De kritische grens

Geleidelijk en ongemerkt holt de mens ecosystemen uit. Is de rek er eenmaal uit, dan kan een kleine verstoring het evenwicht al doen omslaan. En dat blijkt moeilijk omkeerbaar.

Zo'n 25 jaar geleden stonden de Caraïbische koraalriffen nog bekend om hun ongelooflijke rijkdom aan vissen, zeeanemonen en andere kleurrijke zeebewoners. Nu zijn ze overwoekerd door grote, vlezige slierten van bruine zeewieren. De biodiversiteit is verdwenen, vissers en snorkelaars hebben er weinig meer te zoeken.

Wat ging er mis? Om te beginnen werd het zeewater in het Caraïbisch gebied geleidelijk voedselrijker door veranderingen in het landgebruik op de omringende eilanden. Daardoor gingen de zeewieren steeds harder groeien. Zolang ze regelmatig worden bijgesnoeid door plantenetende vissen maakt dat niet uit. Oorspronkelijk leefden er tal van vissen rond het rif, maar door de intensieve visserij verdwenen eerst de grootste vissen en vervolgens ook de kleinere, plantenetende vissoorten. Hun rol in het ecosysteem werd overgenomen door de Antilliaanse zee-egel Diadema antilliarum, die eveneens zeewier eet. Op den duur graasden er alleen nog maar zee-egels op het zeewier en daar kwamen er steeds meer van. Bij een grote orkaan in 1981 werden flinke brokken van het koraalrif weggeslagen. Het groeide geleidelijk weer aan, maar daarna brak er een mysterieuze ziekte uit onder de zee-egels, die massaal stierven. De koraalriffen raakten overwoekerd door grote, bruine zeewieren, waartussen zich geen jonge koraallarven meer op het rif konden vestigen.

``De huidige toestand is heel moeilijk te doorbreken'', zegt aquatisch ecoloog prof.dr. Marten Scheffer van de Wageningen Universiteit. ``Er is een woud van taaie zeewieren ontstaan die zelfs voor de zee-egels niet meer eetbaar zijn. Jarenlang werd dat rif stelselmatig overbemest en overbevist. Ogenschijnlijk veranderde daardoor niets, totdat ineens klabam! het systeem instort. De vissers wijten de problemen nu aan die plaag onder de zee-egels. Maar de èchte oorzaak is het verlies van veerkracht van dit ecosysteem.''

Troebel

Scheffer en collega's uit Australië, de VS en Zweden beschrijven de Caraïbische koraalriffen in een artikel in Nature (11 okt.) als voorbeeld van een ecosysteem dat plotseling instort. En daar blijft het niet bij. Voedselrijke meren kunnen ineens troebel worden, bossen door overbegrazing of bosbranden definitief verloren gaan.

Scheffer: ``Het idee dat ecosystemen plotseling kunnen instorten is in strijd met onze intuïtie. Niet alleen leken, maar ook de meeste wetenschappers gaan ervan uit dat ecosystemen zich geleidelijk aanpassen aan veranderende milieuomstandigheden zoals een voedselrijker milieu of een klimaat dat geleidelijk wat warmer en natter wordt. Maar voor allerlei grote, belangrijke ecosystemen, zoals bossen, oceanen en koraalriffen, blijkt dat niet op te gaan. Zonder dat we het merken hollen we onze ecosystemen geleidelijk uit, we ondermijnen de veerkracht, we maken het systeem broos. Daarna is een muggenpoepje voldoende om het systeem te laten omslaan van de ene evenwichtstoestand in de andere. Dat kan een storm zijn, of een ziekte. Het verraderlijke is dat mensen dan zeggen: `Het komt door die storm! Het komt door die ziekte!' Nee, het komt doordat we dat systeem hebben uitgehold en het proces is heel moeilijk omkeerbaar.''

Scheffer maakt deel uit van een discussiegroep opgericht door de van oorsprong Canadese ecoloog Buzz Holling, die aan de Universiteit van Florida veel onderzoek heeft gedaan naar de veerkracht (in het Engels resilience genoemd) van systemen. Scheffer: ``Holling had allang de intuïtie dat systemen waarvan de veerkracht te veel wordt opgerekt, kunnen instorten: ecosystemen, maar ook sociale systemen of de beurs, die ineens kan crashen. Daarom heeft hij een netwerk opgezet van zo'n twintig ecologen, sociologen en economen. Twee keer per jaar komen we een week bij elkaar, op een eiland of in een oerwoud, en dan zitten we een week lang dag en nacht te discussiëren. Ik ben de benjamin in dat gezelschap.''

Van huis uit is Scheffer theoretisch ecoloog. Hij werkte jarenlang bij het Rijksinstituut voor Integraal Zoetwaterbeheer in Lelystad aan Actief Biologisch Beheer aan experimenten met het manipuleren van zoetwatermeren, bijvoorbeeld door alle vissen weg te vangen. Scheffer: ``Zo'n ondiep meer kan van een stabiele heldere toestand overgaan in een stabiele troebele toestand en andersom. Dat zijn twee alternatieve evenwichtstoestanden.'' Opmerkelijk is dat het water bij een geleidelijk toenemende nutriëntenbelasting een hele tijd helder kan blijven tot het systeem ineens een kritische drempel overschrijdt en omslaat naar een troebel meer zonder waterplanten. De weg terug is moeizaam. Voor het herstel van een gezond, helder moet de nutriëntenbelasting ver beneden die kritische drempel worden teruggedrongen.

Vaak houden allerlei positieve terugkoppelingsmechanismen een ecosysteem in een bepaalde toestand, totdat een kritische grens wordt overschreden. Een sprekend voorbeeld is de woestijn. Zolang de planten het regenwater vasthouden, scheppen ze voor zichzelf een relatief vochtig microklimaat, waarin ze kunnen overleven. Zijn de planten eenmaal verdwenen, dan zakt een volgende regenbui diep in de zanderige bodem en daarna kunnen nieuwe planten zich veel moeilijker vestigen. Als in de droge Sahel de vegetatie eenmaal verdwenen is, keert die niet meer vanzelf terug. Zolang de Sahel begroeid is komen de moessonregens verder naar het noorden dan wanneer het woestijnzand kaal is. De plantengroei beïnvloedt de opwarmingspatronen van de aarde, de luchtstromen in de Sahel, en uiteindelijk ook de moessonwinden die de regen moeten brengen.

Sediment

Vroeger was de Sahara helemaal groen, en rijk aan meren. Sindsdien is het klimaat veranderd. Door een kleine verandering in de baan van de aarde is de instraling van zonlicht in de loop der tijd iets verminderd, met dramatische gevolgen. De historische ontwikkelingen in de Sahara worden indirect afgeleid uit de opbouw van het sediment in de naburige oceaan. Daaraan is te zien hoeveel woestijnstof er uit de Sahara de oceaan in woei en of daar nog stuifmeel van planten in zat.

Opmerkelijk is dat er lange tijd niets aan de hand leek te zijn, hoewel de straling in het ecosysteem heel geleidelijk veranderde. Tot zo'n 5000 jaar geleden was de woestijn goed begroeid. Daarna waren ineens de planten weg. Scheffer: ``Hieruit valt lering te trekken. Ook door begrazing van woestijngebieden kan een kritische grens worden overschreden. Ineens neemt een geit net die laatste hap gras die nodig was om nog regenval te krijgen.''

Misschien wel het spectaculairste voorbeeld uit het artikel in Nature zijn de oceanen. Daar zouden veranderingen in het ecosysteem kunnen leiden tot plotselinge veranderingen in de wereldcirculatie van golfstromen. Als de golfstroom stopt, staat Nederland een ijzig klimaat te wachten. Tot nog toe stroomt een krachtige warme golfstroom vanuit tropische gebieden langs de kust van West-Europa naar het hoge noorden. Datzelfde water stroomt langs de oceaanbodem weer terug naar de tropen. Het water zakt naar beneden omdat het in het noorden kouder en zwaarder wordt. Als het klimaat op aarde verandert, kan het water in de oceanen zoeter worden door grotere regenval of door het afsmelten van de ijskappen. Zoet water is lichter en zal minder makkelijk naar beneden zakken. Dit kan leiden tot het stoppen van de golfstroom. Scheffer: ``Dit is niet louter theorie. Reconstructies laten zien dat zoiets in het verre verleden al verschillende keren gebeurd is. Volgens sommige onderzoekers wordt de golfstroom al wat minder, zo bleek afgelopen zomer op een wetenschappelijk congres in de Amsterdamse RAI. De omslag van een warme naar een koude golfstroom zou zich vrij plotseling, binnen tien jaar, kunnen voltrekken.''