Verzuring oceanen: CO2 veroorzaakt nog meer dan klimaatverandering

Oceanen nemen langs twee routes CO2 op uit de atmosfeer: een biologische (fotosynthese fytoplankton) en een chemische (oplossing).

De chemische route verloopt volgens onderstaande vergelijking, waarbij diwaterstofcarbonaat wordt gevormd, ook wel koolzuur genoemd:
H2O + CO2 ↔ H2CO3
Omdat het een evenwichtsreactie betreft, wordt slechts een deel van de CO2 opgenomen. Wanneer de hoeveelheid CO2 aan de linkerkant van de pijl toeneemt zal, bij een voldoende grote beschikbaarheid van water, ook extra koolzuur vormen.

In praktijk zorgt het evenwicht ervoor dat oceanen meer CO2 opnemen, wanneer de atmosfeer meer CO2 bevat. Momenteel wordt ongeveer een derde deel van de menselijke CO2-uitstoot op deze manier opgevangen door de oceanen, waardoor de oceanen in totaal ongeveer 50 keer zoveel CO2(-equivalenten) bevatten als de atmosfeer. Desondanks kan de CO2-opslag van de oceanen geen gelijke tred houden met de steeds verder stijgende CO2-concentratie van de atmosfeer, onder de voortdurend hoge CO2-uitstoot. Dat komt door de biologische route voor CO2-opname, deze neemt niet toe: koolstof is voor plankton namelijk niet de limiterende voedingsstof.

(Uit recente metingen blijkt zelfs dat de totale CO2-opslag door de oceanen in de laatste jaren afneemt, waarschijnlijk door vermindering van de totale hoeveelheid plankton, met een scherpere toename van de atmosferische CO2-concentratie (en dus het broeikaseffect) tot gevolg.)

Omdat de chemische route echter ongestoord blijft functioneren neemt de hoeveelheid koolzuur in de oceanen steeds verder toe. Koolzuur is een instabiele stof. Het staat in een continue evenwichtsreactie met water en CO2, terwijl het ook kan oplossen volgens onderstaande oplossingsvergelijkingen:
H2CO3 ↔ H+ + HCO3- ↔ 2H++ CO32-
Hierbij ontstaan respectievelijk bicarbonaat en carbonaat-ionen, naast waterstofionen. Tijdens deze oplossing vindt dus verzuring plaats.

Samenvattend volgt de logische redenering: meer CO2 in de atmosfeer → meer oplossing van CO2 in de oceanen → verzuring oceanen.

De verzuring ten gevolge van menselijke CO2-uitstoot heeft in de oceanen inmiddels geleid tot een gemiddelde verlaging van de pH-waarde van 0,1.

Deze schijnbaar kleine verlaging van de pH kan uiterst grote ecologische gevolgen hebben. In het zure water zullen sommige soorten plankton hun calciumskeletjes niet meer kunnen opbouwen. Calciumcarbonaat lost namelijk op door invloed van de H+ ionen:
CaCO3 + H+ ↔ Ca2+ + HCO3-
Hetzelfde geldt voor kalkhoudend koraal en voor veel schelpdieren, zoals oesters en mossels. Omdat veel van deze organismen bovendien cruciale posities innemen onderaan de voedselketen, kan het uitsterven (van met name planktonsoorten) zorgen voor een massaal verlies aan biodiversiteit.

Daarnaast zorgt verzuring van oceanen, door het afsterven van plankton, uiteindelijk voor een vermindering van de duurzame CO2-opname van de oceanen. CO2 dat oplost in het water kan gemakkelijk weer worden afgestaan aan de atmosfeer. De biologische CO2-opname van de oceanen heeft daarentegen een belangrijke functie voor stabilisatie van de verschillende koolstofkringlopen. Vorming van calciumcarbonaten brengt CO2 uit de atmosferische koolstofkringloop in de diepe koolstofkringloop, door de vorming van kalksteenpakketten op de oceaanbodem. Vermindering van deze opslag heeft een verdere versterking van het broeikaseffect tot gevolg.

Verdere verzuring kan zelfs het omgekeerde effect hebben: kalksteenpakketten op de oceaanbodem (gevormd door de fossiele resten van plankton en andere mariene organismen) lossen weer op. Door het oplossen van deze carbonaten kunnen weer enorme hoeveelheden CO2 vrijkomen, die op hun beurt het klimaat weer beïnvloeden. (Geologen hebben herleid dat dit proces in de geschiedenis van de aarde minimaal een keer eerder is voorgekomen. Toen werd de verzuring onder andere veroorzaakt door het vrijkomen van gashydraten in de oceaanbodem. Het oplossen van calciumcarbonaten werd toen gevolgd door het massaal uitsterven van zeeleven.)

De grote hoeveelheden CO2 die door de mens worden uitgestoten hebben door verzuring van de oceanen dus een grootschalig ecologisch effect, dat in zichzelf los staat van klimaatverandering. Klimaatverandering kan het effect echter wel weer versterken. Door opwarming van de bovenste laag van het water, vermindert de uitwisseling met diep, koud water dat rijk is aan voedingsstoffen. Dit kan de totale hoeveelheid fytoplankton verder verlagen.

Er gaan stemmen op om de hoeveelheid fytoplankton in de oceanen kunstmatig te verhogen, een vorm van geo-engineering. Dit kan bijvoorbeeld door simpele ijzerverbindingen toe te voegen aan het water, die voor het fytoplankton vaak wél een limiterende voedingsstof zijn. Uit tests blijkt dat de toename van plankton ten gevolge van ijzerbemesting aanzienlijk kan zijn. Elke ijzeratoom in het oceaanwater zorgt voor een extra CO2-opslag van 10.000 tot 100.000 koolstofatomen. Er is echter op deze voorstellen veel kritiek, omdat het risico bestaat dat dergelijke vormen van geo-enineering het zee-ecosysteem ernstig verstoren.


Lees in onderstaande artikelen meer over klimaatverandering in relatie tot de oceanen:
- zeespiegelstijging
- El Niños
- orkanen
- Golfstroom

© www.hier.nu / Rolf Schuttenhelm