Tegen het einde van het Perm, zo'n 252 miljoen jaar geleden, was er één supercontinent op aarde. In de omringende oceaan zwommen beenvissen rond met een benen pantser en zeeschorpioenen die even groot waren als een hedendaagse mens. Geleedpotigen als trilobieten heersten over de diepzee, samen met allerlei armpotigen, die eruitzagen als schelpen maar dit toch niet waren, en ammonieten, die met hun spiraalvormige schelp leken op nautilussen, maar in feite inktvissen of octopussen waren.

Dat we deze dieren tegenwoordig nog kennen is te danken aan hun fossiele overblijfselen. Aan het eind van het Perm verdween negentig procent van al het leven in de zeeën, door de grootste massa-uitsterving in de geschiedenis van de aarde. Wetenschappers vermoeden dat deze werd veroorzaakt door het vrijkomen van een enorme hoeveelheid CO2, waarschijnlijk door vulkanische activiteit in een regio die de ‘Siberische Trappen’ wordt genoemd. De meest voorkomende doodsoorzaak rond die tijd, zo toonde een onderzoeksteam in 2018 aan, was hoogstwaarschijnlijk fysiologische stress door opwarmende zeeën en een dalend zuurstofniveau, een bijproduct van de klimaatverandering die door broeikasgassen in gang was gezet.

Twee van de wetenschappers die deze ontdekking deden, stellen in een artikel dat onlangs verscheen in het vakblad Science dat het opwarmende water en dalende zuurstofpeil in de oceanen kunnen leiden tot een massa-extinctie die zich kan meten met de vijf grootste rampen op aarde ooit, als we onze uitstoot van broeikasgassen niet onder controle brengen. Volgens hen zou die massasterfte zo omvangrijk zijn dat een groot deel van de diversificatie van soorten die sinds de uitsterving aan het eind van het Krijt, 65 miljoen jaar geleden, plaatsvond (en waarbij de dinosaurussen uitstierven) teniet wordt gedaan.

Maar volgens de onderzoekers kunnen we het tij nog keren. Wanneer we snel een einde weten te maken aan de uitstoot, zou het risico op het uitsterven van soorten met 70 procent kunnen afnemen. Als de reductie van broeikasgasemissie wordt gecombineerd met maatregelen om een eind te maken aan onder meer de vervuiling van de oceanen, overbevissing en de vernietiging van leefgebieden, dan zou het leven in zee nog meer kans hebben om ook op de lange termijn te blijven bestaan.

‘Ook als we onze uitstoot snel weten te beperken, zou nog steeds zo’n vijf procent van de soorten in zee verloren kunnen gaan,’ aldus coauteur en klimaatwetenschapper Curtis Deutsch van de Princeton University. ‘Bij een opwarming van twee graden gaat mogelijk zo'n tien procent van de soorten verloren. Dat levert veranderingen op in het evenwicht van soorten die op de meeste plekken voorkomen. Maar dan gaat het om relatief kleine aantallen. Er is dan geen sprake van massa-extinctie.’

Denise Breitburg, deskundige op het gebied van zuurstof in de oceanen die werkzaam is bij het Smithsonian Environmental Research Center en die niet betrokken was bij het onderzoek, noemt de bevindingen ‘schrikbarend, maar ook belangrijk.’ Ze voegt daaraan toe dat het onderzoek een ‘basis voor hoop’ biedt dat ‘we een groot deel van het leven in zee kunnen behouden.’

‘Dit artikel maakt zeer duidelijk voor welke keuzes we staan,’ zegt oceaanwetenschapper Malin Pinsky van de Rutgers University in de Amerikaanse staat New Jersey. Zij schreef mee aan een opiniestuk dat het wetenschappelijke artikel begeleidde. ‘Dit lijkt een eenmalige kans in de geschiedenis van de mensheid om de toekomst van het leven op de planeet te beschermen.’

Zuurstofarm water

De crux van het nieuwe onderzoek van Deutsch en hoofdonderzoeker Justin Penn, die ook als onderzoeker werkzaam is aan de Princeton University, is dat ze niet alleen kijken naar het effect van hogere temperaturen op het zuurstofniveau in de oceanen, maar ook naar hoe het leven in zee dat zuurstof gebruikt.

In de afgelopen vijftien jaar bleek uit onderzoeken dat de zuurstofarme zones in de oceanen snel groter worden, maar niet overal in hetzelfde tempo. Daardoor wordt een groot deel van het leven in zee richting een steeds kleiner wordende laag van zuurstofrijk water in de buurt van het oppervlak gedrongen. Deze zuurstofarme gebieden, in onder meer de Golf van Bengalen, een deel van de Atlantische Oceaan voor de kust van West-Afrika en grote delen in het oosten van de Grote Oceaan, zijn sinds de jaren zestig met ruim vier miljoen vierkante kilometer toegenomen en komen elk jaar ongeveer een meter hoger te liggen. In de afgelopen kwart eeuw is voor de kust van het zuiden van Californië het zuurstofpeil op zo’n tweehonderd meter diepte op sommige plekken ruim dertig procent gedaald. Sinds het midden van de vorige eeuw zijn compleet zuurstofloze gebieden in zee vier keer zo groot geworden.

In tegenstelling tot dergelijke ‘dode zones’ langs de kust, die zich bijvoorbeeld regelmatig voordoen in de Golf van Mexico, wordt het zuurstoftekort in deze zones niet veroorzaakt door vervuiling door meststoffen die de zee in stromen. Het is het gevolg van temperatuurstijging. Wanneer het oppervlaktewater warmer wordt, absorbeert dit minder zuurstof uit de luchtlaag erboven. Aangezien warm water lichter is dan het koude water in de onderste lagen, is er minder sprake van vermenging van het water, waardoor er minder zuurstof in de diepere lagen belandt.

Dit fenomeen speelt de soorten in zee nu al parten; het leefgebied van sommige soorten wordt kleiner en de prooien van andere soorten concentreren zich dus meer in bepaalde gebieden. Zo hoeven bijvoorbeeld zeilvissen tientallen tot honderden meters minder diep te duiken voor voedsel. Daarom brengen ze, net als haaien, tonijnen, kabeljauwen, haringen en makrelen, veel meer tijd rond het wateroppervlak door, waardoor ze een eenvoudige prooi zijn voor vissers (of vogels of schildpadden).

Er vinden ook andere veranderingen plaats, soms zelfs hele vreemde. Bepaalde krabben en inktvissen gaan slechter zien wanneer er minder zuurstof is. Veel van het piepkleine zoöplankton, dat als voedsel dient voor grotere dieren zee, leeft al op het minimum van de zuurstof dat de minidiertjes nodig hebben. Wanneer het zuurstofniveau nog verder daalt, zullen de diertjes op zoek moeten naar nieuwe gebieden voor hun voortbestaan. Een laag zuurstofniveau belemmert de voortplanting van sommige vissoorten en zorgt voor meer ziektes bij andere.

Er vinden ook andere veranderingen plaats, soms zelfs hele vreemde. Bepaalde krabben en inktvissen gaan slechter zien wanneer er minder zuurstof is. Veel van het piepkleine zoöplankton, dat als voedsel dient voor grotere dieren zee, leeft al op het minimum van de zuurstof dat de minidiertjes nodig hebben. Wanneer het zuurstofniveau nog verder daalt, zullen de diertjes op zoek moeten naar nieuwe gebieden voor hun voortbestaan. Een laag zuurstofniveau belemmert de voortplanting van sommige vissoorten en zorgt voor meer ziektes bij andere.

‘Het is echt heel, heel zorgwekkend,’ zegt Matthew Long, die als oceaanwetenschapper werkt voor het National Center for Atmospheric Research. ‘Door de toenemende opwarming van de aarde veranderen we het basale metabolisme van het grootste ecosysteem op aarde.’

Een onwaarschijnlijk maar verhelderend scenario

Penn en Deutsch verzamelden gegevens over het metabolisme van tientallen soorten zeedieren, van schaaldieren tot haaien, uit alle oceanen, breedtegraden en dieptes. Ze keken naar de hoeveelheid zuurstof die elke soort nodig heeft om te kunnen overleven. Ze verzamelden daarnaast gegevens over de al bestaande opwarming en bepaalden aan de hand van computersimulaties wat de gevolgen zouden zijn op het gebied van zuurstofbehoefte en leefgebied voor elke soort wanneer de temperatuur zou blijven stijgen.

‘Er zijn allerlei goede argumenten te bedenken waarom dit een representatie oplevert van de mondiale situatie voor een breed spectrum aan soorten, terwijl we naar een relatief klein aantal soorten kijken,’ stelt Deutsch.

Sommige soorten, zoals tonijnen, zouden zich natuurlijk verplaatsen wanneer hun leefgebied kleiner werd, terwijl minder mobiele soorten, zoals koralen, die mogelijkheid niet zouden hebben. Aan de hand van de gegevens van de fossielen kon het tweetal ook bepalen hoeveel leefgebied een soort of een lokale populatie maximaal kan kwijtraken alvorens uit te sterven. Ze zetten hun modellen en voorspelling af tegen de veranderingen in de oceanen die ze in 2018 achterhaalden en die hebben geleid tot de uitsterving aan het eind van het Perm.

De onderzoekers constateerden dat, bij het scenario met de hoogste uitstoot (waarin de emissies blijven toenemen, wat volgens veel wetenschappers nu onwaarschijnlijk lijkt), door de opwarming van de oceanen en het dalende zuurstofniveau aan het eind van deze eeuw meer soorten zouden zijn verdwenen dan door alle andere oceaanproblemen (zoals overbevissing en vervuiling) tezamen. Maar die ondergang van soorten zou niet overal even groot zijn. In de oceanen in de tropen zouden de meeste soorten verdwijnen, maar veel van die soorten zouden dan naar koudere streken trekken. Dieren die vooral op de hogere breedtegraden voorkomen, zoals in het noorden van de Grote Oceaan, waar veel van de vissen worden gevangen voor de Amerikaanse markt, zouden veel kwetsbaarder zijn.

‘Tropische vissen hebben een grotere kans voort te bestaan, omdat deze soorten al zijn aangepast aan de warme, zuurstofarme omstandigheden die zich steeds vaker voordoen op aarde,’ aldus Penn. ‘Dieren die van koude houden en veel zuurstof nodig hebben, kunnen nergens heen.’ Datzelfde patroon (met een groter risico op uitsterven voor soorten die rond de polen leven) was ook terug te zien in de fossiele vondsten van de uitsterving aan het einde van het Perm.

Penn en Deutsch concludeerden dat wanneer de uitstoot van broeikasgassen aan het eind van deze eeuw niet is verminderd, er rond het jaar 2300 een massa-extinctie te verwachten is zoals die aan het eind van het Perm. En hoewel dat scenario niet waarschijnlijk is (door het toenemende gebruik van zonne- en windenergie, hoewel dat proces nog steeds te traag gaat), kan dit wel een belangrijke les zijn. Zelfs als de toekomst minder somber is, blijven dezelfde mechanismen die 252 miljoen jaar geleden een einde maakten aan het leven in zee van kracht. (Bij de andere vier massa-extincties in de geschiedenis van de aarde speelde andere factoren een rol, zoals wereldwijde afkoeling en de inslag van meteorieten.)

Volgens biologisch oceanograaf Karen Wishner van de University of Rhode Island is het recente onderzoek ‘indrukwekkend,’ De onderzoekers zien volgens haar ‘het grote plaatje’. Maar, voegt ze daar aan toe, het leven in de oceaan is complex en er is nog veel niet bekend over de reactie van soorten op veranderende omstandigheden. ‘Specifieke soorten hebben hun eigen manier om zich aan te passen,’ aldus Wishner.

Volgens Deutsch is de belangrijkste conclusie dat voorspelbaar is hoeveel soorten er verloren gaan. ‘Dat proces is redelijk lineair,’ stelt hij. Voor elke halve graad opwarming sterft er een paar procentpunt meer soorten uit.

Dat betekent dat het onvermijdelijk is dat bepaalde soorten uitsterven, zelfs als we de uitstoot snel verminderen; de temperatuur is wereldwijd al zo'n één graad gestegen. Maar als we die opwarming beperkt zouden kunnen houden tot minder dan twee graden, zoals werd afgesproken in het klimaatakkoord van Parijs uit 2015, zou het aantal verdwenen soorten minder dan tien procent kunnen zijn.

Als je nagaat dat er zo'n 2,2 miljoen soorten in de oceaan leven ‘is dat absoluut gezien nog steeds een groot aantal,’ stelt Penn. ‘Maar het is tien keer minder dan wat het zou kunnen zijn.’

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com