Nu.nl schrijft de Independent over. Die bespreken een overzicht-studie van Breitburg et al in Science over zuurstofloze zones in (kust)zeeën, die afgelopen halve eeuw in oppervlak verviervoudigden.
Het betreft hier eens geen ‘hoax’ maar een echt bestaand probleem op ongeveer 1-2% van het continentale plat. De combinatie van warmer (en dus zuurstofarmer) water en verrijking met voedingstoffen uit landbouw en rioolwater kan zuurstofloze (anoxisch/hypoxisch) zones veroorzaken.
Vooral in zeeën, die weinig vers oceaanwater aangevoerd krijgen en weinig menging van waterlagen kennen. (sterke ‘stratificatie’)
Bemesting van zeewater verhoogt de groei van algen/biologische productie. Als je meer algenbloei krijgt in het voorjaar en zomer en dat organisch materiaal sterft af, dan oxideert organisch materiaal door bacteriele vertering.
Zo onttrekt dat proces van afbraak meer zuurstof aan het water. Net als wanneer dode bladeren in je tuinvijver vallen, waardoor je vijver gaat stinken en de visjes boven komen drijven.
Bij een bezoek aan Finse vissers in de Baltische Zee (Kvarken) vertelden die vissers al over de groeiende zuurstofloze zones van de Baltische Zee. Als zo’n zuurstofloze laag over de zeebodem ligt van die meestal vrij ondiepe zee, en er treedt geen goede vermenging op met zuurstofrijker water (sterke ‘stratificatie’), dan kan daar geen bodemvis meer leven of grote schelpdieren.
En dus vangen die vissers daar dan ook geen kabeljauw meer.
Het gaat hier om 3 fenomenen, die ontstaan doordat organisch materiaal oxideert/verteert.
Breitburg et al bespreken 3 fenomenen:
1- In diep water kunnen rond 400 meter diepte zuurstofarmere lagen bestaan van nature, wanneer organisch materiaal bezinkt en verteert (en zuurstof onttrekt). De diepte daarvan kan nu omhoog kruipen door de combi van opwarming en verrijking met voedingstoffen.
2 – Zuurstofloze waterlagen boven de bodem in ondiepere zeen waarvan de waterkolom slecht mengt, zoals de Baltische Zee.
3 – Cyanobacterien en bacteriën die zich bij zuurstofloze condities aanpassen en die dan stikstof en zwavel reduceren.
In theorie zou volgens Breitburg et al mechanisme 3 onbekende gevolgen hebben. Daar willen ze graag meer onderzoeksgeld voor.
Continued de- oxygenation of OMZ waters is expected to increase the volume of water where denitrification and anammox occur and may lead to increased marine nitrogen loss (99). This could alter the ocean’s nitrogen inventory and, eventually, biological production on millennial time scales if nitrogen losses are not compensated for by increases in nitrogen.
Baltische Zee is het ergste ter wereld
Zuurstofarme/loze zones in zee zijn overigens een natuurlijk fenomeen. Een gevolg van hoge biologische productie en het afsterven van het organisch materiaal daarna. Bij anoxische waterlagen boven de zeebodem ontstaan bij de zeebodem ook olie en gas uit organisch materiaal.
Maar moderne fenomenen als waterbemesting en een iets hogere zeewatertemperatuur kunnen het ontstaan van dode zones (tijdelijk) versterken. In koudere zeeen helpt opwarming ook de biologische productie verhogen, terwijl tegelijk de zuurstof-gehaltes door opwarming dalen.
Met name in zeeën, die afgesloten zijn van de oceanen en waar het water zich maar langzaam ververst, kunnen dan dode zones ontstaan. De Baltische Zee tussen Denemarken, Finland, Rusland en Zweden is daarbij een extreem voorbeeld. Het is een voormalig IJsmeer dat 8,5 duizend jaar terug ontstond, en het is van nature gevoelig voor zuurstofloosheid.
De verversing met nieuw oceaanwater verloopt in de Baltische Zee in cycli van 30 jaar, terwijl de eutrofiering afgelopen eeuw sterk toenam.
In de PNAS van 2014 berichtten Scandinavische onderzoekers (Carstensen et al) al over de verTwaalf-voudiging (5000 km2 naar 60.000km2) van het oppervlak dode zones in de Baltische Zee in afgelopen eeuw.
De Baltische Zee warmde met 2 graden op, vooral in de laatste paar decaden (net als de Noordzee). Daarnaast komen veel nutrienten het zeewater in van steden als Sint Petersburg en via rivieren met uitspoeling van de landbouw. Algen groeien nu extra snel dankzij opwarming en door die voedingstoffen.
Carstensen et al schreven:
Climate warming plays an important role in increasing ocean deoxygenation (1), but for the Baltic Sea we show that anthropogenic nutrient discharges are the primary driving factor creating widespread hypoxic conditions.
This has also been reported for other coastal ecosystems such as the Gulf of Mexico (4) and Chesapeake Bay (19), where overall increases in hypoxia from enhanced nutrient delivery are modulated by variations in freshwater inputs and stratification.
In onze Noordzee bestaat dit probleem voorals nog minder, omdat het zeewater steeds ververst met nieuw oceaanwater. En door de stormen en ondiepte mengt de onderste waterlaag goed met de andere lagen.
In zomers van 2008 en 2009 ontstonden lokaal toch meer anoxische omstandigheden (Zie Greenwood et al 2010) Vooral Noorse kreeftjes hebben daar een broertje dood aan.Deze studie van Queste et al in Biochemistry geeft voor de Noordzee (1-2 graad opwarming afgelopen decennia) een vergelijkbare aanwijzing. Na 1990 neemt de verzadiging met zuurstof in de zomer in de Noordzee sterker af.
Toch vond deze OSPAR-studie uit 2017 geen toegenomen verspreiding van anoxische omstandigheden in de Noordzee (zie kaartje hierboven)
Verviervoudiging (1-2% continentale plat)
De studie van Breitburg et al in Science voegt geen nieuwe data toe. Het is een overzichtstudie, die uit andermans werk dus voorbeelden put:
Open-ocean oxygen- minimum zones (OMZs) have expanded by an area about the size of the European Union (4.5 million km2, based on water with the volume of water completely devoid of oxygen (anoxic) has more than quadrupled over the same period
Die toename betreft dan overigens 0,01 procent (4,3 miljoen/25,5 miljard x 100 %) van het totale oceaanoppervlak en 1-2% van het continentale plat. Toch moet je het niet bagatelliseren.
Since 1950, more than 500 sites in coastal waters have reported oxygen concentrations ≤2 mg liter−1 (=63 mmol liter−1 or ≅61 μmol kg-1), a threshold often used to delineate hypoxia (3, 12) (Fig. 1A). Fewer than 10% of these systems were known to have hypoxia before 1950.
Het blijkt in de arctische Pacific (Ocean Station Papa) – vooral te gaan om het omhoog kruipen van de (van nature bestaande) hypoxische zone. Die zou eerder rond 1970 op 400 meter liggen en nu soms op 300 meter. Dat werd al in 2007 gerapporteerd in Progress in Oceanogaphy.
Zie ook deze studie in PNAS in 2012 over ‘anoxic oxygen minimum zones‘ die deels van nature voorkomen
Midwater depths in the ocean typically contain reduced oxygen concentrations. This is due to the decomposition of surface-derived sinking organic material by aerobic respiration, combined with the introduction of high-latitude, oxygen-rich surface water to deeper zones
In some areas of the open ocean, high rates of phytoplankton productivity, coupled with poor ventilation and sluggish circulation, lead to an extensive, oxygen-deficient intermediate layer a few hundred meters in depth, where nitrite accumulates and oxygen concentrations drop to low levels undetectable by the most sensitive modern techniques. Also, in this layer, nitrous oxide (N2O) does not accumulate but covaries inversely with nitrite concentration
Henceforth, we will designate these essentially anoxic marine zones as AMZs to differentiate them from oxygen-containing oxygen minimum zones (OMZs) as commonly found in the global ocean. The nitrite-rich AMZs are prominent in the eastern tropical North Pacific (ETNP), the eastern tropical South Pacific (ETSP), and in the Arabian Sea
Conclusie
Anoxische zones kunnen een serieus probleem zijn voor bodemleven in zee en ook de visproductie. Maar het tegendeel kan ook: voedselrijke zones met periodiek zuurstofloze condities, die kunnen ook de visproductie stimuleren. Zoals de auteurs (Breitburg et al) in Science schrijven:
In addition, high nutrient loads can stimulate productionin a habitat that remains well oxygenated, at least partially offsetting lost production within a hypoxic habitat (52). Total landings of finfish, cephalopods, and large mobile decapods are positively correlated with nitrogen loads (22), in spite of hypoxia in bottom waters (52).
En in opwellingszones (oceaanzones waar voedingsstoffen als fosfaat boven komen) lijkt visproductie door hogere primaire productie te vergroten
The conflation of habitat loss and nutrient enrichment is prominent in upwelling zones, as well as eutrophic coastal waters. Increased upwelling of nutrient-rich, oxygen-depleted waters from the 1820s to the 20th century has increased primary and fish productivity off the coast of Peru, for example (94).
Wanneer het gaat om dode zones langs de kust door teveel nutrienten (stikstof)-lozing, dan is daar met milieubeleid in kustzones vlot resultaat te halen. In onze Noordzee is er dus vooralsnog geen probleem. ondanks 1-2 graad opwarming (verschilt per locatie). En ook met vangsten van bodemvis als tong en schol zit het vooralsnog goed.