Vrijwel zuurstofloze stukken oceaanwater zijn in de afgelopen vijftig jaar vier keer zo groot geworden. Daarnaast breiden ook sterk zuurstofarme gebieden snel uit. In de jaren zestig waren dit er wereldwijd 45; nu zevenhonderd - zestien keer zo veel. Het zuurstofverlies heeft grote gevolgen voor vissen en ander oceaanleven, waarschuwt de internationale unie voor natuurbescherming (IUCN).

We denken bij de gevolgen van klimaatverandering voor de oceanen al gauw aan zeespiegelstijging, maar dat is vooral een zorg voor laaggelegen kustgebieden: de oceanen zelf merken er betrekkelijk weinig van als het waterpeil hoger komt te liggen.

Onder het wateroppervlak spelen andere gevolgen van klimaatverandering, die wel grote gevolgen hebben voor de samenstelling en leefomstandigheden van de oceanen. Zo kunnen belangrijke oceaanstromingen afzwakken door veranderingen in het zoutgehalte en de temperatuur van het water.

In september verscheen een speciaal rapport over de oceanen van VN-klimaatpanel IPCC, waarin onder andere gewezen werd op de meetbare 'verzuring' van het oceaanwater. Die oceaanverzuring is een direct gevolg van steeds hogere concentraties CO2 - niet alleen in de atmosfeer, maar ook in het oceaanwater, dat zo'n 30 procent van de CO2 die wij uitstoten opneemt. In het water lost het CO2 op tot koolzuur. Gevolg: sinds 1980 worden de oceanen elke tien jaar 0,02 pH zuurder, en dat is slecht nieuws voor onder andere koraalriffen.

Zuurstofafname bedreigt grote snelle vissoorten, terwijl kwallen profiteren

Daar kwam afgelopen weekend tijdens de klimaattop in Madrid een waarschuwing bovenop: de oceanen worden niet alleen zuurder, ze worden ook zuurstofarmer, een direct gevolg van de stijgende temperaturen. Dat heeft grote gevolgen voor de ecologie, zegt IUCN in een zaterdag gepubliceerd rapport.

De omvang van zogeheten dead zones - waar door zeer lage zuurstofconcentraties vrijwel geen vissen kunnen leven - is in vijftig jaar tijd verviervoudigd. Het oppervlak van zuurstofarme gebieden, waar ook ecologische gevolgen optreden, is nog vier keer zo sterk toegenomen. Hypoxia en anoxia zijn de wetenschappelijke termen voor respectievelijk zuurstofarme en zuurstofloze zones in de oceanen.

De zuurstofafname bedreigt kwetsbare vispopulaties, en ook de visserijsector. Relatief grote vissoorten met hoge energiebehoefte, zoals tonijn, zeilvissen en haaien, hebben een hoger zuurstofgebruik. Deze vissoorten zijn volgens IUCN dan ook extra kwetsbaar voor zuurstofarme omstandigheden. Door het wegvallen van vissen kunnen kwallen en microben - die zelf maar weinig zuurstof nodig hebben - juist toenemen in zuurstofarm oceaanwater. Op zoek naar zuurstofrijk water komen vissen bovendien steeds dichter aan het oppervlak, waardoor de kwetsbaarheid voor overbevissing toeneemt, zegt IUCN.

Tegen het einde van de eeuw kan het zuurstofgehalte van de oceanen gemiddeld 4 procent lager liggen, maar de gevolgen zijn lokaal veel sterker, en de grootste veranderingen spelen in de bovenste 1.000 meter van het oceaanwater en in relatief koude wateren op hogere breedtegraden - vaak gebieden met nu nog relatief grote vispopulaties.

Drijvende warmwaterlaag verhindert zuurstoftoevoer naar diepte

De oorzaken zijn watervervuiling en opwarming van het oceaanwater, als gevolg van de wereldwijde klimaatverandering. Die temperatuurstijging heeft een direct en een indirect gevolg. Het directe gevolg is dat de oplosbaarheid van zuurstof in warmer water afneemt. Zo is de maximale hoeveelheid zuurstof die water kan bevatten bij 30 graden nog maar half zo hoog als bij water van 1 graad, en is tegen het kookpunt alle zuurstof verdwenen. Een opwarming van enkele graden kan zo ook enkele procenten zuurstofverlies veroorzaken.

De andere reden is de toenemende 'gelaagdheid' van oceaanwater. Omdat de extra warmte vanuit de atmosfeer in het water binnendringt, warmt de bovenste waterlaag het sterkst op. Omdat warmer water een beetje uitzet, krijgt deze bovenste waterlaag een lager gewicht. De warme waterlaag blijft zo 'drijven' op het diepere, koudere water eronder, waardoor de waterlagen minder mengen.

Dat is belangrijk voor de zuurstofvoorziening van de oceanen, omdat op grote diepte geen zonlicht doordringt en dus ook (door plankton) geen zuurstof geproduceerd kan worden. Minder uitwisseling van oppervlaktewater betekent dus ook een lagere zuurstoftoevoer naar de diepere waterlagen.

Langs dichtbevolkte kustgebieden speelt naast de opwarming van het water nog een andere oorzaak: vervuiling. Zo brengen grote rivieren tegenwoordig veel meststoffen van riolen en de landbouw mee de zee in. Dit leidt tot kortstondige algenbloei, waarbij algen heel snel toenemen en direct weer afsterven. Kustwater wordt hierdoor troebeler en rottingsprocessen nemen toe. Bij de rotting wordt zuurstof aan het water onttrokken, terwijl planten en plankton in troebeler water minder zonlicht ontvangen om zuurstof te produceren.

Anoxia komt van nature vooral voor in diepe, afgesloten binnenzeeën

Zuurstofloze en zuurstofarme zones komen van nature voor in de oceanen, vooral in diepe en afgesloten binnenzeeën, zoals de Zwarte Zee en de zeer diepe bodem van Noorse fjorden. Uit onderzoek van de geologische geschiedenis van de aarde zijn een aantal andere periodes bekend waarin zuurstofarm water zich verspreidde over grotere oceaanoppervlakten.

Het extreemste voorbeeld is de massale uitstervingsgolf op het einde van het perm, 250 miljoen jaar geleden. Oceaananoxia was toen een gevolg van sterk gestegen CO2-concentraties door intens vulkanisme en massale bosbranden. In de zuurstofarme oceanen ontstond een verschuiving naar bacteriesoorten die zwavelverbindingen produceren, met weer grote gevolgen voor de atmosfeer.