Het systeem Aarde is behoorlijk stabiel

Een van de meer curieuze afkortingen uit het wetenschappelijkabracadabra is PIONIER, wat staat voor 'Persoonsgerichte Impulsvoor Onderzoeksgroepen met Nieuwe Ideen voor Excellente Research'.In 1989 werd de Pionier-subsidie door onderzoeksorganisatie NWO inhet leven geroepen om jonge, veelbelovende onderzoekers ervaring telaten opdoen als leider van een omvangrijk onderzoeksproject.Inmiddels zijn landelijk meer dan honderd PIONIER-subsidies vanrond anderhalf miljoen gulden per persoon uitgereikt, waarvanvijfentwintig aan Utrechtse onderzoekers. Dit jaar zijn in Utrechtvier nieuwe 'Pioniers' van start gegaan. Als eerste presenteert hetUblad deze week geochemicus Philippe van Cappellen.

In een Nederlandse sloot heet fosfaat'milieuvervuiling', maar fosfaat in de oceanen is van vitaal belangvoor het leven op aarde. Hoe dat precies zit, daar kan geochemicusprof.dr. Philippe van Cappellen alles over vertellen. Met eenPioniersbeurs op zak gaat hij verder onderzoek doen naarwereldwijde effecten van op het eerste gezicht kleinschaligeprocessen.

Van Cappellen, die als geochemicus verbonden is aan de faculteitAardwetenschappen, houdt zich in het bijzonder bezig met chemischereacties in de oceaanbodem en het zogenaamde Gaia-principe. VanCappellen: "Het Gaia-idee van James Lovelock uit de jaren zeventigbehelst dat de planeet Aarde zichzelf geschikt houdt voor hetleven. Om een voorbeeld te noemen: de afgelopen 500 miljoen jaar ishet aandeel van zuurstof in de atmosfeer, eenvijfde, vrijwel gelijkgebleven. En dat is helemaal niet zo logisch. De opbouw en afbraakvan zuurstof verlopen namelijk in een heel hoog tempo, het lijkteen heel instabiel evenwicht. Het antwoord op de vraag hoe dateigenlijk kan werd gezoch in een Gaia-achtige terugkoppeling.

"Maar het Gaia-principe, miste een gedegen geologischeonderbouwing. De new age-beweging is toen aan de haal gegaan methet principe, daarom heeft het nu zo'n zweverige bijklank. MaarLovelocks intutie dat wereldwijde terugkoppelingen eenstabiliserend effect op ons milieu hebben, raakt steeds stevigerwetenschappelijk gefundeerd."

Wasmiddel

De van oorsprong Belgische onderzoeker heeft een flinke steenbijgedragen aan die fundering. De theorie begint met zuurstof datvanuit de lucht oplost in de oceanen. Via het water dringt langzaamzuurstof door in de oceaanbodem. Daar reageert de stof met metalenals ijzer en mangaan, zo ontstaan ijzeroxide en mangaanoxide.Fosfaat bindt zich aan deze twee oxides. Bovendien nemen bacterinin de bodem fosfaat op. Resultaat van deze twee processen: in debodem zit heel veel fosfaat en zuurstofmakende planten in de oceaanhebben erg weinig van de voedingsstof. Het is deze keten vanreacties die Van Cappellen aan het denken zette. "Stel nu dat eropeens minder zuurstof in de atmosfeer zou zijn", zegt deonderzoeker. "De hoeveelheid zuurstof in de oceaan en daarmee in deoceaanbodem zou dan ook afnemen. Dan zijn er minder oxides, en kaner minder fosfaat vastgehouden worden. Verder nemen bacterin bijzuurstoftekort minder fosfaat op." Kortom: het sediment 'laat hetfosfaat los' en dat lost op in de oceaan. Dan komt het Gaia-achtigeproces om de hoek kijken. Door het extra fosfaat in de oceaan, gaanallerlei zuurstofproducerende organismen beter groeien, defotosynthese in de oceaan neemt enorm toe. De toegenomenzuurstofproduktie compenseert de zuurstofdaling aan het begin. "Zoblijft de hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer constant dankzij eenwisselwerking van geologische en biologische processen", vat VanCappellen de terugkoppeling samen. "Bovendien geldt omgekeerdhetzelfde: als er meer zuurstof in de atmosfeer komt, draaien alleprocessen om en blijft het percentage zuurstof in de lucht ookgelijk." De hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer loopt zo aan deleiband van het fosfaatgehalte. Dat is ook de reden dat fosfaten inwasmiddel 'slecht' zijn. Een fabriek die zijn afvalwater loost inde naastgelegen sloot, veroorzaakt daar een zuurstoftekort. Binnende kortste keren zit de sloot namelijk vol met algen. Omdat in hetafvalwater (net als in rioolwater) fosfaat zit, gaan vooral algenuitbundig groeien. Dat betekent dat ze grote hoeveelheden organischmateriaal maken. Als dat vervolgens met behulp van zuurstofverteerd wordt, blijft er geen zuurstof meer over voor vissen enandere organismen. Die leggen zo het loodje. In de oceaan waarweinig zuurstof is, gaan door extra fosfaten de zuurstofmakendeorganismen harder groeien zodat er extra zuurstof komt. In eenNederlandse sloot waar al voldoende O2 is, zorgen fosfaten ervoordat algen alles overwoekeren.

Algen

Maar dat gebeurt niet alleen in Nederland, vertelt VanCappellen. "In de kuststrook van de Golf van Mexico bij de mondingvan rivieren is een explosieve groei van rode algen te zien.Doordat boeren water van de rivier aftappen om hun land teirrigeren, vermindert de hoeveelheid water die de golf instroomt.Het ecosysteem in het kustwater verandert daardoor zodanig datalgen de overhand krijgen boven vissen." Zijn onderzoek naarbodemprocessen brengt Van Cappellen ook op het gebied van dekwaliteit van het grondwater. Steeds meer bewoners op aarde zijnvoor hun drinkwater afhankelijk van grondwater, terwijl daarvoorheen vooral rivieren en meren voor benut werden. Waar dat toekan leiden legt Van Cappellen uit: "In India zie je dat rondCalcutta steeds dieper geboord moet worden om nog niet-vervuilddrinkwater te vinden. Aan de ene kant neemt de bevolking snel toeen is er meer water nodig. Aan de andere kant produceert eengrotere bevolking steeds meer afvalwater dat de bodem insijpelt enuiteindelijk het grondwater bereikt. De vervuiling neemt daardooralleen maar toe. Deze twee effecten bijten elkaar, het houdt eenkeer op." Van Cappellen verwijt politici te weinig oog te hebbenvoor dit soort problemen. Afgelopen maart was Nederland gastheervan het Wereld Water Forum in Den Haag. De 'schoondrinkwater'-problematiek is daar uitgebreid besproken, maar VanCappellen is niet helemaal tevreden: "Het huidige debat draait rondde vraag of er wel genoeg drinkwater is, terwijl ik me ook zorgenmaak over de langzame verslechtering van de kwaliteit van debeschikbare grondwater reserves."

Kernafval

Van Cappellen weet waarover hij spreekt. Een deel van zijnPionier-project spitst zich toe op de vraag hoe giftige stoffenzich verspreiden door het grondwater. Uranium, een afvalprodukt vande kernindustrie, blijkt in een zuurstofarme omgeving voornamelijkin de onoplosbare vorm voor te komen. Bepaalde bacterin zorgenervoor dat uranium in een vaste vorm neerslaat waardoor het nietlanger oplost in water en dus niet met de stroming kan wordenverspreid. "De ene kant van dit onderzoek is nogal fundamenteel, wewillen leren hoe bacterin met metalen omgaan. Daarnaast is erinternationaal veel vraag naar kennis over de gevaren vankernafval", schetst Van Cappellen de reden van het onderzoek."Bovendien kunnen we met de kennis die we in dit project opdoenstraks ook voorspellen wanneer ons grondwater eventueel bedreigdwordt door bijvoorbeeld arseen of chromium." Maar Van Cappellenschetst geen doemscenario's voor de leefbaarheid van de aarde."Door alle stabiliserende terugkoppelingen is het 'Systeem Aarde'behoorlijk stabiel, het kan best tegen een stootje. Maar degeologische en biologische 'Gaia'-processen zijn gevoelig voorklimaatveranderingen. Als door menselijk toedoen de Aarde opwarmt,zoals nu gebeurt, dan staan ons nog wel verrassingen te wachten",waarschuwt de geochemicus tot slot.

Rinze Benedictus