Wat zijn de gevolgen van zeespiegelstijging voor de Waddenzee en de Waddeneilanden en wat voor rol speelt slibafzetting hierin?

Waddenzee en zeespiegelstijging

Langs de Nederlandse kust stijgt de zeespiegel, het gemiddeld zeeniveau, langzaam, zo’n twee millimeter per jaar [1,2]. Dit is niet veel als je het vergelijkt met de dagelijkse variatie van de waterstanden in de Waddenzee: in het westen van de Waddenzee, bij Den Helder is het gemiddelde verschil tussen hoogwater en laagwater 1,4 m. Dit verschil neemt naar het oosten toe tot 2,6 m in de Eemshaven, aan de monding van de Eems. Daardoor is het effect van zeespiegelstijging pas zichtbaar op langere termijn: na tientallen jaren of nog langer. Voor de toekomst wordt een versnelling van de zeespiegelstijging als gevolg van klimaatverandering verwacht. De meer extreme scenario’s voorspellen dat de zeespiegel voor het einde van deze eeuw met 1 m of meer zal stijgen.

Illustratie door Florine Kooij

Zeespiegelstijging hoort bij de Waddenzee. De Waddenzee is lang geleden ontstaan door de snelle stijging van het zeeniveau na de laatste ijstijd. Doordat het weer warmer werd op aarde smolten de ijskappen, waardoor er meer water in de oceanen kwam en het zeeniveau snel steeg. Hierdoor breidde de zee zich uit, de laaggelegen vlakten overstroomden en veranderden in getijdebekkens. In deze bekkens werd zand en slib afgezet, waardoor er wadplaten ontstonden. Als er veel zand en slib werd afgezet, werden de getijdebekkens steeds ondieper en kleiner in omvang en veranderden uiteindelijk in land. Als er minder zand en slib werd aangevoerd, werden de bekkens niet helemaal opgevuld en bleven ze bestaan. Ook doordat de zeespiegel bleef stijgen, raakten de bekkens nooit helemaal vol: er was steeds weer nieuw zand en slib nodig. Zo ging het met de Waddenzee, de bekkens varieerden door de tijd in grootte en diepte, maar ze zijn nooit helemaal opgevuld

De Waddenzee is onderdeel van een groter kustsysteem. De zandplaten en slikken (slibrijke wadplaten), getijgeulen en kwelders (de hoog opgeslibde en met planten begroeide randen van de Waddenzee die alleen nog bij storm onder water lopen) van de Waddenzee vormen samen met de Waddeneilanden, de zeegaten tussen de eilanden, de buitendelta’s (de zeewaarts van de zeegaten gelegen ondiepe zandbanken) en de Noordzeebodem één systeem, dat niet alleen water maar ook sediment uitwisselt. Aangezien er geen rivieren in de Waddenzee uitmonden die sediment aanvoeren, moet al het sediment van buiten, uit de kustzone van de Noordzee komen. Het zeewater dat met vloed door de zeegaten binnenkomt, brengt sediment mee. Met eb, als het water weer naar zee terugstroomt, gaat slechts een deel van het aangevoerde materiaal mee terug, waardoor er netto zand en slib in de Waddenzee achterblijft.

Vraag en aanbod

De ontwikkeling van de Waddenzee op langere termijn is te beschouwen als een balans tussen vraag naar en aanbod van zand en slib. Zowel door zeespiegelstijging als door bodemdaling zal de gemiddelde waterdiepte in de Waddenzee toenemen. Daardoor zullen zowel de hoogte als de omvang van het oppervlak zandplaten, slikken en kwelders afnemen. Echter, er wordt ook met ieder getij zand en slib aangevoerd en afgezet, waardoor de platen, slikken en kwelders langzaam aangroeien. De planten op de kwelders helpen met het invangen van de sedimentdeeltjes, waardoor kwelders sneller kunnen aangroeien. Door de regelmatige aanvoer van zand en slib neemt de diepte dus niet toe. De zeespiegelstijging en bodemdaling, samen relatieve zeespiegelstijging genoemd, bepalen hoeveel ruimte er is om zand en slib af te zetten. Dat kun je als “vraag” naar sediment beschouwen. De aanvoer door de golven en getijstroming is dan het “aanbod”. Als vraag en aanbod in evenwicht zijn, blijft het oppervlak aan geulen en platen constant (al zullen de geulen altijd van positie veranderen). Als het aanbod groter is dan de vraag, zal het gebied steeds ondieper worden en uiteindelijk land worden. Als het aanbod kleiner is, zal de gemiddelde diepte toenemen en het oppervlak platen en slikken kleiner worden.

- Relatieve zeespiegelstijging

De wereldwijde stijging van de gemiddelde zeespiegel wordt voornamelijk veroorzaakt doordat er meer water in de oceanen komt door het smelten van gletsjers en ijskappen en doordat de temperatuur van het zeewater stijgt. Daarbij is het belangrijk om te weten dat de hoeveelheid zeespiegelstijging varieert van plaats tot plaats. Regionale effecten, zoals de variatie in zwaartekracht en veranderingen in oceaanstromingen spelen hierbij een rol. Tenslotte bepalen ook lokale factoren de waterstanden, zoals bijvoorbeeld de (veranderende) vorm van de zeebodem en de kust.

Naast stijging van het zeeniveau draagt daling van de bodem ook bij aan de vraag naar sediment, omdat daardoor immers de gemiddelde waterdiepte toeneemt. In de Nederlandse Waddenzee daalt de bodem door zowel natuurlijke als niet-natuurlijke oorzaken. Zo zakt Noord-Nederland nog steeds enkele centimeters per eeuw als gevolg van het verdwijnen van de ijskappen op Scandinavië en Schotland na de laatste ijstijd. Op sommige plaatsen komt daar extra bodemdaling bovenop, die veroorzaakt wordt door de onttrekking van grondwater, zout, olie en gas.

- Sedimentaanvoer

In de huidige situatie worden met vloed grote hoeveelheden zand en slib door de zeegaten de Waddenzee in gebracht en met eb weer eruit, slechts een klein deel blijft achter. Toch is de hoeveelheid sediment die de golven en de getijstroming via de zeegaten kunnen aanvoeren niet oneindig groot. Het vermogen om zand te verplaatsen hangt af van de sterkte van de stroming, de concentratie van zand en slib in het stromende water bepaalt hoeveel sediment er uiteindelijk verplaatst wordt.

Zand in de Waddenzee is afkomstig van de Noordzeekust van de Waddeneilanden en Noord-Holland. Als gevolg van de verplaatsing van zand van de kust naar de Waddenzee neemt de zandvoorraad van de kust af en schuift de kustlijn langzaam in landwaartse richting. Als de zandverliezen weer aangevuld worden, bijvoorbeeld door zandsuppleties, dan blijft de kustlijn op zijn plaats.

In de verplaatsing van zand door een zeegat spelen buitendelta’s een belangrijke rol. Buitendelta’s, ook wel ebdelta’s genoemd, worden opgebouwd met zand dat door de ebstroming meegenomen wordt uit het zeegat. Als de ebstroming het zeegat verlaten heeft, neemt de stroomsnelheid af en bezinkt het zand. Hierdoor ontstaan zandbanken, waarop de golven breken. De golven brengen een deel van het zand weer terug naar de kust, waar het vervolgens op het aangrenzende eiland wordt afgezet. De buitendelta’s functioneren als een soort doorgeefluik in de uitwisseling van zand tussen de kust en de Waddenzee.

Sinds de afsluitingen van de Zuiderzee en Lauwerszee zijn buitendelta’s van de zeegaten van Texel en het Vlie en van de Zoutkamperlaag flink kleiner geworden. Door de afsluiting van de Zuiderzee in 1932 veranderde de stroming in de westelijke Waddenzee. Het gevolg was dat de geulen in de buitendelta’s zich verplaatsten en een deel van de buitendelta geen zand meer ontving van de ebstroming. Het in die delen van de buitendelta’s aanwezige zand werd afgevoerd door de golfwerking. Door de afsluiting van de Lauwerszee in 1969 werd het bekken van de Zoutkamperlaag flink kleiner. Hierdoor stroomde er met vloed minder water door de Zoutkamperlaag naar binnen en met eb naar buiten en werd er ook minder zand verplaatst. De golven ruimden een groot deel van de buitendelta op; het zand werd in de Zoutkamperlaag en op Schiermonnikoog afgezet. Inmiddels zijn er geen grote overschotten aan zand meer beschikbaar in de buitendelta’s. Rijkswaterstaat onderzoekt of het aanbrengen van extra zand in de buitendelta’s een bruikbare maatregel is om de zandvoorraad van de Waddeneilanden en Waddenzee op peil te houden.

Voor slib werkt het anders dan voor zand. Slib wordt aangevoerd vanuit de zuidelijke Noordzee door de noordgaande stroming. Het zeewater, dat door de zeegaten de Waddenzee instroomt bevat altijd slib, al varieert de concentratie. Als gevolg van het samenspel van een aantal processen concentreert het slib zich in de binnenste delen van de Waddenzee. Als het water voldoende rustig is, bijvoorbeeld op beschutte plekjes, kan het slib bezinken en op de bodem worden afgezet. Hoe meer rustige plekken, hoe meer slib er kan worden afgezet, de grootte van de aanvoer is meer dan voldoende. Zo was de stroming in de Zoutkamperlaag na de afsluiting van de Lauwerszee zodanig afgenomen dat er een dikke laag slib in de geul werd afgezet.

Overigens is slib niet alleen van belang in de sedimenthuishouding, het speelt ook een belangrijke rol in de voedselkringloop van het wad. Slib bestaat voor een deel uit organisch materiaal, dat het voedsel vormt voor beestjes zoals mosselen die het uit het zeewater filteren. De niet-verteerbare deeltjes worden weer uitgescheiden in pakketjes, waardoor er ook slibafzettingen ontstaan rond mosselbanken.

De huidige toestand van de Nederlandse Waddenzee

De bodem van de Nederlandse Waddenzee ziet er niet overal hetzelfde uit. De Waddenzee ten westen van het wantij (de ondiepe zone op de grens van twee getijdebekkens, zie de zwarte stippellijnen in de kaart van 2005 in Fig. 1) achter Terschelling is relatief diep, met grote getijgeulen en een aanzienlijk oppervlak dat niet droogvalt tijdens laagwater (Fig. 1). Meer naar het oosten zijn de bekkens kleiner en daarin komen in verhouding veel meer platen voor, waardoor het gemiddeld minder diep is. Voor een belangrijk deel is dit het gevolg van de geologische geschiedenis van het gebied. Door het landijs dat Nederland in de voorlaatste ijstijd bereikte, werd de noordelijke helft van Nederland grondig omgeploegd. Nadat het ijs weer verdwenen was, bleef er een landschap met diepe bekkens en hoge ruggen achter. De diepe bekkens zijn nadien grotendeels opgevuld met sediment, maar de hoge ruggen zijn nog altijd aanwezig in het landschap. De westelijke Waddenzee ligt op zo’n hoge rug, die op Texel en Wieringen aan het oppervlak komt. Hierdoor is de westelijke Waddenzee geologisch gezien pas kortgeleden ontstaan. Het duurde tot de vroege Middeleeuwen voordat hier de Waddenzee zoals wij die kennen ontstond. Dit hing samen met het ontstaan van de Zuiderzee, in feite vormde de westelijke Waddenzee één geheel met de Zuiderzee. Droogvallende wadplaten kwamen alleen in de buurt van de zeegaten voor, het overgrote deel van dit gebied viel niet droog met laagwater (Fig. 1, situatie 1927-1935). Door de aanleg van de Afsluitdijk veranderde het gebied sterk. De dijk blokkeerde de oude getijgeulen naar de Zuiderzee, waardoor deze snel opvulden met vooral slib. De overgebleven getijgeulen verlegden zich in een meer oost-westelijke richting en breidden zich naar het oosten uit. Het bekken van het Zeegat van Texel groeide ten koste van het bekken van het Zeegat van het Vlie. In totaal is er sinds de afsluiting van de Zuiderzee ca. 370 miljoen kubieke meter sediment afgezet in de westelijke Waddenzee [3]. Dat is echter bij lange na niet genoeg om dit gebied hetzelfde percentage platen als de oostelijke Waddenzee te bezorgen.

Figuur 1 De bodem van de Waddenzee in 1927-1935, vóór de afsluitingen van de Zuiderzee en Lauwerszee, en in 2005. De kleuren geven verschillende diepteklassen aan. De gebieden boven NAP -1,25 m, aangegeven met donkerbruin en groen, vallen droog met laagwater. Opvallend is het verschil in droogvallend oppervlak tussen de Waddenzee ten westen van het wantij van Terschelling (aangegeven met A, B en C in de kaart van 2005) en ten oosten daarvan (D, E en F). De wantijen zijn ondiepe zones op de grens van twee bekkens en worden aangegeven met stippellijnen in de kaart van 2005. (Bron: Elias et al., 2012 [4])

Dit verschil tussen de westelijke en oostelijke Waddenzee betekent dat het effect van een toenemende sedimentvraag als gevolg van versnelde zeespiegelstijging andere gevolgen heeft. In de westelijke Waddenzee is de vraag naar sediment nu al heel groot; een verdere toename zal waarschijnlijk niet tot een wezenlijke toename van de sedimentaanvoer leiden. In de oostelijke Waddenzee met zijn grote oppervlak aan platen, is niet heel veel ruimte om nog sediment af te zetten. Aangezien de bekkens hier ook kleiner zijn in oppervlak, zal de sedimentvraag door zeespiegelstijging in eerste instantie niet zo groot zijn dat de beschikbare zandbronnen het benodigde volume niet kunnen leveren. Pas als de vraag echt groot wordt door een sneller stijgende zeespiegel zal de aanvoer tekort gaan schieten. Dat betekent dat de platen dan langzaam in hoogte en/of oppervlak af gaan nemen. Het zal een flinke tijd (orde een eeuw of langer, afhankelijk van de snelheid van de zeespiegelstijging) duren voordat de platen helemaal verdwenen zijn.

Toekomstige ontwikkeling van de Waddenzee

Hoe een waddensysteem zich zal ontwikkelen bij een snelle zeespiegelstijging kunnen we inschatten door naar het verleden te kijken. In de periode na de laatste ijstijd hebben getijdebekkens zich op verschillende wijze ontwikkelt. Sommige bekkens zijn opgevuld en land geworden, andere zijn verdronken en uiteindelijk zee geworden en weer andere zijn er nog steeds. Als we begrijpen wat daarachter steekt, en hoe die bekkens in verschillende stadia van ontwikkeling eruitzagen, kunnen we ons een beeld vormen van de toekomst.

In een natuurlijke situatie schuift een waddensysteem landwaarts met het stijgen van het zeeniveau: het bekken breidt zich landwaarts uit, door de toegenomen vraag naar zand verliezen de eilanden zand aan het bekken, waardoor de kustlijn landwaarts terugtrekt. Door stijging van het zeeniveau neemt ook de kans op hoge stormvloedstanden toe en daarmee de kans op erosie van de duinenkust van de Waddeneilanden. Netto schuift het hele systeem van Waddenzee en Waddeneilanden in landwaartse richting. De huidige Waddenzee heeft die vrijheid niet meer. De landwaartse randen zijn vastgelegd met dijken, waardoor landwaarts schuiven bij een stijgende zeespiegel niet kan. Als de eilanden niet op hun plaats blijven, maar landwaarts terugtrekken als gevolg van zandverlies, zal de Waddenzee op de lange duur steeds smaller worden. Als de eilanden wel op hun plaats gehouden worden met kustbeschermende maatregelen, wordt het oppervlak van de Waddenzee niet kleiner.

Of de gemiddelde waterdiepte toe gaat nemen hangt van de grootte/omvang van de aanvoer van zand en slib af. Als de aanvoer voldoende is om de groeiende vraag bij te houden, zal er netto niet heel veel veranderen. Is de aanvoer niet voldoende, en dat geldt vooral voor zand, dan kunnen de zandplaten niet meegroeien. Dat betekent dat ze in hoogte en/of omvang af gaan nemen. Dat zal niet overal tegelijk gebeuren. Reconstructies van getijdebekkens in het verleden met een te kleine zandaanvoer laten zien dat in die situatie er alleen droogvallende zandplaten in de buurt van het zeegat en langs de grote aanvoergeulen voorkomen [5]. Verder het bekken in wordt te weinig zand aangevoerd om platen op te bouwen tot boven het niveau van laagwater. Dit deel van het bekken staat dus permanent onder water en is daarmee een lagune. In de lagune zal zich vooral slib verzamelen. Voor een bekken in de huidige Waddenzee betekent dit dat de platen achter in het bekken het eerst zullen verdwijnen bij een te lage zandaanvoer. Daar ontstaat een lagune waarin zich slib zal verzamelen. Of dit slib ook afgezet wordt op de bodem hangt van de lokale beschutting af. Als de golven vrij spel krijgen, kunnen ze ook de aangrenzende kwelder aantasten.

Voor een uitgebreide beschrijving van de toestand van de Waddenzee en de gevolgen van versnelde zeespiegelstijging, zie de paper van Wang e.a. (over sedimentatie) en Vermeersen e.a. (over zeespiegelstijging) uit 2018 [1,6].