Kringlopen in de oceaan

De oceaan is het grootste actieve reservoir voor veel stoffen — koolstof, water, zuurstof, fosfor — en is daardoor een centrale schakel in vrijwel elke kringloop. De biologische pomp brengt koolstof uit het oppervlak naar de diepte; opgeloste CO₂ verzuurt zeewater wanneer er meer wordt opgenomen.

De oceaan als reservoir

Wat in de oceaan zit, is moeilijk te overzien op land. De waterkolom is gemiddeld kilometers diep, en de uitwisselingstijden lopen sterk uiteen. Het oppervlaktewater is in directe uitwisseling met de atmosfeer en met fytoplankton; de diepe oceaan blijft eeuwen of millennia min of meer geïsoleerd. Daardoor hangt de reactie van de oceaan op atmosferische veranderingen sterk af van welk deel je bekijkt.

Het oppervlaktewater wisselt CO₂ uit met de lucht in beide richtingen. Koud water neemt meer CO₂ op dan warm water; daarom geeft het oceaanoppervlak in de tropen netto CO₂ af, en neemt het in koudere zones, vooral op hoge breedtegraden, juist op.

De biologische pomp

Aan het oppervlak nemen fytoplanktoncellen CO₂ op via fotosynthese. Ze worden gegeten door zoöplankton, of sterven en zinken naar de diepte. Daarbij neemt elke kilometer dieper materie en koolstof mee uit de bovenste laag. Dat zinkende materiaal heet marine sneeuw.

Op de zeebodem wordt het meeste organisch materiaal alsnog door bacteriën afgebroken, met afgifte van CO₂ in het diepe water. Een klein deel raakt begraven in sediment en is daarmee voor lange tijd uit de actieve koolstofkringloop verwijderd. Dit proces — de biologische pomp — is een netto CO₂-onttrekking uit de atmosfeer, op tijdschalen van eeuwen tot miljoenen jaren.

Oceaancirculatie

De oceaan is niet stilstaand. Wereldwijd circuleert water tussen oppervlak en diepte via dichtheidsverschillen — koud, zout water aan de poolzijde zinkt, warmer water keert terug. Dit is de zogenoemde thermohaliene circulatie. Een complete cyclus duurt eeuwen tot meer dan een millennium. Door die circulatie verspreidt warmte zich, maar ook opgeloste stoffen, voedingsstoffen en zuurstof.

Op kleinere schaal speelt opwelling: kuststromen die diep, voedselrijk water naar het oppervlak brengen. Voor de kust van Peru en Namibië voedt opwelling intens fytoplanktonleven, en daarmee een rijke visserij.

Oceaanverzuring

Wanneer extra CO₂ in zeewater oplost, vormt het koolzuur (H₂CO₃), dat verder dissocieert tot waterstofcarbonaat (HCO₃⁻) en H⁺. Dat laatste verlaagt de pH. Sinds de industriële revolutie is de gemiddelde pH van het oceaanoppervlak iets gedaald — een meetbare verzuring, hoewel zeewater chemisch nog basisch blijft.

Voor schelpdieren, koraal en andere kalkvormende organismen is dit een directe stressor: in zuurder water is calciumcarbonaat moeilijker af te zetten en makkelijker oplosbaar. Onderzoek bij onder andere NIOZ richt zich op de gevolgen voor mariene ecosystemen.

Andere kringlopen in zee

De oceaan is even centraal in de stikstofkringloop als in de koolstofkringloop. Cyanobacteriën binden N₂; denitrificatie en anammox-processen halen het er weer uit als N₂. Voor de fosforkringloop is de zee het eindstation van wat van het land afspoelt; tegelijk is fosfor in zee vaak een beperkende factor voor productiviteit. Voor de zwavelkringloop is de productie van DMS door zeeplankton een belangrijke bron, met effect op wolkvorming.

Goed om te weten: de oceaan heeft tot nu toe een aanzienlijk deel van de menselijke CO₂-uitstoot opgenomen. Dat dempt de stijging in de atmosfeer, maar betaalt er een prijs voor: oceaanverzuring. Een buffer is geen oplossing.

Menselijke invloed

Behalve CO₂-opname en verzuring spelen overbevissing, vervuiling (plastic, chemische resten, mest), opwarming en zuurstofarme zones (zogeheten dode zones, vaak gevoed door eutrofiering) een rol. De oceaan reageert traag — wat we vandaag toevoegen, beïnvloedt het oceaansysteem nog eeuwen na ons. Onderzoek naar oceaankringlopen wordt onder andere gedaan door NIOZ en in IPCC-rapporten.