Het functioneren van de Waddenzee

De Waddenzee is een heel belangrijk natuurgebied in Nederland, en voor veel Europese en zelfs Aziatische vogelsoorten is het gebied onontbeerlijk. Want de Waddenzee is rijk aan bodemleven: je vindt er werkelijk honderden kilo’s schelpdieren, wormen en slakjes per hectare. De lange trektocht tussen broed- en overwinteringgebied kost vogels veel energie. Daarom moeten ze onderweg geregeld bijtanken. Doordat ongeveer de helft van de Waddenzee elke dag twee keer droogvalt bij laag water, worden die schelpdieren en wormen goed bereikbaar. Elk najaar bezoeken dan ook honderdduizenden vogels het gebied: scholeksters zoeken naar kokkels, mosselen en wadpieren. Wulpen zijn verzot op allerlei wormensoorten, krabben en grote schelpen. Kleinere vogels, hebben zich in kleinere schelpjes gespecialiseerd of ze eten slakjes en andere kleine organismen. Eidereenden, zoeken duikend mosselen. Voor elk wat wils dus.

Omdat de omstandigheden gunstig zijn, leven er zoveel bodemdieren in de Waddenzee. Het water voert elk getij een grote hoeveelheid voedsel aan uit de Noordzee: algen, maar ook dood organisch materiaal. Ook ín de Waddenzee is de voedselproductie door algen hoog. Er is een relatief grote toevoer van voedingsstoffen door het zoete IJsselmeerwater en via de Noordzeekustzone, waarlangs ook voedselrijk Rijnwater de Waddenzee binnen kan komen. En omdat de Waddenzee niet erg diep is, kan het zonlicht optimaal benut worden. Kortom, van alle kanten prima omstandigheden. Dat we vooral bodemdieren aantreffen is een kwestie van concurrentie: alle algenetende dieren die in het water leven lopen elk tij de kans naar de Noordzee afgevoerd te worden.

In de westelijke Waddenzee stroomt bij elk getij ongeveer 1/9 van het water de Noordzee op. Als een dier zich goed kan hechten aan de bodem heeft het een groot voordeel tegenover de zwemmende concurrenten, het zoöplankton. En zo is het beeld volledig. Er is veel voedsel en licht voor algen, dus voor schelpdieren, wormen, slakjes en andere organismen, en dus weer voor vogels.

Wat gebeurt er als…

Onze onderzoeken hadden betrekking op de gevolgen van klimaatverandering, niet op die klimaatverandering zelf. De weg die bewandeld wordt, is dan: “als de temperatuur stijgt en/of het waterniveau wordt hoger, wat verwacht je dan dat er met de Waddenzee gebeurt”. Waar je tegenaan loopt is dat a) niet alle aspecten onderzocht kunnen worden, en b) van niet alle aspecten te verwachten is dat die er echt toe doen als het om de Waddenzee gaat. Er worden dan keuzes gemaakt, we hebben ons beperkt tot een aantal hoofdzaken.

De Waddenzee, als getijdengebied, heeft ongetwijfeld last van een stijgende zeespiegel. De verwachtingen daarvoor zijn ingrijpend; 18 cm stijging in de komende honderd jaar is de laagste schatting, 40 cm het meest waarschijnlijk, en 60 cm is de hoge schatting. Een rampscenario is nog de mogelijkheid dat de stijging zelfs 1 meter bedraagt. Storm lijkt ook belangrijk: hoewel de voorspellingen wat dat betreft niet erg duidelijk zijn. Maar extra wind in een omgeving waar die veel invloed heeft moet merkbaar zijn.

Temperatuur is ook een belangrijk aspect. Hiervoor zijn de verwachtingen aanzienlijk, ik heb al 1.5 tot 6 graden genoemd. Hierbij kan het gaan om een verhoging vooral in de winter, of een door het gehele jaar. Veel biologische processen zijn sterk afhankelijk van de temperatuur. En of er ‘s winters veel ijs is of nooit meer ijs, kan voor een gebied als de Waddenzee van belang zijn. Regen is ook een factor. Vooral in de winter wordt meer neerslag verwacht, niet alleen in de Waddenzee, maar ook in bijvoorbeeld het stroomgebied van de Rijn. Zo’n 6% extra neerslag, en dus afvoer, is het gangbare scenario. Maar ook 25% behoort tot de mogelijkheden.

Een effect van heel andere orde is de circulatie in de Noordzee. De natuurlijke stroming wordt voor een belangrijk deel gedreven door de wind. Verandert de stroomrichting van het Noordzeewater dan komt het water dat de Waddenzee instroomt niet langer van Rijn, Kanaal en Engelse zuidoostkust, maar van de Noorse kant. En daar is de chemische samenstelling van het water anders. En vooral: minder nutriëntrijk.

Ziehier de onderwerpen van ons onderzoek. Hoe hebben we ons hierop gestort?

Nonnetjes en computermodellen

Er zijn verschillende onderzoeksmethoden toegepast: laboratoriumonderzoek, praktijkonderzoek en studie met behulp van verschillende computermodellen.

Jan Drent deed bij het Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (Texel) laboratoriumonderzoek naar de invloed van temperatuurveranderingen op de reproductie van nonnetjes, een ruim twee centimeter groot schelpdiersoort. Hij keek ook naar de verschillen in nonnetjes tussen Waddenzee, Denemarken en zuidwest Frankrijk. ’s Winters neemt door het schaarse voedselaanbod het gewicht van het schelpdiertje af, en staat de verbranding op een laag peil. Neemt de wintertemperatuur toe, dan stijgt het energieverbruik. De voedselopname verandert niet (want er is bijna niks). Hierdoor begint het nonnetje het voorjaar met een nog lager gewicht. Dit gaat ten koste van de hoeveelheid celmateriaal die voor reproductie bedoeld is: na een warme winter is de reproductie minder goed. Daarbij verschijnen allerlei predatoren, zoals garnalen en krabben, na een warme winter eerder. Daarvan ondervinden de schelpdieren extra hinder.

Wadbassins

In acht grote kunstmatige wadbassins bij Alterra op Texel (foto 1) werd door Kees Kersting praktijkonderzoek verricht. Zulke bassins zijn handig omdat er veel natuurlijke processen plaatsvinden, maar lang niet alle. En je kunt makkelijk meten wat er binnenkomt (er wordt zout Waddenzeewater ingepompt), en wat er uit gaat. Er werden 2 experimenten (elk driekwart jaar) gedaan naar de effecten van de duur dat een plaat onder water staat. Een laatste experiment van een jaar bestudeerde de effecten van een temperatuurverhoging. In de helft van de bassins was de temperatuur “normaal”, bepaald door het weer. In de andere helft werd door verwarming het water 4 graden warmer. Een belangrijk resultaat was dat schelpdieren heel wat beter blijken te groeien naarmate ze zich langer onder water bevinden, omdat ze dan veel langer voedsel uit het water kunnen filteren.

Kwelders

Een derde onderzoek had betrekking op wat er gebeurt met de randen van de Waddenzee: de kwelders (foto 3) en het wad daar vlak voor. In Mens & Wetenschap van februari 2001 is daar door Tom van Loon al over geschreven. Brigit Janssen-Stelder van de Universiteit Utrecht deed 4 jaar lang speurwerk naar allerlei processen die van belang zijn bij de groei (vooral ophoging) van kwelders als gevolg van bezinking van slib. Als stormen of een verhoogde waterstand te veel van het bezonken slib wegspoelen, blijft die aanwas achterwege. Dan staat aan het eind van volgende eeuw het water niet meer op de kwelder, maar aan de dijk. Brigit vond dat kwelders een beperkte stijging van het water best aan kunnen, maar zo gauw die stijging erg fors begint te worden, verliest zo’n kwelder het, en gaat plotseling sterk achteruit.

Bij een onderzoek kun je zo nieuwe getallen verzamelen, en daar nieuwe inzichten uit destilleren, of bestaande ondersteunen. Maar daarnaast kun je vaak gegevens uit deze en andere studies gebruiken voor modelstudies over verbanden tussen oorzaak en gevolg met behulp van computers.

Kennissysteem

Als je de beschikbare kennis over de belangrijke biologische en fysische aspecten van de Waddenzee en de mogelijke sturende krachten bij elkaar brengt, kun je een computersysteem de gevolgen van klimaatveranderingen laten ophoesten. Omdat zo’n systeem zeer complexe combinaties kan verwerken levert dat nieuwe informatie op. Martin Baptist van het Waterloopkundig Laboratorium in Delft heeft samen met Marijke Vonk zo’n kennissysteem ontworpen. Hun berekeningen gaven bijvoorbeeld ook aan dat een stijging van het zeeniveau een afname van de hoeveelheid schelpdieren in de Waddenzee zou inhouden. Temperatuurtoename samen met zeeniveaustijging zou in geval van een lichte niveaustijging nog wel een toename van schelpdieren betekenen, maar bij een sterke niveaustijging zou volgens hen toch een netto afname verwacht moeten worden.

Procesmodellen

Procesmodellen en berekenen hoe de toestand (bijvoorbeeld de hoeveelheid schelpdieren) verandert in de tijd. Ze bevatten veel oorzaak-gevolg relaties. Van deze dynamische modellen hebben we er twee toegepast.

Eén, en daar heeft Bruno Ens van Alterra aan gewerkt, beschrijft hoe vogels op hun trek van broedgebied naar overwinteringgebied afhankelijk zijn van een voedselgebied als de Waddenzee. Hoeveel tijd hebben ze nodig om voedsel te zoeken, en hoe wordt dat bepaald door de aanwezige voedselhoeveelheid? Wat gebeurt er als het waterniveau stijgt, en de platen langer onder water blijven liggen? Er is dan minder plaat over als foerageergebied. Sommige vogels gaan dan meer ruzie maken om hun prooi, zoals Scholeksters, waardoor er minder tijd over blijft om schelpdieren te eten. Als ze minder kunnen eten, gaan ze eerder dood. Of ze zijn bij aankomst in het broedgebied zo mager, dat ze geen eieren meer kunnen leggen. In de hele Nederlandse Waddenzee zullen de foerageergebieden van steltlopers veranderen als de zeespiegel stijgt. Daarbij is alleen gekeken naar de aard van het foerageergebied en het oppervlak. Maar als steltlopers voedsel zoeken, eten ze een deel van de prooi op. In sommige jaren kan het met de voorraad wel eens slecht gesteld zijn; het schelpdierenbestand vertoont grote schommelingen. We hebben uitgerekend wat zo’n slechte winter nu voor steltlopers betekent, en wat dit zou betekenen als de zeespiegel flink stijgt. Het blijkt dat het aantal scholeksters dat zich bij 60 cm hoger water kan voeden, heel wat lager is dan nu het geval is.

Een tweede dynamisch model beschrijft de processen in de Waddenzee zelf. Hoe snel groeien algen onder invloed van de instraling door de zon, of hoe snel mosselen het water filteren afhankelijk van de watertemperatuur. Je kunt hiervan wiskundige vergelijkingen opstellen, en die programmeren in een simulatiemodel. Alle processen programmeren is ondoenlijk, daarom wordt gekeken naar “functionele groepen”. Bijvoorbeeld alle schelpdieren die al filtrerend voedsel zoeken. Zodoende is het aantal “diersoorten” een beetje in te perken. Dat deel van het werk heb ik zelf uitgevoerd. Zo kwam onder andere naar voren dat een 4 graden hogere wintertemperatuur (tot en met maart) een hogere algengroei tot gevolg heeft. Een zelfde stijging over het hele jaar werkt pas echt door. Vooral voor algen; schelpdieren merken daar wat minder van al groeien ze ook beter, doordat er meer voedsel is. De gewichtsafname in de winter lijkt in deze modelberekeningen weer door de betere groeimogelijkheden in de zomer te worden opgevangen. De effecten van een (veel) grotere toevoer van zoet water zijn echt groot, vooral voor algen. Die kunnen harder groeien. De verandering bij schelpdieren is veel minder groot, omdat nu alleen de voedselvoorziening voor schelpdieren toeneemt, maar niet hun activiteit. De temperaturen veranderen immers niet.

Zeespiegelstijging heeft volgens de berekeningen op het algengehalte een sterk negatieve invloed. De Waddenzee wordt zoveel dieper, dat algen minder goed van het licht gebruik kunnen maken. Schelpdieren kunnen veel langer filteren, en daarom gaan die er maar heel weinig op achteruit. Het kennissysteem dat hierboven genoemd is geeft ook aan dat er een kleine achteruitgang zal plaats vinden, maar dat baseert zich vooral op het verschil in areaal aan droogvallende platen. Sommige zaken zijn niet onderzocht, zoals het effect van ijs. In de Waddenzee komen onder natuurlijke omstandigheden grote gebieden mosselbanken voor (foto 4). In sommige winters wordt het zo koud (foto 5) dat de Waddenzee dicht vriest. Door het getij en de wind werken grote ijsschotsen als een rasp, waartegen geen enkele mosselbank bestand is.

Aan de voorspellingen blijven veel onzekerheden kleven, maar dat is onvermijdelijk. Wat we vooral gedaan hebben is – op basis van wat we nu weten en met de methoden die we nu hebben – proberen aan te geven wat er volgens ons bij totaal andere situaties gaat gebeuren. En dat is eigenlijk best veel. Als de veranderingen werkelijk zo drastisch zijn als enkel scenario’s aangeven, zijn over een eeuw de Wadden de Wadden niet meer. Als de veranderingen beperkt blijven, stijgen de platen en kwelders ongeveer even snel als het waterniveau. Dan verandert er veel minder. Maar om dat te bereiken moet er nog héél veel gebeuren.