Warm, zuur en zuurstofloos water: het leven in de oceaan krijgt het moeilijk

Klimaatverandering Niet alleen de atmosfeer warmt op. Ook in de oceanen stijgt de temperatuur. Het water bevat ook steeds minder zuurstof, en het verzuurt. „Het grote klimaatsterven in de zeeën is begonnen.”

Een kelpwoud in zee bij Kaapstad. Deze wieren kunnen vijftien meter lang worden.
Een kelpwoud in zee bij Kaapstad. Deze wieren kunnen vijftien meter lang worden. Foto Nic Bothma/EPA

Het deadly trio worden ze wel genoemd, het dodelijke drietal. Verzuring, opwarming en een afnemende zuurstofgraad. Het zijn drie trends in ’s werelds oceanen, met grote gevolgen voor het zeeleven. In 2021 bereikten verzuring en opwarming nieuwe records, zo meldde de World Meteorological Organization vorige week in het rapport State of the Global Climate 2021. Over de eveneens afnemende zuurstofgraad zei het rapport, vreemd genoeg, niks.

Samen zorgt dit dodelijke trio voor zoveel veranderingen in de oceanen, dat niet alle planten en dieren zich eraan kunnen aanpassen. „Het grote klimaatsterven in de zeeën is begonnen”, zegt hoogleraar mariene biologie Hans-Otto Pörtner van het Alfred Wegener Institut in Bremerhaven. Hij noemt de warmwaterkoralen als meest in het oog springende voorbeeld. Ze hebben nu al erg te lijden onder de opwarming en de in frequentie toenemende zeehittegolven. Een groot deel van de soorten zal door verdere opwarming naar verwachting deze eeuw uitsterven. „Terwijl we weten dat koraalriffen een kwart van de mariene biodiversiteit herbergen”, zegt Pörtner. Bovendien beschermen ze kusten tegen golfslag.

Lees over hittegolven in de oceanen: Ook de zee wordt heter en heter

Overbevissing

Het komt boven op de al bestaande druk op het zeeleven: overbevissing, vervuiling, kustbebouwing, afvoer van voedingsstoffen vanuit landbouw en steden.

Maar hoe heeft de opwarming van de aarde de oceanen tot nog toe veranderd? En wat zijn de gevolgen?

De oceanen zijn aan de oppervlakte gemiddeld 0,88 graden Celsius opgewarmd sinds het begin van de 20ste eeuw, zo meldde het IPCC, het klimaatpanel van de Verenigde Naties in zijn laatste stand-van-zaken-rapport van afgelopen augustus. Van die 0,88 graden voltrok zich het grootste deel – 0,6°C – sinds 1980. De oceanen warmen op omdat ze bijna alle extra warmte (meer dan 95 procent) opnemen die zich onder het dikker wordende ‘deken’ van broeikasgassen aan het aardoppervlak opstapelt. Anders was het aan land allang onleefbaar geweest. Water is een goede warmtebuffer.

Net als op land neemt het aantal hittegolven in zee toe. In de 20ste eeuw is hun frequentie ongeveer verdubbeld. Ook zijn ze intenser geworden, en duren ze langer.

De opwarming leidt ook tot zeespiegelstijging. Als water warmer wordt, zet het uit. Deze zogenoemde thermische expansie heeft een aandeel van 38 procent op de totale, gemiddelde zeespiegelstijging van 20 centimeter (1901-2018).

Verzuring heeft te maken met de enorme hoeveelheden extra CO2 die de mens, via de verbranding van fossiele brandstoffen, in de atmosfeer uitstoot. Een kwart ervan wordt opgenomen door de oceanen. En dat beïnvloedt de chemie in het zeewater. De concentratie bicarbonaat (HCO3-) en waterstof-ionen (H+) neemt toe. Die laatste zorgen voor een stijgende zuurgraad. Anders gezegd: de pH daalt. Maar de concentratie carbonaat (CO32-) in het oceaanwater neemt juist af. Terwijl allerlei organismen dat nodig hebben voor de aanleg van hun kalkskelet.

Het IPCC behandelde de verzuring in het afgelopen februari verschenen rapport. Sinds het pre-industriële tijdperk is de gemiddelde pH van het bovenste oceaanwater (tot 200 meter diepte) gedaald van 8,2 naar 8,1. Dat klinkt als weinig, maar het is een logaritmische schaal. Voor het zeeleven betekent het een grote verandering. Wetenschappers zien de verzuring op steeds grotere diepte.

Sterker contrast

Dat de zuurstofgraad afneemt, komt onder meer door de toenemende gelaagdheid van het water. De bovenste, zuurstofrijke laag wordt zoeter, door de toenemende instroom van smeltwater van het land, en door de toenemende neerslag. Het contrast met het diepere, zuurstofarme, zoute water wordt sterker. „De menging van die lagen neemt af, waardoor zuurstof minder makkelijk in diepere wateren doordringt”, zegt Caroline Slomp, hoogleraar mariene biochemie in Utrecht. In kustgebieden speelt mee dat de afvoer van voedingsstoffen richting zee, vanuit landbouw en stedelijke gebieden, de algengroei aan het wateroppervlak stimuleert. Als de algen sterven en zinken, worden ze door bacteriën afgebroken, een proces waarbij zuurstof wordt verbruikt. Omdat er meer algen komen, neemt die afbraak, en het zuurstofverbruik toe. Met als gevolg dat de zones zonder zuurstof – dead zones – in omvang groeien. „Veel organismen, zoals vissen, zwemmen daar omheen”, zegt Stomp.

Volgens het IPCC is tussen 1970 en 2010 de zuurstofconcentratie in de bovenste 1.000 meter van de oceanen met 0,5 tot 3,3 procent afgenomen. De omvang van de gebieden waar de zuurstofconcentratie minimaal is, breidt zich op veel plekken uit.

Wat voor gevolgen heeft het?

In reactie op het warmer worden van het zeewater, ziet Nathanial Bindoff, hoogleraar oceanografie aan de universiteit van Tasmanië, bijvoorbeeld dat veel organismen migreren. „Ze trekken richting de polen”, zegt hij via een videoverbinding. Soorten leven vaak binnen een bepaalde temperatuur-range, die per soort kan verschillen. Als het water opwarmt, verschuift hun ideale leefgebied. Deze zogenaamde klimaatsnelheid, de snelheid waarmee ruimtelijke gradiënten van temperaturen verschuiven, ligt volgens het IPCC nu op een gemiddelde van 21,7 km per decade in de bovenste 200 meter van de oceanen. „De soorten die kunnen, proberen mee te bewegen”, zegt Bindoff. Maar voor veel sessiele – vastzittende – organismen, zoals koralen, is dat lastig. Pörtner voegt eraan toe dat rond de evenaar soorten wegtrekken, maar er komt niet overal iets voor in de plaats, juist omdat het er zo warm is geworden. „We zien er een afname van de biodiversiteit.”

Kleinere organismen

Bindoff wijst op nog een andere trend: door de opwarming van het water worden organismen kleiner. „We zien dat bijvoorbeeld bij vissen.” Hij verklaart het doordat bij hogere temperaturen het metabolisme omhoog gaat. Het vraagt meer energie voor onderhoudsprocessen, waardoor er minder beschikbaar is voor groei.

Deze verkleining zal zich doorzetten bij verdere opwarming. Daarom zal naar verwachting ook de biomassa in de oceanen afnemen – en daarmee ook de visvangst (los van de effecten van overbevissing). Hoe sterk die afname is, zal afhangen van de mate waarin de mens broeikasgassen blijft uitstoten. Als de mens de opwarming weet te beperken tot 1,5 à 2°C, zal de afname aan het eind van de eeuw naar verwachting 5 procent bedragen. Maar zet de huidige broeikastrend door, dan kan de biomassa-afname uitkomen op 15 tot 20 procent.

Hun huisje is gemaakt van het mineraal aragoniet. En aragoniet lost bij verzuring eerder op

Gert-Jan Reichart maakt zich zorgen over vleugelslakken

Een diergroep die al zichtbaar last heeft van de verzuring zijn de vleugelslakken, zegt Gert-Jan Reichart, hoofd oceaanonderzoek bij het Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee. „Hun huisje is gemaakt van het mineraal aragoniet.” Voor het bouwen van een uitwendig skelet gebruiken organismen ofwel aragoniet ofwel calciet. „En aragoniet lost bij verzuring eerder op.” Maar er zijn ook organismen die in een verzurende omgeving juist méér kalk gaan maken. „Het is geen zwart-witbeeld”, zegt Reichart.

Dat is het lastige. De oceanen vormen zo’n enorme ruimte, met zoveel verschillende combinaties van temperatuur, voedingsstoffen, zout-, zuur- en zuurstofgraad, en zoveel verschillende soorten met uiteenlopende gevoeligheden en aanpassingsmogelijkheden, dat het bijna ondoenlijk is om algemene uitspraken te doen. Dat schrijft het IPCC ook over gecombineerde effecten. Opwarming en een afnemende zuurstofgraad versterken elkaar bijvoorbeeld, want opwarming leidt tot een hoger metabolisme, wat meer zuurstof vraagt, terwijl die juist minder beschikbaar in gebieden waar de zuurstofgraad afneemt. Maar het IPCC stelt ook vast dat opwarming de negatieve effecten van verzuring kan verlichten. Ze noemt een voorbeeld, een in Australië en Azië voorkomende snapper, die profiteert van de combinatie van verzuring en opwarming. Maar over de combinatie van verzuring, opwarming én afnemende zuurstofgraad schrijft het IPCC dat die het leefgebied van veel vissen en ongewervelden zal beperken. Deze combinatie speelt bijvoorbeeld in vijf deels afgesloten zeeën: de Perzische Golf, de Rode Zee, de Zwarte Zee, de Baltische Zee en de Middellandse Zee. Daar wordt grote sterfte van het zeeleven waargenomen. Maar hier spelen ook andere menselijke invloeden doorheen – toerisme, overbevissing, vervuiling.

Weinig goeds

Alle vier de wetenschappers die voor dit stuk zijn gesproken, verwachten in ieder geval weinig goeds van de veranderingen die in de oceanen in gang zijn gezet. „Koralen lijden al onder opwarming en zeehittegolven. Verzuring verzwakt hun structuur nog eens extra”, zegt Bindoff.

Het IPCC plaatste in 2019, in een speciaal rapport over de oceanen, een grafiek met de risico’s die mariene ecosystemen lopen door het dodelijke trio – Bindoff was een van de hoofdauteurs van dat rapport. De warmwaterkoralen lopen het meeste risico, gevolgd door kelpwouden en zeegrasvelden, twee ecosystemen die ook een rijke biodiversiteit hebben.

Een bijgewerkte versie van de grafiek verscheen afgelopen september in Nature Climate Change, met Pörtner als één van de auteurs. Er staan ook diergroepen in die bij een opwarming van 1,5°C al een groot risico lopen. Dat zijn de vleugelslakken op hoge breedtegraden, tweekleppigen (zoals mosselen en oesters) op gematigde breedtegraden, en krill op hoge breedtegraden. Krill zijn garnaalachtigen die leven in de poolgebieden en een belangrijke voedselbron vormen voor walvissen, pinguïns, en allerlei vissen.