Pier Vellinga (1950) werkte lang voor het Waterloopkundig Laboratorium, dat opgegaan is in Deltares, adviseerde de NAM over bodemdaling door gaswinning bij Ameland en Schiermonnikoog (‘beperkt effect in verhouding tot de natuurlijke dynamiek en te compenseren met extra zandsuppleties’) en bracht advies uit aan Natuurmonumenten over behoud van het ooit bewoonde, maar afkalvende vogeleiland Griend ten zuidwesten van Terschelling. Natuurmonumenten wilde het eiland behouden met een ‘harde verdediging’ (stenen wal). Vellinga en collega’s adviseerden een ‘zachte verdediging’ in de vorm van zandsuppleties. Dat advies is opgevolgd en werkt goed. Het eiland is daarna weer gegroeid. Vanaf begin jaren 1980 specialiseerde Vellinga zich in de oorzaken en effecten van klimaatverandering en zeespiegelstijging. In 1988 was hij medeoprichter van het IPCC. In 1991 werd hij hoogleraar Klimaatverandering aan de Vrije Universiteit en in 2008 hoogleraar Aardsysteemkunde in Wageningen. Hij leidde onderzoeksprogramma’s over de aanpassing aan klimaatverandering en zeespiegelstijging (Kennis voor Klimaat en Ruimte voor Klimaat). Die trajecten leverden de wetenschappelijke basis voor het rapport van de Tweede Deltacommissie (de commissie-Veerman). Als bestuurslid van de Waddenacademie initieerde Pier Vellinga studies naar effecten van klimaatverandering en bodemdaling voor de Waddenzee, en de vastelandkust.
Verdrinkt de Waddenzee?
Interview met Pier Vellinga en Ad van der Spek
De Waddenzee is een zeldzaam en kwetsbaar ecosysteem. Dat zou kunnen verdrinken door zeespiegelstijging en bodemdaling. Tenzij het ‘meegroeit’. Dat kan alleen bij voldoende sediment en transportcapaciteit. Hoe kijken twee experts aan tegen de toekomst van de Waddenzee?
Pier Vellinga en Ad van der Spek houden zich al sinds de jaren 1980 bezig met de ontwikkeling van kust- en getijdegebieden zoals de Waddenzee, vooral in relatie tot klimaatverandering en zeespiegelstijging. Vellinga is van huis uit kustmorfoloog en promoveerde op duinafslag tijdens stormvloeden. Van der Spek is zeebodemgeoloog en schreef een proefschrift over het effect van versnelde zeespiegelstijging op waddensystemen na de laatste ijstijd. Ik wilde beide experts spreken in een dubbelinterview, maar door de coronacrisis werden het afzonderlijke e-mail-interviews.
Kwetsbaar ecosysteem
Waddenzeeën of intergetijdengebieden komen over de hele wereld voor langs ondiepe kusten. Ze ontstaan door een subtiel samenspel van water, getij, wind en sediment. Bij eb vallen grote delen droog om bij vloed weer onder te lopen. Een waddengebied wordt beschermd door een rij uit duinen bestaande eilanden, barrier islands of waddeneilanden. Er bestaan wereldwijd ongeveer vijftien waddengebieden die qua grootte en vogelrijkdom vergelijkbaar zijn met de Waddenzee. Het grootste omzoomde de Gele Zee, maar sinds de Chinezen en Koreanen daarvan grote delen hebben ingepolderd, is de Waddenzee tussen Den Helder en Esbjerg het grootste en belangrijkste intergetijdegebied ter wereld.
Waddengebieden zijn kwetsbare ecosystemen en gevoelig voor zeespiegelstijging en bodemdaling. Daardoor kan het areaal droogvallende platen waarop vogels als de rosse grutto en andere steltlopers foerageren immers afnemen. Als de platen daarnaast ook lager worden, vallen ze korter droog. Dat tast de ecologische draagkracht van het systeem voor vogels aan. De beschikbaarheid van voedsel in de vorm van bodemdieren hangt niet alleen van het areaal platen af. Door klimaatveranderingen veranderen ook parameters als temperatuur, zuurgraad en troebelheid van het water. Daardoor kunnen bestaande soorten verdwijnen en nieuwe verschijnen.
Vraag en aanbod sediment
Het areaal en de hoogte van de droogvallende platen worden volgens Van der Spek bepaald door vraag en aanbod van sediment (zand en slib) en de transportcapaciteit (getij, stroming, golven). ‘De Waddenzee is een sediment-delend systeem (figuur 1); zand en slib worden van buiten aangevoerd en binnen getijdebekkens afgezet. Is er binnen een bekken ruimte om sediment af te zetten (vraag) en het is beschikbaar (aanbod), dan wordt het aangevoerd en afgezet, tenminste als er voldoende transportcapaciteit is. Wanneer het aanbod groter is dan de vraag, vullen de getijdebekkens zich en groeien de platen. Als het aanbod kleiner is dan de vraag, breiden de getijdebekkens zich uit en slinken de platen. Zijn vraag en aanbod in balans, dan blijft het systeem stabiel.’
Van de Spek maakt een onderscheid tussen netto- en brutoveranderingen. ‘In de Waddenzee worden doorlopend grote hoeveelheden zand en slib verplaatst, maar die leiden meestal niet tot blijvende veranderingen of andere patronen. Hoeveel er verplaatst wordt en wat precies, zand of slib, hangt van lokale omstandigheden af. Is er een geul vlakbij die constant sediment aanvoert of moet het sediment over grote afstanden over platen worden getransporteerd? Is het rustig zodat sediment kan bezinken? Daarnaast is het wad altijd in beweging: geulen verplaatsen zich, golven eroderen platen bij harde wind, platen groeien aan bij rustig weer. Ten slotte spelen ook levende organismen een rol. Plakkerige algenmatten vangen slibdeeltjes in, net als kwelderplanten. Bodemdieren kunnen sediment vatbaarder maken voor of juist beter bestand tegen erosie. Zo veranderen de verdeling van geulen en platen, en de sedimentsamenstelling voortdurend. En dat heeft weer gevolgen voor de planten en dieren die daar leven en de soorten die daar weer van afhankelijk zijn.’
Ad van der Spek (1961) is marien geoloog en specialiseerde zich na zijn proefschrift over de Waddenzee (1994) in langetermijnontwikkelingen van kusten en getijdebekkens – behalve in Nederland ook in Oost- en Zuidoost-Azië, vooral Indonesië en China. Hij is bij uitstek deskundig op het gebied van de sedimenthuishouding van de Waddenzee. Van der Spek werkte bij Rijkswaterstaat, de Universiteit Utrecht, de Rijksgeologische Dienst, TNO en sinds 2008 bij Deltares. In 2018 verzorgde hij een themanummer van het Netherlands Journal of Geosciences over de toekomt van de Waddenzee.
Zeespiegelstijging
Of de Waddenzee ‘verdrinkt’ is op de eerste plaats afhankelijk van de zeespiegelstijging. Hoeveel stijging kunnen we verwachten en hoeveel kan de Waddenzee aan? Vellinga: ‘Vanuit het verleden weten we dat ondiepe kustgebieden als de Waddenzee bij relatief snelle zeespiegelstijgingen vanuit zee worden “opgerold”. De Waddeneilanden migreren naar binnen, de zee erachter wordt kleiner. In de afgelopen eeuwen steeg de zeespiegel in de Noordzee inclusief de Waddenzee langzaam, met 1 à 2 millimeter per jaar. Door voldoende sedimentaanvoer kon de Waddenzee dat bijhouden. Bij een stijging veel groter dan 2 millimeter per jaar is dat echter de vraag en bij een stijging van 10 millimeter of meer zal dat vrijwel zeker niet zo zijn.’
Dat de zeespiegel stijgt, staat vast, maar hoeveel en hoe snel is onzeker. Ook stijgt de zeespiegel niet overal even veel. De stijging in de Noordzee en Waddenzee kan afwijken van het mondiale gemiddelde. Er kan sprake zijn van regionale uitvergroting of afzwakking. Vellinga: ‘Ik houd me sinds 1983 bezig met zeespiegelscenario’s en heb ook trends in de wisselende voorspellingen geanalyseerd. Mondiaal meten we een forse versnelling: van 2 millimeter per jaar vóór 1990 naar 3 millimeter tussen 1990 en 2010 en 4 millimeter nu. De Noordzee en Waddenzee blijven tot nu toe enigszins achter. De stijging is daar nog ongeveer 2 millimeter per jaar. Dat achterblijven kan volgens mij niet lang meer duren. Daarom verwacht ik dat de stijging zal toenemen tot 4 à 5 millimeter tussen 2030 en 2050, en 10 à 20 millimeter per jaar tussen 2050 en 2080, afhankelijk van de emissiebeperkingen. Als we de afspraken van Parijs realiseren, komen we na 2080 uit op 10 millimeter; als we ze niet halen op 10 à 40 millimeter per jaar.
Een getijdebekken of kombergingsgebied wordt via één zeegat (opening tussen twee Waddeneilanden) van water voorzien. Het bestaat uit een stelsel van geulen en platen en wordt aan beide kanten begrensd door een wantij, de zone waar twee getijdestromen elkaar tijdens de vloed ontmoeten. Bij vloed lopen de getijdegebieden vol, bij eb leeg. Qua water- en sedimenthuishouding en ecologische omstandigheden vormen ze een eenheid. De hele Waddenzee telt 39 getijdebekkens waarvan er 10 in Nederland liggen.
De werkelijkheid kan flink afwijken vanwege allerlei niet-lineaire terugkoppelingen. Bij veel verstoringen is er in het begin sprake van lineaire, directe verbanden tussen een verstoring en het effect ervan, bijvoorbeeld tussen temperatuurstijging en zeespiegelstijging. Daarna krijg je terugkoppelingen, die kunnen resulteren in een zeer grillig verloop van de zeespiegelstijging. Bij de wisseling van koude en warme perioden na de ijstijden varieerden de snelheden van heel weinig tot 4 meter per eeuw. Van de niet-lineaire wisselwerkingen weten we nog te weinig om concrete uitspraken te doen.
Een voorbeeld van een niet-lineaire wisselwerking is het afsmelten van de ijskappen. Door het smelten worden ze lager. Daardoor wordt de top van de ijskap minder koud. Neerslag die normaal valt in de vorm van sneeuw, valt daardoor vaker als regen. Dat versnelt het smeltproces waardoor de bovenkant nog sneller daalt, het minder gaat sneeuwen en vaker gaat regenen enzovoorts.
Tot 2050 stijgen de Noordzee en Waddenzee minder snel dan het mondiale gemiddelde. Dat komt vermoedelijk door de nabijheid van de 3 kilometer dikke ijskap op Groenland. Die massa trekt zeewater aan. Dat verlaagt de zeespiegel tot op de 40e breedtegraad. Dit effect vermindert als de ijskap op Groenland smelt. Over enkele decennia wordt het afsmelteffect van de ijskap op Antarctica dominant voor de Noordzee en Waddenzee. Dan gaat de zeespiegel bij Antarctica dalen en op het Noordelijk halfrond sterker stijgen dan het mondiaal gemiddelde. De ijskap van Groenland heeft een watervolume voor 6 meter zeespiegelstijging, die van Antarctica voor 60 meter.’
Bodemdaling
Behalve de zeespiegelstijging is ook de bodemdaling van belang, zowel de natuurlijke als die veroorzaakt door gas- en zoutwinning. Samen geeft dat een relatieve zeespiegelstijging. De natuurlijke bodemdaling bestaat uit het inklinken van sedimentpakketten (compactie), geotektonische bewegingen (kanteling van Nederland op de rand van het Noordzeebekken) en herstel van het isostatisch evenwicht door het opveren van Scandinavië na de laatste ijstijd, waarin een kilometers dikke ijskap het land naar beneden drukte. Over de afgelopen millennia bedroeg de natuurlijke bodemdaling gemiddeld iets minder dan 1 millimeter per jaar. De bodemdaling door gaswinning is volgens Vellinga ‘klein bier’ vergeleken met de effecten van zeespiegelstijging, maar wel met hetzelfde ongewenste effect. De bodemdaling door zoutwinning is veel groter, maar treedt op in een veel beperkter gebied. ‘Het gaat om enkele tientallen centimeters tot 0,7 à 1 meter in het hart van de daling en een “kuil” van 10 tot 20 vierkante kilometer . Dat geeft lokaal veel dynamiek, maar op macroschaal is er voldoende sediment om de kuil op te vullen. Toch is het een aanslag op de beschikbaarheid van het sedimentbudget en het eigen vermogen van de Waddenzee. Het systeem wordt kwetsbaarder voor volgende aanslagen. Stoppen met gas- en zoutwinning zou voor een sterkere sedimentbuffer zorgen. Wereldwijd nemen intergetijdegebieden in hoog tempo af door landaanwinning en inpoldering. Je zou kunnen zeggen dat Nederland zijn deel daarin ruimschoots gehad heeft en zijn ondiepe kustgebied moet koesteren.’
Meegroeivermogen
‘Of de Waddenzee de relatieve zeespiegelstijging kan bijhouden en voldoende meegroeivermogen heeft, hangt af van de aanvoer en afzetting van sediment uit de Noordzee’, legt Vellinga uit. ‘Het (zwaardere) zand is afkomstig van de erosie van de kust van Noord-Holland en de Waddeneilanden, het (lichtere) slib wordt aangevoerd door de kuststroming uit het zuiden en komt van de Rijn en de Maas en gebieden verder weg. Beide komen met de vloedstromen via de getijdegeulen de Waddenzee in. Het zand wordt aan de randen van de platen afgezet en door lokale golven of stromingen verder getransporteerd. Het slib bezinkt alleen waar het rustig is. De Waddenzee is aan de zeezijde een grotendeels open systeem, maar aan de landzijde (op de Eems-Dollard na) is het nagenoeg gesloten door de afsluiting van de Zuiderzee en Lauwerszee en de vele bedijkingen en inpolderingen. Dat heeft grote invloed gehad op het ecosysteem van de Waddenzee. Vroeger liepen de getijdebekkens ver landinwaarts door, met langzame overgangen (gradiënten) in transportcapaciteit, zoutgehalte, korrelgrootte en slibgehalte van het sediment. Landinwaarts nam de stroomsnelheid af, werd het water brakker en bezonk er meer slib. Dat gaf specifieke ecologische condities, die door de inpoldering verdwenen. De dijken vormen nu een harde grens tussen zout & zandig en zoet & slibrijk. De kwelders vormen nog wel een overgangszone maar dan over korte afstand.’
Stoppen met gas- en zoutwinning zou voor een sterkere sedimentbuffer tegen de zeespiegelstijging zorgen
West en oost
In het Nederlandse deel van de Waddenzee zijn er grote verschillen tussen het westelijke en het oostelijke deel en de daarin gelegen intergetijdebekkens. Van der Spek: ‘De westelijke Waddenzee is relatief jong. Het pleistocene landschap lag relatief hoog en overstroomde pas laat in het Holoceen. Pas in de middeleeuwen verdween door menselijke activiteiten het veenlandschap en breidde het intergetijdegebied zich snel uit. Er kwam een verbinding met het Flevomeer waaruit de Zuiderzee ontstond. Dat leidde tot het uitschuren van grote getijdegeulen.’ Vellinga: ‘Sinds de afsluiting van de Zuiderzee hebben die geulen een grote “sedimenthonger”. Ze zijn te diep voor de kleinere hoeveelheid water die er sinds de afsluiting doorheen gaat. De geulen passen zich aan ten koste van de platen, waardoor het areaal slinkt. Er komt te weinig sediment door de zeegaten naar binnen om die honger te stillen. Waarschijnlijk kan de westelijke Waddenzee een snellere zeespiegelstijging niet of minder goed aan.’ Van der Spek: ‘Bij Deltares hebben we berekend hoeveel zeespiegelstijging een bekken aankan. Dat verschilt. De grote bekkens in de westelijke Waddenzee zijn het meest gevoelig en kunnen volgens onze berekeningen een stijging van maximaal 6 à 7 millimeter per jaar bijhouden. De platen zullen niet meteen verdwijnen, maar langzaam in oppervlak en hoogte afnemen, en niet overal tegelijk. Bij de zeegaten blijven de platen het langst bestaan en aan de randen kan de slibsedimentatie bevorderd worden. Het tussenliggende gebied is het meest kwetsbaar. De westelijke Waddenzee heeft nu al een duidelijk sedimenttekort.’ Het oostelijke deel van de Waddenzee is veel ouder en bestaat al zo’n 8000 jaar. Van der Spek: ‘De bekkens zijn hier kleiner en de landwaartse delen zijn grotendeels verland en bedijkt. Daardoor zijn de zeegaten kleiner geworden en de Waddeneilanden langer. Door de bedijking is het areaal dat zich leent voor slibsedimentatie drastisch afgenomen. Met constructies zoals paalwerken en begreppeling worden de condities voor slibbezinking kunstmatig verbeterd. De Waddenzee beslaat hier nog maar de helft van het oorspronkelijke areaal. De oostelijke Waddenzee kent geen sedimenttekorten en áls die optreden, kunnen ze snel worden aangevuld. Uit onze modelberekeningen blijkt dat het Pinkegat en de Zoutkamperlaag tussen Ameland en Schiermonnikoog zeespiegelstijgingen van respectievelijk 32 en 17 millimeter per jaar kunnen bijhouden.’
De toekomstperspectieven van de oostelijke Waddenzee zijn dus veel gunstiger dan die van het westelijke deel. De vraag naar sediment is in het westen veel groter en daarin kan moeilijker worden voorzien. Dat komt volgens Van der Spek door het gebrek aan transportcapaciteit. De vloedstromen kunnen niet voldoen aan de vraag.
De toekomstperspectieven van de platen in de oostelijke Waddenzee zijn veel gunstiger dan die van het westelijke deel
Of en wanneer de platen in een getijdebekken beginnen te ‘verdrinken’ verschilt per klimaatscenario. Als scenario RCP2.6 (uitvoering Akkoord van Parijs) werkelijkheid wordt, kunnen alle bekkens de relatieve zeespiegelstijging bijhouden. Bij RCP4.5 (matige emissies) begint het getijdebekken Vlie vanaf 2030 te verdrinken en bij RCP8.5 (hoge emissies) gebeurt dat vanaf 2050 en 2100 bij de bekkens bij Texel en Ameland.
Zandsuppleties
Daarbij tekent Van der Spek wel aan dat kunstmatige zandsuppleties op dit moment de belangrijkste bron van zand zijn voor de Waddenzee. Op de Noordzeekust van de Waddeneilanden werd tussen 2005 en 2016 bij Texel 16,1 miljoen kubieke meter zand aangebracht, bij Vlieland 3,8 miljoen en bij Ameland 17,4 miljoen. In noordelijk Noord-Holland werd voor de Hondsbossche en Pettemer Zeewering nog eens 33,7 miljoen kubieke meter aangebracht, waarvan de Waddenzee ook profiteert. De buitendelta’s van de grote zeegaten leveren nauwelijks extra zand meer. De suggestie dat een zandkorrel die je bij Hoek van Holland neerlegt, uiteindelijk bij Den Helder de Waddenzee in gaat, de zogeheten zandrivier, klopt volgens Van der Spek niet. ‘Netto-zandtransporten zijn regionaal. De Zandmotor voor de Zuid-Hollandse kust (21,5 miljoen kubieke meter, HD) heeft geen effect op de Waddenzee. Wel is er een netto-transport van slib langs de Hollandse kust. Een deel daarvan bezinkt in de Waddenzee.’ Als zandsuppleties nu al de hoofdbron van zand zijn, zal het belang ervan bij de verwachte versnelde zeespiegelstijging fors toenemen. ‘Hoeveel zand nodig is,’ zegt Van der Spek, ‘kun je op de spreekwoordelijke achterkant van een sigarendoos uitrekenen: de oppervlakte van de Waddenzee vermenigvuldigd met de zeespiegelstijging. Maar daarmee weet je nog niet hoe, waar en wanneer je het moet aanbrengen. In theorie is er voldoende zand in de Noordzee. Zowat de hele bodem bestaat uit zand. Maar er zijn allerlei beperkende omstandigheden. Grootschalige winning en suppletie hebben op beide locaties drastische ecologische gevolgen zoals verstoring van het bodemleven en vertroebeling van het zeewater. We bestuderen nog hoe snel een gebied hiervan herstelt en hoe je de impact kunt minimaliseren. Daarnaast is niet al het zand geschikt voor winning of suppletie. Zand onder een kleipakket is bijvoorbeeld moeilijk winbaar. Zand van afwijkende korrelgroottes of met erg veel bijgemengd slib of grind kan ongeschikt zijn voor suppletie. Zand moet gewonnen, getransporteerd en aangebracht worden, wat grote emissies van CO2 en stikstof met zich meebrengt. Tot slot is de druk op de ruimte in de Noordzee groot. De aanleg van windmolenparken en bijbehorende kabeltracés beperkt de ruimte voor zandwinning.’
Afdammen
Soms duiken er rigoureuze plannen op om de zeespiegelstijging het hoofd te bieden. Zoals het afdammen van de Waddenzee of zelfs de hele Noordzee (figuur 2).
Zowel Van der Spek als Vellinga ziet er niets in. Van der Spek: ‘Je gooit dan het kind met het badwater weg. Zonder getijdedynamiek verliest de Waddenzee zijn unieke eigenschappen. Intergetijdegebieden kalven af en de waterkwaliteit verslechtert. We hebben dure lessen geleerd uit de afsluitingen in het Deltaplan. Afsluiting van de Noordzee is een leuk gedachtenexperiment maar een rampzalig plan. Wat doe je met het rivierwater dat erin komt? Wie betaalt de afsluiting? Noorwegen en het Verenigd Koninkrijk hebben geen grootschalig problemen met de zeespiegelstijging. Waarom zouden ze eraan meewerken en meebetalen?
Vellinga: ‘Afdammen van de Waddenzee of Noordzee zou zeer kostbaar zijn en de ecologische effecten kunnen we niet overzien. We kunnen ons beter selectief terugtrekken en stukken land teruggeven aan de zee. Dat past bij de algemene opvatting dat we al te veel hebben ingegrepen in natuurlijke systemen zonder te weten welke functies daarmee verloren gingen. We moeten juist minder ingrijpen in grote natuurlijke systemen, en economische ontwikkeling op een slimme manier combineren met natuurlijke processen. Denk aan concepten als bio-mimicry (nabootsing van natuurlijke processen, HD), bouwen met de natuur, transformeren van land in zee, en de zee gebruiken voor onze voedselvoorziening met zeewierteelt, zilte teelten en hydroponics (teelten in water, HD).’
Henk Donkers werkte tot zijn pensioen bij de sectie Geografie, planologie en milieu van de Radboud Universiteit, is redactielid van Geografie en wetenschapsjournalist.