Het Sorpe-stuwmeer in Rijnland-Westfalen, een van de vier bestudeerde meren (Foto: Dr..G.Schmitz/Wikimedia)

Gestegen CO2-concentraties tasten ook zoetwatermeren aan en verstoren signalen van waterdieren

Het is al langer bekend dat door de stijgende concentraties van het broeikasgas koolstofdioxide (CO2) in de atmosfeer, de oceanen meer CO2 opnemen en zuurder worden, met allerlei negatieve gevolgen voor tal van zeedieren. Minder bekend, en bijna niet bestudeerd, is het feit dat hetzelfde fenomeen zich ook voordoet bij zoetwatermeren en rivieren. En daar zouden de gestegen CO2-concentraties signaalstoffen verstoren bij een aantal soorten, wat verregaande gevolgen kan hebben. Biologen vrezen dat we een onbedoeld experiment aan het uitvoeren zijn met de meren en rivieren, en niet weten wat de gevolgen kunnen zijn. 

Duitse onderzoekers hebben vier meren in Duitsland onderzocht, en ze melden dat die zuurder zijn geworden. Uit gegevens van 1981 tot 2015 blijkt dat de CO2-concentratie in het water gestegen is, en dat de pH - de zuurtegraad - met 0,3 is gedaald, wat wil zeggen dat het water zuurder is geworden. Die evolutie lijkt bovendien sneller te verlopen dan in de oceanen.  

Vooral door het verbranden van fossiele brandstoffen heeft de mens de concentratie van CO2 in het atmosfeer momenteel al verhoogd met 40 procent, en het ziet er naar uit dat we de concentratie nog veel meer de hoogte zullen injagen. Een deel van dat gas kan opgenomen worden door zoet water op het land, en recente studies wijzen erop dat dit verregaande effecten kan hebben op een aantal soorten die in het water leven. 

Onderzoekers begonnen doorlopende metingen uit te voeren van de CO2-concentraties in de atmosfeer in de jaren 50, en beschikken nu over meer dan 60 jaar aan consistente waarden daarover.

In de jaren 80 volgden oceanografen hun voorbeeld, en ontwikkelden ze CO2-sensoren die wereldwijd over de oceanen ontplooid werden. De laatste 30 jaar hebben ze daarmee een gestage stijging van de CO2-concentraties in het zeewater kunnen documenteren. Die gestegen concentratie kan het zeeleven op veel verschillende manieren schade berokkenen.  

Zo verlaagt meer CO2 bijvoorbeeld de pH van zeewater, waardoor het zuurder wordt, en dat verstoort de chemische processen die onder meer koralen gebruiken om hun kalkskeletten te bouwen. De verzuring van de oceanen maakt ook dat de schalen van oesters en andere dieren dunner wordt. 

Bovendien vertrouwen veel zeedieren op chemische veranderingen in het water om voedsel te vinden en gevaren te ontlopen. "Veel vissen zijn niet meer in staat om hun roofvijanden te ontdekken", zei Linda Weiss aan "The New York Times". "Dat kan maken dat ze overmoedig gaan worden." Doctor Weiss is een aquatisch ecoloog aan de Ruhr-Universität Bochum, en een van de auteurs van de studie over de vier Duitse meren. 

Ze werd zich voor het eerst bewust van de impact die de verzuring van de oceanen heeft toen ze in 2010 tijd doorbracht in een marien onderzoeksstation in Australië. Daardoor begon ze zich af te vragen of meren en rivieren aan dezelfde dreiging blootstonden, en nadat haar stage in Australië afgelopen was, ging ze dat onderzoeken. 

Het Sorpe-stuwmeer (foto: Asio otus/Wikimedia).

Geen informatie

Doctor Weiss begon haar studie door te zoeken naar gegevens over de CO2-concentraties in zoet water. Haar zoektocht in de wetenschappelijke literatuur leverde echter een verrassende coclusie op: "Ik ontdekte dat er geen informatie was". 

Onderzoekers die zich bezig houden met zoet water, hebben zich vanouds geconcentreerd op andere vragen dan het CO2-gehalte. Ze waren meer bezorgd over zaken als bijvoorbeeld zwavelzuur en andere vervuilende stoffen in zure regen, of met de impact van meststoffen en bestrijdingsmiddelen, die vanuit velden en tuinen in meren en rivieren terechtkwamen. 

Nu onderzoekers ook meer bezorgd zijn geworden over de concentratie aan CO2, hebben ze manieren ontwikkeld om de evolutie van dat gehalte te reconstrueren.  De concentratie aan CO2 in een meer hangt af van een aantal  variabelen zoals de temperatuur van het water, en hoeveel organische koolstof het meer bevat. Als die factoren in het verleden opgevolgd werden, kunnen onderzoekers die gegevens gebruiken om een schatting te maken van de evolutie van de CO2-concentratie in het meer.

Doctor Weiss en haar collega's gebruikten die methode om de CO2-concentraties vast te stellen in vier stuwmeren in Duitsland van 1981 tot 2015. In die periode verdrievoudigde de hoeveelheid, zo staat er in hun studie. "We wisten absoluut niet wat we konden verwachten", zei Weis aan The New York Times, "maar de snelheid waarmee de verzuring optreedt, ligt echt wel hoog."

De nederige watervlo

Boven en onder links: een gewone watervlo, boven rechts: een watervlo met een beschermende "helm". Onder rechts: een watervlo met nektanden. Deze verdedigingsmechanismen kunnen afgestompt raken door chemische veranderingen in het water. (Illustratie: Linda Weiss and Sina Becker)

De onderzoekers vroegen zich af wat het effect zou kunnen zijn van die snelle stijging aan CO2 op het leven in de meren de komende tientallen jaren. Om daar een idee van te krijgen, deden ze experimenten op Daphnia, "de nederige watervlo". 

Die piepkleine, garnaalachtige diertjes filteren algen en microben uit het water, en liggen mee aan de basis van de voedselketen. Ze worden gegeten door kleine visjes, die op hun beurt weer opgeslokt worden door grotere vissen. Als stijgende CO2-concentraties een invloed zouden hebben op watervlooien, zo dacht Weiss, dan zou dat het hele ecosysteem in het meer kunnen beïnvloeden. 

Watervlooien gebruiken een bizar maar ook gesofisticeerd verdedigingsmechanisme om te ontsnappen aan roofdieren. Ze kunnen chemische stoffen waarnemen die door vissen in hun buurt worden afgescheiden, en als reactie daarop maken ze dat ze moeilijker op te eten worden. 

Sommige soorten laten een aanzienlijke helm op hun kop groeien, andere soorten krijgen stekels, "nektanden". Weiss en haar colega's ontdekten dat verhoogde niveaus van CO2 maken dat de watervlooien kleinere helmpjes en kortere stekels krijgen. Eerder dan de zuurtegraad van het water, lijkt CO2 zelf de schuldige. Als de onderzoekers de zuurtegraad verlaagden - het water zuurder maakten - met zoutzuur in plaats van met CO2, gedroegen de watervlooien zich normaal. 

Volgens Weiss verstoort de CO2 het zenuwsysteem van de watervlooien, waardoor hun vermogen om roofdieren op te merken afgestompt wordt. Dat lijkt bevestigd te worden door het feit dat de watervlooien voor de rest niet gehinderd werden in hun groei door een hogere CO-concentratie.

In hun laboratorium gebruikten de onderzoekers uiteindelijk CO2-concentraties die tot tien keer hoger lagen dan de huidige concentraties in de vier onderzochte meren. "Maar dergelijke hoge concentraties zien we in andere meren wel al", zo zei Weiss. 

Witvissen en mosselen

Een Amerikaanse dikkop-elrits, een witvis die gebruikt wordt om de effecten van giftige stoffen in het water te bestuderen (Foto:  Rankin 1958)

Ander recent onderzoek wijst erop dat watervlooien niet de enige zoetwaterdieren zijn die beïnvloed worden door verhoogde CO2-concentraties. Bioloog Caleb T. Hasler van de University of Winnipeg en zijn collega's bestudeerden witvissen die in CO2-rijk water leven, en ze ontdekten dat die vissen minder snel reageren op alarmsignalen die door andere witvissen worden afgegeven. 

In een andere studie bekeek het team twee soorten mossels. Een soort ontspande zijn spieren in CO2-rijk water, zodat haar schelp open bleef staan, de andere soort hield haar schelp stijf dicht, zodat ze zich niet langer kon voeden. 

Dergelijke veranderingen kunnen schokgolven sturen doorheen heel het ecosysteem. Mossels zijn van bijvoorbeeld van erg groot belang om voedsel uit het water te filteren en het water helder te houden. En als de watervlooien er minder goed in slagen om aan hun roofvijanden te ontsnappen, kan hun populatie afnemen, zodat er op langere termijn voor de vissen minder voedsel overblijft. 

"Als CO2 de chemische communicatie tussen soorten in de war stuurt, kan dat de interacties tussen de verschillende niveaus in de voedselketen en het ecologisch evenwicht verstoren", zo zei Weiss in "Eos". 

Zes bedreigde soorten zoetwatermosselen uit de VS (Foto: USFWS).

Hoe wijdverspreid is verzuring?

De onderzoekers willen nu bekijken hoe wijdverspreid de verzuring van meren is. Het is immers absoluut niet zeker dat meren overal ter wereld een even grote stijging kennen van het CO2-gehalte als die in de vier onderzochte Duitse stuwmeren. 

Emily Stanley, een zoetwater-ecoloog aan de University of Wisconsin - Madison, publiceerde in november een onderzoek naar de CO2-niveaus in meren in Wisconsin. Tussen 1986 en 2011 vond ze geen enkele betekenisvolle verandering in dat niveau in al de onderzochte meren. 

Dat afwijkende resultaat wijst op de complexe chemische processen in zoetwatermeren, die sterk kunnen verschillen tussen het ene meer en het andere. Zo is het bijvoorbeeld een feit dat meren en rivieren CO2 opnemen uit de atmosfeer, maar sommige meren nemen het gas ook op uit de omliggende grond. 

Ook zorgen de chemische processen in sommige meren ervoor dat een grote hoeveelheid CO2 omgezet wordt in andere verbindingen. Sommige meren en rivieren hebben bijvoorbeeld veel waterplanten, die CO2 opnemen en onttrekken aan het water, terwijl in andere meren microben zitten die net meer van het gas aanmaken. 

En om de zaken nog ingewikkelder te maken, kan het CO2-gehalte in een bepaald meer dramatisch veranderen door veranderingen in de temperatuur en andere omstandigheden. "Er bestaan meren waar het CO2-gehalte 's nachts toeneemt met een factor tien", zei doctor Hasler. 

Het Sorpe-stuwmeer (Foto: Volker Polednik/WIkimedia).

Beangstigend

Volgens bioloog Hasler stelt de nieuwe studie een belangrijke, onbeantwoorde vraag aan de orde, namelijk welk CO2-gehalte schadelijk kan zijn voor het zoetwaterleven. "Deze studie is erg belangrijk omdat ze begint aan te tonen waar die niveaus zouden kunnen liggen", zo zei hij. 

De leider van de studie, Linda Weiss, waarschuwde ervoor dat het niet mogelijk is vergaande conclusies te trekken uit deze eerste resultaten. "Ik denk dat de studie die we gepubliceerd hebben, de deuren moet openen", zo zei ze. "Ik hoop dat andere onderzoekers ons voorbeeld zullen volgen."

Doctor Emily Stanley gaat ervan uit dat naarmate de CO2-concentraties de komende tientallen jaren zullen toenemen, we een meer genuanceerd beeld te zien zullen krijgen. "Ik weet eerlijk gezegd niet waar we naartoe gaan", zo zei ze. "Ik zou waarschijnlijk mijn geld inzetten op een toegenomen veranderlijkheid van meer tot meer. Ze zullen gewoon meer extreem worden."

Stanley is er wel niet gerust op, en ze vindt dat de mensheid een enorm, niet gepland experiment aan het uitvoeren is met onze meren en rivieren. "We zijn aan het rotzooien met de chemische fundamenten zelf van deze ecosystemen. Momenteel weten we nog niet genoeg om te weten waar we naartoe gaan. Voor mij is dat wetenschappelijk gezien erg interessant, maar als mens vind ik het toch een beetje beangstigend."

De studie van Weiss en haar collega's is gepubliceerd in "Current Biology".