Zoet water onder zee

Fysisch geografen van de Universiteit Utrecht en onderzoeksinstituut Deltares hebben berekend dat er wereldwijd ruim een miljoen km3 zoetwater in aquifers onder de zee zit. Het zou een welkome waterbron kunnen zijn voor dichtbevolkte kustgebieden die met waterschaarste kampen.

De kustgebieden op aarde behoren tot de dichtstbevolkte regio’s ter wereld. Door de concentratie van huishoudens, industrieën en landbouwbedrijven is er een grote vraag naar zoetwater. Die vraag groeit juist daar omdat bevolkingsgroei en economische ontwikkeling er het grootst zijn. Aan de vraag naar water kan vaak niet voldaan worden met oppervlaktewater uit rivieren. Daarom wordt er veel grondwater opgepompt, wat weer kan leiden tot overexploitatie van aquifers, verzilting vanuit dieper liggende lagen, zoutwaterintrusie vanuit zee en bodemdaling (zoals in Jakarta). De stijgende vraag naar zoetwater leidt in veel kustgebieden tot waterstress.

IJstijden

Het was bekend dat er ook voorbij de huidige kustlijn, dus onder de zee, zoetwatervoorraden liggen. Deze zijn ontstaan in de ijstijden. Tijdens de maximale uitbreiding van het ijs, zo’n 20.000 jaar geleden, lag de zeespiegel wereldwijd gemiddeld 120 meter lager dan nu. Grote delen van het continentaal plat lagen toen langdurig droog en konden zich vullen met zoetwater afkomstig van lokale neerslag en van rivieren die water van elders aanvoerden.

Sinds 1979 is er onderzoek gedaan naar de onderzeese zoetwatervoorraden en in 2013 werd voor het eerst een ruwe, wereldwijde schatting gemaakt van de omvang ervan. Daarna is er een aantal regionale studies uitgevoerd, soms alleen naar zoetwater, soms ook naar brak water. Daaruit bleek dat deze grondwatervoorraden zich soms uitstrekken tot tientallen of zelfs honderden kilometers uit de kust en dat ze verscheidene kilometers dik kunnen zijn. Inzicht in de lokale geologie is hierbij belangrijk, want zoetwatervoorraden kunnen alleen geconsolideerd zijn als de sedimenten of karstgebieden waarin ze zich bevinden, later bedekt zijn met niet of slecht doorlatende afzettingen zoals klei. Anders heeft er infiltratie plaatsgevonden van zout zeewater.

Supercomputer

De Utrechtse fysisch geografen hebben nu een veel gedetailleerder schatting gemaakt. Hun publicatie daarover verscheen op 30 december jl. in het wetenschappelijke tijdschrift Environmental Research Letters. De onderzoekers hebben de kustgebieden verdeeld in 116 regio’s met gelijke geologische eigenschappen. Voor alle regio’s zijn geologische profielen opgesteld met onder andere de dikte van de zoetwaterhoudende lagen. Om de infiltratie van zoetwater te kunnen simuleren, van het begin van de laatste ijstijd tot nu, zijn er per regio 24 grondwatermodellen gemaakt. Al die 2784 modellen (116 x 24) zijn doorgerekend door een supercomputer om tot een zo nauwkeurig mogelijke schatting te komen van de totale hoeveelheid zoetwater die geïnfiltreerd is sinds de laatste ijstijd.

1 miljoen km3

De uitkomst van al die berekeningen is dat er wereldwijd 1,06 miljoen km3 zoetwater onder de zee zit, met een onzekerheid van +/- 0,2 miljoen km3. Ter vergelijking: de Nederlandse drinkwaterbedrijven produceren per jaar 1,2 miljard m3 water ofwel 1,2 km3. De schattingen van zoet grondwater op aarde lopen uiteen van 10,5 tot 21,8 miljoen km3. Dus 5 tot 10% van het zoete grondwater bevindt zich onder de zee. Tel je het zoetwater in rivieren en meren mee, dan gaat het om 3% onder zee. Dit betreft grotendeels niet-hernieuwbare voorraden, want aanvulling duurt veelal meer dan duizend jaar. Sommige onderzeese aquifers worden aangevuld door grondwaterstromen vanaf het land.

Kustgebieden met grote watervraag

Het meeste onderzeese zoetwater is te vinden in Zuid- en Zuidoost-Azië, Noord-Australië, het noordoosten van Noord-Amerika, Noordwest-Europa en onder de Zee van Ochotsk (aan de oostkust van Rusland). De onderzeese zoetwatervoorraden zijn vooral interessant als ze bij kustgebieden liggen met een grote vraag naar zoetwater zoals in Zuid- en Zuidoost-Azië (figuur 1).

Daarnaast worden onderzeese zoetwatervoorraden interessanter naarmate ze minder diep liggen en ze zich minder ver uit te kust uitstrekken. Dat scheelt pompkosten. Exploitatie van dieper liggende aquifers verhoogt ook het risico op verstoring van grondwatervoorraden onder land die met offshore aquifers verbonden zijn.

De conclusie van de onderzoekers is dat er flink wat zoetwater onder de zee zit en dat dit zou kunnen dienen als additionele zoetwaterbron voor agrarisch, industrieel of huishoudelijk gebruik. Het zou de waterstress kunnen verminderen in gebieden waar de vraag naar water in de 21e eeuw toeneemt. Wel moet tevoren goed onderzocht worden wat de gevolgen van offshore zoetwaterwinning zijn voor onshore aquifers.

Tijdelijke bron

Zeker is dat het een tijdelijke waterbron is, want de aquifers worden niet aangevuld (tenzij je denkt in geologische tijdschalen). Volgens Marc Bierkens, hoogleraar geografische hydrologie in Utrecht en een van de onderzoekers, kunnen ze in veel gebieden met watertekorten soelaas bieden. In de online nieuwsbrief Waterforum zegt hij dat in deze gebieden vrij veel voorraden relatief ondiep liggen en met de huidige watervraag honderden jaren meegaan. Waar al booreilanden staan, zouden de watervoorraden geëxploiteerd kunnen worden en als tijdelijke waterbron kunnen dienen op weg naar meer duurzaam watergebruik.

Precies daar zit de zwakke plek. De niet of nauwelijks hernieuwbare onderzeese zoetwatervoorraden zijn vergelijkbaar met de fossiele zoetwatervoorraden in landen als de Verenigde Staten, Libië en Saoedi-Arabië. Ook die zouden tijdelijk geëxploiteerd worden in afwachting van een andere, meer duurzame watervoorziening. Maar van duurzaam watergebruik is het daar nooit gekomen. Veel gebieden die profiteerden van de nieuwe waterbronnen, floreerden slechts kortstondig en zijn weer deels verlaten toen het water opraakte of te duur werd om op te pompen.

Zeeuwse eilanden

Zouden de grote zoetwatervoorraden onder de Noordzee een oplossing zijn voor Zeeland? Deze provincie wordt deels omgeven door zout water, moet het stellen zonder een zoetwateraanvoer door rivieren en heeft last van verzilting en waterstress, vooral in de zomer en in de landbouw. Volgens onderzoeker Gualbert Oude Hessink is de zoetwatervraag van de Zeeuwse boeren echter te gering om de benodigde investeringen in pompen, pijpleidingen en distributiesystemen rendabel te maken. Hij ziet meer heil in een kreekrug-infiltratiesysteem (KIS), waarmee nu proeven gedaan worden (figuur 2). In deze proeven wordt de zoetwaterbel onder de zandige kreekruggen in de winter aangevuld door verhoging van de grondwaterstand via een peilgestuurd drainagesysteem. In de zomer kan er vervolgens meer zoet grondwater worden opgepompt voor de akkerbouw en fruitteelt.

BRONNEN

• Bezem, J. (2022). Onderzees zoet grondwater mogelijk nuttig in kustgebieden met waterschaarste. Waterforum, 11 januari.
• Zamrsky, D., Oude Essink, G.H. P. , Sutanudjaja, E.H., Van Beek, L.P.H., & Bierkens, M.F. P.  (2022). Offshore fresh groundwater in coastal unconsolidated sediment systems as a potential fresh water source in the 21st century. Environmental Research Letters 17, 014021.