De waterkringloop in het Antropoceen

De waterkringloop of watercyclus op aarde wordt vaak voorgesteld als een eenvoudige verhaal van water dat uit de oceanen verdampt, als regen op het land terecht komt en dan via rivieren weer naar zee stroomt.
Dat is het niet. De waterkringloop is een veel complexer systeem. Het is essentieel om goed door te hebben hoe dit systeem precies in elkaar zit om om ook de toekomstige uitdagingen van milieuverandering (environmental change) en de klimaatcrisis goed te kunnen vatten, en te begrijpen hoe de mens de toekomst van onze watervoorraden in handen heeft.

In dit artikel gaan we in op het werk van een groep onderzoekers (Abbott et al., 2019b) die zijn nagegaan hoe de waterkringloop wordt voorgesteld in educatieve publicaties, beleidsdocumenten en onderzoek. Ze kwamen tot de vaststelling dat die voorstelling heel vaak niet klopt. Daardoor wordt niet alleen de kringloop verkeerd begrepen maar ook de omvang van de watervoorraden die duurzaam door de mens kunnen worden gebruikt, worden overschat. Ze vrezen dat daardoor de toekomstige uitdagingen rond de klimaatcrisis, waterschaarste, gebruik van watervoorraden en landgebruik niet goed ingeschat zullen worden en dat daardoor ook niet de juiste beslissingen genomen zullen worden als antwoord op de uitdagingen rond waterbeheer en bescherming van watervoorraden.

De bedoeling van dit artikel is om de bevindingen van de onderzoekers ruimere bekendheid te geven, meer bepaald naar docenten, beleidsmakers en studenten toe. We illustreren de foute voorstellingen van de waterkringloop aan de hand van een paar voorbeelden en we laten ook een paar betere voorbeelden zien.
Wellicht is het interessant om, op dezelfde manier als Abbott en zijn collega's, na te gaan hoe in het Nederlandse taalgebied de waterkringloop wordt voorgesteld en welke verbeteringen daar mogelijk zijn.

'Figuur 7' van het Wereld Water Ontwikkelingsrapport 2020

Het thema van het jaarlijkse Wereld Water Ontwikkelingsrapport (World Water Development Report - WWDR) was in  2020 "Water en klimaatverandering" (UNESCO, UN-Water, 2020). Op bladzijde 16 van dat rapport lezen we (vertaald):

"Het klimaat op aarde en de waterkringloop op het land hebben een nauwe en complexe samenhang (figuur 7). Veranderingen in klimaat variabiliteit en klimaatverandering zullen de watervoorraden aantasten."
"Tegelijkertijd is de waterkringloop zelf een essentieel onderdeel van het klimaatsysteem, in het beheersen van de interactie tussen de atmosfeer en het landoppervlak en het voorzien van terugkoppelingsmechanismen voor het transport, de opslag en de uitwisseling van massa en energie (figuur 7)".

Die 'Figuur 7' bevat 2 afbeeldingen: een model van de watermassa's op aarde en een model van de waterstromen. De figuur vat de bevindingen samen van 23 onderzoekers die meeschreven aan het artikel van Abbott et al. (2019b). Het is zowel een eye-opener over de impact van menselijke activiteit op onze watervoorraden als een samenvatting van het verhaal van het water op aarde.

De bondige commentaar die in het WWDR 2020 bij Figuur 7 wordt gegeven, verhult in zekere zin het belang van de boodschap die het brengt. Om die boodschap beter te laten klinken, gaan we terug naar de bron.

De menselijke dominantie van de mondiale watercyclus ontbreekt in afbeeldingen en percepties

In 'Human domination of the global water cycle absent from depictions and perceptions', heeft de groep van Abbott et al. (2019b) 464 publicaties onderzocht op de manier waarop ze de waterkringloop voorstellen.

Ze concludeerden onder meer dat:

  • slechts 15% van de afbeeldingen van de waterkringloop bevatten menselijke interactie met water
  • 95% van de afbeeldingen laten maar één enkel stroomgebied zien, waardoor het concept van interconnectiviteit tussen verschillende gebieden verloren gaat
  • maar 2% van de afbeeldingen leggen een verband met het klimaat of klimaatverandering, watervervuiling of veranderingen in bodembedekking of landgebruik.
  • de hoeveelheid water die beschikbaar is voor menselijk gebruik, wordt overschat:
    • door geen onderscheid te maken tussen zoetwatermeren en ziltere meren (de helft van het totale watervolume van meren is zout) en door geen onderscheid te maken tussen hernieuwbare en niet-hernieuwbare grondwatervoorraden (97% van de grondwatervoorraden die we nu kennen is niet-hernieuwbaar)
    • door niet aan tegen hoeveel van de zoetwatervoorraden toegankelijk zijn voor menselijk gebruik: mider dan 10% van de neerslag op het land of 25% van het jaarlijkse debiet van de rivieren is duurzaam beschikbaar voor menselijk consumptief gebruiik en slechts 5% van het zoete grondwater is duurzaam te ontginnen.
    • door de stromen van grijs water niet mee te rekenen: dit is afvalwater dat weer terug in het milieu terecht komt. Dt minimaliseert de menselijke impact op de kwailiteit van de watervoorraden: vervuiling zorgt ervoor dat de fractie van de duurzaam beschikbare watervoorraden nog een keer met 30 tot 50% verkleint.

Zulke verkeerde voorstellingen van de waterkringloop hebben gevolgen. "Het schema van de waterkringloop is een iconisch beeld in de hydrologische wetnschap, maar de verkeerde manier waarop de menselijke invloed op deze kringloop wordt weergegeven verkleint het de bewustwording over de wereldwijde watercrisis” verklaarde Prof. David Hannah, een van de auteurs van het artikel, in Science Daily. "Door klimaatverandering, menselijke waterconsumptie en veranderingen in landgebruik weg te laten creëren we in feit grote blinde vlekken in ons begrip en de perceptie van het grote publiek en onder wetenschappers."

In het artikel linken de onderzoekers de onnauwkeurigheden in de voorstelling van de waterkringloop aan de tekortkomingen in waterbeheer:

  1. veronachtzamen van de hydrologische teleconnecties tussen oceanen en continenten en stroomgebieden leidt tot pogingen om problemen op te lossen in een enkel stroomgebied
  2. een gebrek aan begrip van tijdelijke veranderingen op korte en lange termijn leidt tot investeringen die teveel water beschikbaar maken en een te grote afhankelijkheid van infrastructurele oplossingen
  3. waterkwaliteit en hoeveelheid worden vaak gezien als afzonderlijke kwesties door technisch, administratief, regulerend en disciplinair hokjesdenken
  4. waterbeheer kijkt eerder naar het voorzien van een zeker aanbod dan naar het beheersen van de vraag naar water

Op basis van hun onderzoek en de gegevens die ze hebben verzameld over water in de wereld, hebben de onderzoekers een nieuwe voorstelling van de waterkringloop uitgewerkt: "de waterkringloop in het Antropocee". Dit vormde de basis voor de figuur 7 (a en b) in het WWDR 2020 (*):

Watermassa's (figuur 7a, uit UNESCO, UN-Water, 2020, 17)Watermassa's (figuur 7a, uit UNESCO, UN-Water, 2020, 17)

  Water stromen (figuure 7, uit UNESCO, UN-Water, 2020, 17) Water stromen (figuure 7, uit UNESCO, UN-Water, 2020, 17)

(*) De onzekerheidsmarge in beide afbeeldingen stelt het bereik van de schattingen voor (- en +)

 Een paar opmerkelijke conclusies over de waterkringloop in het Antropoceen

  • Het belang van de 'landkringloop': evapotranspiratie van groen water en verdamping van blauw water is belangrijker voor de neerslag op het land dan de verdamping uit de oceanen (60% land vs 40% oceanen); groen water is goed voor 65-70% van de neerslag in de landkringloop.
  • Ons huidige gebruik van blauw water (4.000 km3 ± 30%, of 2.800 tot 5.200 km3) benadert nu al de duurzame beschikbare hoeveelheid van 5.000 tot 9.000 km3 - vooral als de lozing van grijs water en andere vervuiling wordt meegeteld . 90% van deze duurzaam beschikbare hoeveelheid bestaat uit grondwater.
  • De mens is een fundamenteel onderdeel gaan uitmaken van de waterkringloop. Een weergave van de kringloop zonder menselijke activiteiten is niet meer actueel.
    Sinds het begin van de Industriële Revolutie heeft de mens het uitzicht van de wereld op een fundamentele manier verandert. In de atmosfeer, de biodiversiteit, de waterkringloop, de biosfeer, het landoppervlak, ... dragen allemaal sproen van menselijke activiteiten. Vandaar dat Paul Crutzen naar onze tijd verwees als het Antropoceen, een nieuw tijdperk in de geologische geschiedenis van de aarde.
    Veranderingen in bodembedekking (ontbossing, droogleggen van wetlands, verstedelijking) beïnvloeden evapotranspiratie van planten en bodems, wat op hun beurt neerslag en de hernieuwbaarheid van watervoorraden op andere plekken beïnvloedt. Dit tast de toekomstige beschikbaarheid aan van groen water voor menselijke ontwikkeling (nu 19.000 km3 ± 20%) - vooral in de landbouw. Verminderende groene watervoorraden vervangen door alternatieve watervoorraden zal extreem moelilijk zijn.

Onzekerheid en de kenniskloof

De cijfergegevens in de afbeeldingen hierboven over water stromen en watermassa's houden een zekere marge in  (the ± N%). Deze marge stelt het bereik voor van de schattingen van waterhoeveelheden die voorkomen in de literatuur die Abbott et al. voor hun onderzoek bestudeerden (80 recente globale en regionale studies - zie de supplementary table 1 voor de details).

De auteurs concluderen dat dezer ecente studies aan tonen dat eerdere inschattingen van de omvang van water stromingen en waterlmassa's moet worden bijgesteld. De volumes van duurzaam beschikbare watervoorraden en hernieuwbaar grndwater zijn in het verleden overschat, en "substantiële marges bestaan voor diverse watermassa's die kritiek zijn voor maatschappelijke waterbehoeften en het milieu, waaronder grondwater, bodemvochtigheid, water in permafrost en grondwater dat in de oceaan stroomt."

Dit is een heel belangrijke conclusie voor het beleid. Accurate en betrouwbare gegevens zijn essentieel voor het begrijpen van de omvang en de impact van de uitdagingen van menselijke activiteit en milieuveranderingen (environmental change). Verkeerde voorstellingen kunnen leiden tot het onderschatten van deze uitdagingen en tot 'oplossingen' die het echte probleem niet aanpakken.
Daarbij stelt de Wereldbank in een rapport uit 2018 ('Assessment of the State of Hydrological Services in Developing Countries') dat slechts 7% van de onderzochte landen over een adequaat monitoringsysteem beschikt voor water en waterbeheer; 2% van de aanbieders van waterdiensten had een goed beeld van de waterbehoeften van hun gebruikers. Dat is een van de redenen waarom de VN, als deel van het opvolgen van de Duurzame Ontwikkelingsdoelstellingen zoveel nadruk legt op de noodzaak van het verzamelen en beheren van gegevens om deze kenniskloof te dichten.

Verkeerde voorstellingen van de waterkringloop

Een snelle zoekactie op het internet naar voorstellingen van de waterkringloop maakt de bekommernis van Abbot et al. duidelijk over de foute manier waarop dat gebeurt.

Hieronder bespreken we beknopt 3 opmerkelijke voorbeelden.

Het eerste voorbeeld is ook onderzocht door Abbott et al. en is afkomstig van een wetenschappelijke instelling: de United States Geological Survey. Op de Water Science School website, stelt de USGS op de volgende manier de waterkringloop voor aan "volwassenen en gevorderde studenten":

Voorbeeld van 'The Water Cycle', uit de United States Geological Survey Water Science School website.Voorbeeld van 'The Water Cycle', uit de United States Geological Survey Water Science School website.

We zien een aantal pijlen, die verdamping en evapotranspiratie voorstellen, opstijgen uit de zee, zoetwatermeren en landoppervlak. De grote kring lijkt te suggereren dat het vooral een dynamiek van zee naar land en via grondwater terug naar zee betreft. Hoe groot en belangrijk de stromingen en watermassa's zijn, is niet duidelijk; er wordt ook geen onderscheid gemaakt tussen hernieuwbaar en niet-hernieuwbaar water of tussen zoet en zilt/zout.
Mensen komen er niet op voor - dat staat ook zo vermeld op deze versie van de figuur, en de vraag is waarom dat zo is als we weten dat 77% van het landoppervlak van de bewoonde continenten door menselijke activiteit is verstoord. Door te doen alsof mensen niets met de waterkringloop te maken hebben worden de bezoekers van de Water Science School website niet echt verder geholpen in hun begrip van de waterkringloop en de uitdagingen van het Antropoceen. Dit is vooral belangrijk omdat veel andere websites deze figuur hebben opgenomen, waarschijnlijk afgaand op de wetenschappelijke reputatie van de USGS (zie voorbeeld en deze Google search).

Een tweede voorbeeld komt uit een document van het Europees Milieu Agentschap, een orgaan van de Europese Unie dat onder meer "degelijke, deugdeliijke en onafhankelijke informatie over het leefmilieu" aanbiedt om beleids- en besluitvorming te ondersteunen.
In een artikel in de serie Signal series on water and life wordt de volgende afbeelding van de waterkringloop getoond (de titel luidt: "Water cyclus — belangrijke kwestie inzake waterkwaliteit en water hoeveelheid"):

Voorbeeld van Water cycle — Main issues affecting water quality and quantity, from EEA 2018.Voorbeeld van Water cycle — Main issues affecting water quality and quantity, from EEA 2018.

 In deze diagram zien we een heleboel menselijke activiteiten, vooral als het gaat om water kwaliteit. De voorstelling van de waterkringloop zelf is heel abstract en summier, met wat suggesties van water stromen, en watermassa's zijn afwezig. Geen informatie over beschikbare watervoorraden, behalve een paar voorbeelden van fysische veranderingen in de natuurlijke loop van water (grondwater wordt opgepompt, dammen, irrigatie en kanalisering). Landbouw veroorzaakt in dit schema geen vervuiling - een kwestie die toch niet onbelangrijk is voor veel Europese landen. Klimaatverandering hangt ergens in een wolk; de impact van environmental change op verdampings- en evapotranspiratiepatronen ontbreekt. Als verduidelijking bij het artkel geeft deze figuur geen goed beeld van de problematiek  - en het is zeker geen voorstelling van de waterkringloop.

Een derde voorbeeld komt uit een rapport van het voedsel- en landbouwagenschap van de VN, de Food and Agriculture Organisation (FAO). Het jaarrapport The state of food and agriculture 2020 heeft als thema "Wateruitdagingen in de landbouw overwinnen". De onderstaande afbeelding komt uit bladzijde 6 van het rapport, uit een kaderstukje dat gaat over menselijke druk en beschikbaarheid van water.

Voorbeeld van The hydrological cycle, uit FAO 2020.Voorbeeld van The hydrological cycle, uit FAO 2020.

De figuur wil de relatie uitleggen tussen de waterkringloop en landbouw. We zien een sterk vereenvoudigde kringloop, een enkel stroomgebied, een rivier, een meer, groene bodem, enkel zoet grondwater. We vinden niet terug over beschikbaarheid van water of over waterkwaliteit. Het is de Tuin van Eden op het einde van de derde dag: er zijn geen mensen of dieren en er is zeker geen landbouw terug te vinden. Het laat niet zien wat de druk is van de menselijke activiteiten op de natuurlijke watervoorraden, geen wategebruik voor irrigatie, geen groenwaterbehoefte, geen afvalwater uit de landbouw met nituriënten, pesticiden of andere vervuilende stoffen die in het oppervlaktewater of grondwater terecht komen.

De menselijke dominantie van de mondiale watercyclus

Op deze pagina willen we een voorbeelden verzamelen van goede voorstellingen van de watercyclus in het Antropoceen. Docenten en ontwerpens van toekomstige illustruaties kunnen hier dan inspiratie vinden voor een goed verhaal over de zoetwatervoorraden in de wereld; voor beleidsmensen biedt het een beter begrip van de uitdagingen waar de watervoorraden voor staan in het Antropoceen.

We beginnen met een visualisatie uit de publicatie van Abbott et al. (2019b) zelf.

Dit is figuur 4 uit het artikel "Some consequences of human interference with the water cycle". Aan hun eigen ontwerp van een waterkringloop werd informatie toegevoegd over oorzaken die de globale waterkringloop beïnvloeden.

Op de Engelse versie van de Wikipedia pagina over de "Water cycle" komt een schema voor dat ook gebaseerd is op Abbott et al.:

Water cycle diagram by Leslie Lange and Anna Wright (?)Water cycle diagram by Leslie Lange and Anna Wright (?)

Deze voorstelling van de waterkringloop door by Leslie Lange and Anna Wright (we hebben geen verdere verwijzingen naar de auteurs gevonden, wellicht waren ze ooit betrokken bij de onderzoeksgroep van Ben Abbott) heeft diverse elementen uit de aanbevelingen van Abbott et al. overgenomen. Menselijke impact op de watervoorraden is gevisualiseerd als vervuiling, er zijn diverse activiteiten te zien (zoals vrijetijdsbesteding, visvangst, olieboringen en irrigatie) en een tekstbox levert nog wat extra gegevens aan. Informatie over watermassa's en waterstromen is hier samengebracht in een enkele figuur, wat het een beetje vol maakt. Cijfergegevens zijn voorgesteld als percentages van de totale hoeveelheden water op aarde, wat het niet altijd makkelijk maakt om het relatieve belang van de watervoorraden op het land in t schatten.

Referenties

Webpagina's

share with Whatsapp