seint i 1990-årene ble det registrert enda en ny art ribbemanet, og etter få år var antallet av den første arten gått kraftig tilbake. Forklar hvorfor. Gi også mulige forklaringer på hvorfor den nye ribbemaneten ikke har fått så stor populasjon som den første.

2 • Natur i forandring

2.5.9

Hogstflate

Smyle

Barskog

Geitrams

Bringebær

Bjørk

Gran

• 2.5.10

En eksponentiell vekst i en populasjon kan ikke fortsette. Hva tror du på sikt vil skje i en populasjon med eksponentiell vekst? Tegn tid/antall-kurve.

• 2.5.11 Se på grafene nedenfor. Diskuter årsaker og vurder også hvordan bestandene kan utvikle seg videre. a) Grafen viser estimert (anslått) elgbestand for Vefsn, Norge: 1966–1993.

1600

2.6

Menneskenes populasjonsvekst

2.6.1

Hvorfor flyttet mange mennesker fra Norge på 1800-tallet og tidlig på 1900-tallet?

Beskriv og gi årsaker til menneskenes populasjonsvekst de siste ca. 200 årene.

Hvorfor er det i dag stor befolkningsvekst i mange fattige land? a) Hvilke problemer fører det til for et land at det har stor befolkningsvekst? b) Nevn tiltak som kan være positive med tanke på å få befolkningstilveksten ned i u-land.

I noen land er det negativ vekst i folketallet. Hvilke konsekvenser kan det få for slike land?

Finn noen land som har negativ vekst i folketallet (folketallet minker).

Nevn fordeler og ulemper med dette.

I Norge blir det stadig flere eldre og færre unge. Hvorfor er dette et problem?

Hvis du var politiker, hvordan ville du ha arbeidet for å unngå uheldige virkninger av at alderssammensetningen kan komme til å forandre seg?

Finn ut hva en befolkningspyramide er.

Hva kan den fortelle oss? Finn nok informasjon til at du kan lage en befolkningspyramide for Norge og for et fattig land i Afrika. Forklar forskjellene.

2.6.2 2.6.3 2.6.4

Estimert elgbestand

1400

Antall

1200 1000

2.6.5

800 600

Antall dyr felt under jakt

400 200

• 2.6.6

1966 1969 1972 1975 1978 1981 1984 1987 1990 1993 År

b) Grafen viser estimert reinbestand på Brøggerhalvøya, Svalbard 1978–1998.

• 2.6.7 • 2.6.8

(Data fra NTNU 2002) 400 Estimert reinbestand Antall

300

• 2.6.9

200 100

1977

1981

1985

1989 År

1990

1997

57

Øvelser Ø 2.1 Bruk av mikroskopet

UTSTYR

har objektiver med slik forstørrelse som i tabellen nedenfor, kan du få disse forstørrelsene. (Når vi skriver 100X, betyr X-en at det er så stor forstørrelse som tallet viser.)

Lysmikroskop Millimeterpapir Ferdigpreparater Eventuelt millimeterpapir

Okularstørrelse 10

Teori og hensikt Lysmikroskopet har fått navnet sitt fordi det gjennomlyser det vi ønsker å se i forstørrelse.

Derfor må de gjenstandene vi vil studere (objektene), være svært små, eller de må være skåret i så tynne skiver at lyset kan trenge gjennom dem.

Mikroskopet er et av de viktigste redskapene vi har i biologien. Med det kan vi studere objekter eller deler av objekter som er for små til at vi kan se dem godt nok med bare øynene.

Figuren viser de forskjellige delene på mikroskopet og hva de heter.

Okular

Grovstiller

Finstiller Objektiver Objektbord Lysblender Lampe

A. Utregning av forstørrelse Total forstørrelse er okularforstørrelsen ganger objektivforstørrelsen. Både på okularet og objektivet står det hvor mye de forstørrer. Dersom du

58

2 • Natur i forandring

10 10

Ganget med

· · ·

Objektivstørrelse

= Total forstørrelse

4

40X

10

100X

40

400X

Det er viktig å vite hvor stort et objekt er i virkeligheten. Dersom mikroskopet ikke har innebygd målestokk, kan du finne ut hvor stort objektet er, ved å bruke en bit av et millimeterpapir. Da finner du diameteren i synsfeltet og kan regne ut objektenes størrelse ut fra det.

B. Bruk av mikroskopet Når du skal se på et objekt, må du enten ha et ferdigpreparat eller lage ditt eget preparat. Hvis du skal lage preparat selv, vil læreren vise deg hvordan det skal gjøres. Legg preparatet på objektbordet med det du skal se på (objektet), midt over hullet der lyset kommer opp.

Begynn alltid med minste forstørrelse (minste objektiv). Skarpstill deretter med grovstilleren. Sentrer objektet (sørg for at det du skal se på, er midt i synsfeltet) før du eventuelt skifter over til neste forstørrelse og stiller igjen med grovstiller og finstiller. NB! Ikke bruk grovstilleren på største forstørrelse. Da risikerer du å ødelegge preparatet eller i verste fall objektivet!

C. Praktisk bruk Læreren deler ut ferdigpreparater. Velg hva du vil se på. Tegn det og beskriv det.

Få med: navnet på gjenstanden, forstørrelsen du har brukt, og størrelsen på objektet.

Konklusjon Lag en konklusjon som gjelder hele forsøket.

Ø 2.2 Vannkapasiteten til jord

UTSTYR

Jordprøver fra forskjellige steder Varmeskap Glass

Trakt Filtrerpapir Vekt Blomsterbok

Teori og hensikt Den evnen jorda har til å samle opp og holde på vann, er med og avgjør hvilke planter som trives i et område. Plantene tar opp vann med oppløste næringssalter. Røttene til de fleste plantene er dessuten avhengige av å kunne ta opp O2 og CO2 direkte fra luft. Derfor er det mange typer planter som ikke kan vokse der jorda er for fuktig.

I dette forsøket skal vi måle vannkapasiteten.

Den er et mål for jordas evne til å holde på vann.

Jordas vannkapasitet = vannmettet jord – tørr jord

Framgangsmåte/oppgaver • Velg ut ett eller flere prøvesteder.

• Lag en liste over de plantene som vokser på hvert av prøvestedene. Beskriv vegetasjonen, dvs. sammensetningen av arter, størrelsen på plantene og hvor tett de står.

• Undersøk ubehandlet jord med lupe.

Beskriv partikler, farge og lukt.

• Lag en foreløpig konklusjon.

• Vei opp ca. 100 g av jordprøven og la den deretter tørke skikkelig. Det enkleste er å ha jorda i et begerglass og la det stå i varmeskap ved ca. 100 °C i minst ett døgn.

• Vei på nytt.

• Lag vannmettet jord ved at du heller på så rikelig med vann at jorda trekker til seg så mye vann som mulig. La overskuddsvann renne av. Pass på at jorda ikke renner vekk sammen med vannet. (Har du forslag til hvordan du kan unngå det?)

• Vei på nytt.

Konklusjon Hva lærte du av dette forsøket?

Se om du kan finne en sammenheng mellom vannkapasitet og vegetasjon. Var det noen sammenheng?

Ø 2.3 Infeksjon

UTSTYR

Et ark millimeterpapir

Teori Bakterier fins overalt. De fleste er ufarlige for oss, men noen få kan føre til sykdom – eller i verste fall ta livet av oss. En infeksjonssykdom er en sykdom som kommer av mikroorganismer som for eksempel bakterier. Heldigvis vet vi såpass mye om infeksjonssykdommer i dag at vi er i stand til å beskytte oss ganske godt mot slike sykdommer. Men dersom vi blir smittet, kan bakteriene formere seg raskt i oss. De formerer seg ved celledeling, slik at 1 blir til 2 – som blir til 4, 8, 16 osv.

Hensikt I dette forsøket skal vi simulere en bakterieinfeksjon. Det vil si at vi ved hjelp av et papirstudium skal undersøke hvor fort bakteriene kan formere seg. Når forholdene er gunstige med passe temperatur, næring, fuktighet osv.,

59

Øvelser regner vi her med at bakteriene deler seg om lag hver halve time. I praksis betyr det at etter for eksempel 2 timer er én bakterie blitt til (1–2–4– 8–16) = 16 bakterier.

Framgangsmåte Lag et koordinatsystem som vist nedenfor.

Begynn med én bakterie og merk av hvordan populasjonen vokser etter som timene går. La tidsskalaen gå til 24 timer. Tenk over hvordan du må lage den vertikale aksen (y-aksen).

Ø 2.4 Næringskjeden Hvis skolen har utstoppede dyr, kan dere stille opp en enkel næringskjede der disse dyra er med. Eksempel: blomsterpotte med gras, deretter mus og så til slutt rev.

Oppgave: Beskriv hva som skjer i denne næringskjeden.

Ø 2.5 Bakterievekst Lag til eller kjøp en petriskål med agar. Ta på skåla med skitne fingrer. Følg med i veksten av bakteriekolonier fra dag til dag. Konklusjon?

Antall bakterier 50 000 40 000

Ø 2.6 Vekst av andemat

30 000 20 000 10 000 1

2

3

4 5 Timer

6

7

8

Oppgaver • Hvor mange bakterier er det etter 10 timer?

Etter 20 timer? Etter 24 timer?

• Og om du har lyst: Hvor mange bakterier er det etter en uke?

• Kommer veksten til å fortsette i det uendelige? Grunngi svaret.

• Hvilke smittemåter kjenner du til?

• Hvor i kroppen tror du smitte skjer?

• Hvordan kan vi forhindre infeksjonssykdommer?

Konklusjon og feilkilder?

60

2 • Natur i forandring

Andemat er en liten flyteplante som lever i relativt stillestående dammer og bekker. Hent inn noen individer av planten. Lag til et akvarium og følg med på hvordan det blir flere og flere individer. Bruk vanlig blomstergjødsel som næring i vannet.

Ø 2.7 Vær og klima Vis værmeldingene for det stedet der du bor, for en periode på ca. en uke. De fleste aviser har slike meldinger som du kan klippe ut.

Diskuter om dette er normalværet (dvs. klimaet) for stedet. Hvordan tror du at ditt hjemsted avviker fra andre steder i landet?

I Europa?