WetenschapZee-onderzoek

Zuurstofgebrek: Op welk moment gaat een zee stikken?

Beeld REUTERS

Lang gaat het goed, en ineens is het mis. Kantelpunten. Ze doen zich op allerlei plekken voor. Ook in zee, waar zuurstofgebrek kan toeslaan. Onderzoekers in Wageningen en op Texel zie mogelijkheden die kantelpunten te voorspellen. 

 Ja, het stinkt!” Zeeonderzoeker Rick Hennekam van het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee op Texel kan uit eigen ervaring beamen dat het nemen van monsters uit een zuurstofloze zeebodem geen pretje is. “De Oostzee is een beruchte plek waar nu al tientallen jaren grote delen van het water zuurstofloos zijn. Dat betekent dat er geen grotere diersoorten, zoals vissen, kunnen leven, dat er dus ook geen visserij mogelijk is. En dat de bodemmonsters die je daar naar boven haalt soms echt naar rotte eieren stinken.”

De Oostzee is zuurstofloos geworden door de jarenlange toestroom van rivierwater met veel te veel voedingsstoffen: menselijk afvalwater en meststoffen. Daardoor konden blauwalgen en wieren weelderig groeien, vertelt Hennekam. “Het probleem ontstaat wanneer al dat materiaal vervolgens onder invloed van zuurstof gaat rotten. Op de bodem, waar al dat rottende materiaal ligt, wordt alle zuurstof dan opgebruikt. Als er vervolgens bovenop het zeewater een lichtere laag water drijft, een laag warm water of zoet rivierwater, dan is de uitwisseling tussen zuurstofrijker water in de bovenste delen van de zee en zuurstofarm water rond de bodem heel moeilijk. Dan kan er een dode zone zonder zuurstof ontstaan.”

Behalve de Oostzee kent ook de Zwarte Zee enorme dode zones. Niet toevallig zijn beide zeeën relatief afgesloten, met maar één kleine doorgang naar vers en zuurstofrijk oceaanwater. “Er zijn nog veel meer relatief afgesloten zeeën die het risico lopen hun kostbare zuurstof snel kwijt te raken”, waarschuwt Hennekam, “zoals delen van de Golf van Mexico en de Japanse Zee.”

Zuurstofgebrek in de OostzeeBeeld Thijs van Dalen

Oud bodemmateriaal

Ook de Middellandse Zee heeft in het verleden lange periodes gekend van zuurstofloosheid, weet Hennekam. “Mijn vakgebied heet paleo-oceanografie. Dat betekent dat ik naar de historie van het klimaat en van zeeën en oceanen kijk door oud bodemmateriaal te bestuderen. Als je ten oosten van Sicilië in de bodem van de Middellandse Zee gaat boren, vind je lagen van zesduizend tot tienduizend jaar oud, die zijn afgezet in tijden waarin een flink deel van het water zuurstofloos was.”

“Dat had toen uiteraard niet met de toestroom van menselijk afvalwater en meststoffen te maken, zoals nu in de Oostzee. Maar tienduizend jaar terug was de Sahara en de rest van Noord-Afrika veel natter. De Nijl voerde dan ook veel meer en voedselrijker water naar de Middellandse Zee dan nu. Gedurende duizenden jaren trad daar eenzelfde mechanisme op, zoals we nu door onze eigen meststoffen zien in de Oostzee.”

“Tienduizend jaar terug was er zo’n moment dat de situatie vrij plotseling omklapte van een stabiel, zuurstofrijk milieu naar een zuurstofarme zee. Het duurde vervolgens vierduizend jaar voordat die situatie weer spontaan kon omkeren.”

De theorie achter zo’n omslag van de ene in de andere stabiele situatie leverde de Wageningse hoogleraar aquatische ecologie Marten Scheffer in 2009 de hoogste Nederlandse wetenschappelijke onderscheiding op, een Spinozapremie. Scheffer beschreef hoe heel verschillende systemen, van economie en gezondheidszorg tot ecologie, stabiele situaties kennen die schijnbaar van de ene op de andere dag kunnen omklappen in een totaal andere, maar minstens zo stabiele situatie. Banken kunnen ineens in een kredietcrisis belanden, gezonde mensen kunnen in een langdurige periode van migraine vervallen, en kraakheldere sloten kunnen ineens overwoekerd raken met kroos.

Een balletje in een kommetje

“Die omslagen lijken misschien van het ene op het andere moment te gebeuren, maar er zitten wel degelijk signalen in de systemen dat er een omslag aan zit te komen”, vertelt de Wageningse milieukundige Bregje van der Bolt, die bij Scheffer is gepromoveerd. Samen met Hennekam en collega’s publiceerde zij deze maand in vakblad Geophysical Research Letters een artikel dat laat zien hoe omslagen van zuurstofrijk naar zuurstofarm water in de Middellandse Zee zich in het verleden aankondigden.

De krachtige metafoor die Scheffer destijds voor zijn omslagpunten gebruikte, is een balletje dat in een kommetje op een berghelling ligt. Het balletje kan heen en weer wiebelen, maar keert altijd weer terug naar de bodem van het kommetje. Pas als het kommetje door de omstandigheden minder diep wordt, gaat het balletje steeds grotere en steeds tragere uitslagen maken. Totdat hij een keer over de rand wipt en tot stilstand komt in een kommetje dat wat lager op de helling staat. Een nieuwe stabiele situatie, tot ook daar het schommelen tot over de rand gaat, of door bijzondere krachten het balletje terug naar boven springt – want ook dat is mogelijk met kantelpunten. 

“Die schommelbewegingen hebben we in de zuurstofgehalten in boorkernen uit de Middellandse Zee kunnen terugzien”, vertelt Van der Bolt. “In de laatste 250.000 jaar zijn er minimaal acht omslagen in de zuurstofgehalten geweest, die zich bijna allemaal keurig aandienden door de steeds tragere en grotere schommelingen in de zuurstofgehalten.”

Het omslagmoment voorspellen

Om die statistische relatie tussen schommeling en kantelpunt te kunnen aantonen, was het cruciaal dat de onderzoekers met een voldoende scherpe bril naar de bodemmonsters konden kijken. Rick Hennekam: “Waar we in het verleden metingen deden in monsters met happen van duizenden jaren groot, kunnen we tegenwoordig letterlijk van millimeter tot millimeter de gehalten van jaren tot decennia meten”, vertelt Hennekam. “De resolutie van onze metingen is nu hoog genoeg om deze voorspellingen achteraf te kunnen doen.”

Als de omslagen in het verleden zich zichtbaar aandienden, zou het ook mogelijk moeten zijn toekomstige omslagen naar zuurstofloze zeeën te voorspellen. Hennekam: “Door het opwarmen van het zeewater loop je meer kans op een warme bovenlaag in het water, die uitwisseling van zuurstof moeilijker maakt. De risico’s worden dus inderdaad groter. Maar om echt te kunnen voorspellen moeten we veel  systematischer gaan meten. Pas dan kun je echt waarnemen of een gebied nabij een omslagpunt naar zuurstofloosheid is. Pas dan kun je ook werken aan het voorkómen van een omslag, bijvoorbeeld door de toestroom van voedingsstoffen drastisch te beperken. Nu hebben we nog niet veel vaste punten waar systematisch zuurstof wordt gemeten. De kans is dus nog steeds vrij groot dat we worden verrast door nieuwe stukken dode zee in bijvoorbeeld de Golf van Mexico of de Middellandse Zee.”

Lees ook:

De mens moet massaal gaan verhuizen voor een leefbaar klimaat

Leven gaat de mens het best af in gebieden met een jaargemiddelde temperatuur rond de 13 graden. Wil hij dat blijven doen, dan moet een flink deel van de wereldbevolking verkassen.

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden