Bedreigingen voor de aarde

Al langere tijd weet men dat wij een grote stempel drukken op de aarde. Toch blijft het lastig om de mate van invloed die wij hebben te kwantificeren. Toch is dit essentieel als we willen weten hoe we op een duurzame manier met de aarde om kunnen gaan. Dit is de reden dat Johan Rockström en zijn collega's in 2009 een grensverleggend artikel in het tijdschrift Nature publiceerden, waarin voor het eerst geprobeerd wordt om de veilige werkruimte die de mens op aarde heeft vast te stellen voor negen verschillende processen.

Planetary boundries

In het artikel probeert Rockström met zijn collega's voor negen verschillende bedreigingen planetary boundries vast te stellen. Deze grenzen geven aan wat de veilige werkruimte voor de mens is op aarde voor elk probleem. Omdat veel natuursystemen op aarde niet geleidelijk reageren op bepaalde bedreigingen, maar abrupt reageren als grenzen overschreden worden, is het van belang dat men precies weet hoe ver we kunnen gaan met bepaalde processen, zoals het uitstoten van koolstofdioxide. In het artikel worden negen grote bedreigingen geconstateerd en besproken: klimaatverandering; verlies van biodiversiteit; het beïnvloeden van de stikstof- en fosforkringloop; afname van ozon in de atmosfeer; oceaanverzuring; zoetwatergebruik; verandering in landgebruik; chemische vervuiling en atmosferische vervuiling met stofdeeltjes. Van deze negen problemen komen de onderzoekers tot de conclusie dat voor chemische vervuiling en atmosferische vervuiling op het moment geen grens te bepalen is, omdat er te weinig informatie is over de effecten. Voor de overige zeven bedreigingen, echter, hebben de auteurs wel grenzen kunnen bepalen. De belangrijkste zullen hieronder behandeld worden

Klimaatverandering

De grens van klimaatverandering wordt bepaald aan de hand van twee criteria: de concentratie koolstofdioxide in de atmosfeer en de hoeveelheid warmte die de aarde vasthoudt (radiative forcing) gemeten in watt per vierkante meter. Aan de hand van deze criteria hebben Rockström en zijn collega's gesteld dat de concentratie koolstofdioxide in de atmosfeer niet hoger mag zijn 350 parts per million, en dat de radiative force niet meer dan één watt mag toenemen ten opzichte van de pre-geïndustrialiseerde wereld. Ook komen ze tot de conclusie dat deze beide grenzen momenteel al overschreden worden door de mens: de concentratie koolstofdioxide in de atmosfeer is ongeveer 390 parts per million en de radiative force is momenteel 1,5 watt per vierkante meter.

Deze grenzen zijn gebaseerd op drie argumenten. Ten eerste zijn de auteurs van mening dat klimaatmodellen vaak niet compleet zijn en daardoor te hoog uitkomen in hun schattingen voor grenzen in koolstofdioxide concentratie. Ten tweede weet men uit data dat onze planeet grotendeels ijs-vrij was totdat de atmosferische koolstofdioxide concentratie lager dan 450 parts per million werd, zo'n 50 miljoen jaar geleden. Deze concentratie is niet helemaal zeker, en men gaat er vanuit dat de grenswaarde tussen de 350 en 550 ppm ligt. De auteurs kiezen daarom het zekere voor het onzekere en stellen de planetary boundry op 350 ppm. Ten derde zijn de effecten van klimaatverandering al zichtbaar: gletsjers smelten, de zeespiegel stijgt al en ook de poolkappen verdwijnen al. Dit betekent dus dat we met onze huidige koolstofdioxide uitstoot de grens al overschreden hebben.

Verlies van biodiversiteit

Extinctie is een natuurlijk proces en zou ook zonder mensen plaatsvinden. Wel is het duidelijk dat het verlies van biodiversiteit gigantisch is toegenomen sinds de industriële revolutie. De extinctiesnelheid van tegenwoordig is de hoogste sinds de laatste wereldwijde massa-extinctie. De grootste oorzaken hiervan zijn menselijk handelen. Zo heeft het omvormen van natuurlijk ecosysteem tot landbouwgrond of stadsgebied een negatieve impact op veel soorten, die hun habitat verliezen en daardoor bedreigd raken. Ook het introduceren van nieuwe soorten in ecosystemen door de mens kans het systeem verstoren en leiden tot extinctie van kwetsbare soorten.

Maar waarom is verlies van biodiversiteit een wereldwijd probleem? Het vindt toch lokaal plaats? Dat klopt, maar het verlies van lokale biodiversiteit leidt volgens wetenschappers tot een verzwakking van het systeem aarde. Hierdoor kan dit systeem nog vatbaarder raken voor andere bedreigingen, zoals klimaatverandering. Men weet tegenwoordig dat een brede mix van soorten essentieel is voor de weerbaarheid van ecosystemen, maar het is moeilijk om een grens te bepalen. Daarom gebruiken de auteurs extinctiesnelheid om de grens te bepalen. De normale extinctiesnelheid is ongeveer 0,2-0,5 extincties per miljoen soorten per jaar. Tegenwoordig is dat ongeveer honderd keer zo groot. Op basis van de normale extinctiesnelheid hebben de onderzoekers bepaald dat de grens op ongeveer tien keer de normale extinctiesnelheid ligt. Ook deze grens is dus al overschreden, aangezien de extinctiesnelheid tegenwoordig niet 10 keer, maar 100 keer zo hoog ligt als normaal.

Stikstof- en fosforkringloop

De moderne landbouw is de oorzaak van grootschalige fosfor- en stikstofvervuiling.

Stikstof

Door menselijk handelen wordt elk kaar ongeveer 120 miljoen ton stikstof uit de atmosfeer vastgelegd voor het produceren van bijvoorbeeld kunstmest. Veel van deze stikstof komt uiteindelijk terecht in het milieu, waar het accumuleert in water en in bodems en zorgt voor veranderingen. Voorbeelden hiervan zijn het vertroebelen van water, het ontstaan van zuurstoftekort in zeeën en eutrofiëring. Vanwege deze problemen is het volgens de auteurs van groot belang om de grens voor stikstoffixatie vast te stellen. Deze grens wordt gesteld op 35 miljoen ton stikstof per jaar, bijna een kwart van de huidige jaarlijkse stikstoffixatie. Tot deze hoeveelheid zou de stikstofkringloop op aarde niet verstoord raken.

Fosfor

Fosfor is, in tegenstelling tot stikstof, een mineraal dar gewonnen wordt uit rotsen. Het speelt een grote rol in kunstmest, maar zit bijvoorbeeld ook in tandpasta. Van de ongeveer 20 miljoen ton fosfor die jaarlijks wordt gewonnen, komt 8,5-9,5 miljoen ton in de oceaan terecht, ongeveer acht keer de normale flux van fosfor in de oceaan. Uit het verleden weet men dat fosforoverschot in de oceaan hoogstwaarschijnlijk verantwoordelijk geweest is voor massa-extincties, omdat te veel fosfor anoxia tot gevolg kan hebben. Modellen hebben laten zien dat een toename van twintig procent in de fosforflux naar de oceaan al kon leiden tot anoxia in het verleden. Volgens de auteurs is een vertienvoudigde influx van fosfor per jaar in de oceaan de grens, omdat het bij hogere influx zal leiden tot anoxia in de oceanen en massale sterfte bij mariene organismen. Momenteel zit de mens net onder deze grens van 11 miljoen ton per jaar, maar dat zal niet lang meer duren als er geen maatregelen tegen fosforgebruik genomen worden, volgens Rockström en collega's.'

En nu?

Dit artikel is het begin van een nieuw onderzoeksveld geweest, dat onderzoek doet naar planetary boundries. De auteurs menen dat er samenhang is tussen de verschillende grenzen, maar kunnen deze nog niet kwantificeren. Dat is dus iets wat nog onderzocht moet worden. Het nieuwe onderzoeksveld is uniek, omdat het drie belangrijke domeinen omvat: het bepalen van menselijke activiteiten, het begrijpen van de processen op aarde en het kwantificeren van de weerbaarheid van de aarde. Op basis van deze drie domeinen kan men nog veel meer te weten komen over de grenzen en zal nog veel meer duidelijk worden over de staat waarin de verhouding tussen mens en aarde verkeert momenteel.

Lees verder

• Jared Diamond: portret van de schrijver