Waarom niet elke zoutwaterinvoer gelijkmatig voordelig is voor de Oostzee

Eutrofiëring en zuurstofuitputting vormen bekende bedreigingen voor de ecologische balans van de Oostzee, die steeds meer onder druk staat door klimaatverandering. In dit verband spelen grote zoutwaterinvoeren vanuit de Noordzee een cruciale rol. Ze transporteren zuurstofrijk water naar de diepere lagen van de Oostzee, wat de zuurstofgebrek en zogenaamde dode zones tegengaat.

In een recente studie hebben onderzoekers van de Universiteit van Kiel nu voor het eerst aangetoond dat er twee verschillende typen grote zoutwaterinvoeren in de Oostzee bestaan. Deze ontstaan door verschillende weersomstandigheden en stromingspatronen. Deze factoren bepalen de samenstelling van de respectieve invoeren en beïnvloeden de verspreiding van zoutgehalte en zuurstofniveaus in de Oostzee op verschillende manieren.

Deze nieuwe inzichten verklaren waarom niet elke grote zoutwaterinvoer de diepere wateren van de Oostzee in gelijke mate verrijkt met zuurstof. De studie is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Communications Earth & Environment.

Twee types van grote zoutwaterinvoeren geïdentificeerd

Grote zoutwaterinvoeren in de Oostzee, bekend als Major Baltic Inflows (MBI’s), zijn al jaren goed gedocumenteerd in wetenschappelijk onderzoek. Studies geven aan dat ze typisch optreden wanneer langdurige oostenwinden worden gevolgd door sterke westwinden. Het bleef echter een mysterie waarom dergelijke enorme hoeveelheden water uit de Noordzee soms relatief weinig verse zuurstof naar de diepten van de Oostzee transporteren.

In hun studie hebben Dr. Ulrike Löptien, Professor Matthias Renz en Dr. Heiner Dietze van het Instituut voor Informatica en het Instituut voor Aardwetenschappen aan de Universiteit van Kiel dit raadsel opgelost met een combinatie van moderne machine learning-technieken en numerieke oceaan circulatiemodellen. De onderzoekers maakten specifiek gebruik van ongecontroleerd leren, een machine learning-methode zonder vooraf gedefinieerde categorieën.

Op basis van een langetermijnreconstructie van grote zoutwaterinvoeren en historische weersdata identificeert het algoritme twee verschillende typen invoerevenementen, elk met zijn eigen atmosferische en oceanografische kenmerken. Modelsimulaties bevestigen deze clusters en maken een eerste gerichte analyse van hun respectieve impact op de zuurstoftoevoer van de Oostzee mogelijk.

Het eerste cluster, genaamd “Classic,” wordt gekenmerkt door een uitgesproken hogedrukgebied boven Scandinavië en de noordwestelijke Oostzee, gevolgd door gematigde westwinden. Het tweede cluster, “Stormy,” vertoont een ander patroon: het begint met een zwakkere hogedrukinvloed boven de centrale Oostzee, gevolgd door sterke tot stormachtige westwinden.

Twee stromingspatronen—en hun gevolgen voor de Oostzee

In het type “Classic” duwt een sterk hogedrukgebied aanvankelijk grote hoeveelheden water uit de Oostzee. Wanneer de gematigde westwinden opkomen, stroomt het eerder verplaatste water terug de Oostzee in. De sleutel hierin is dat de relatief zwakke westwinden de typische stratificatie in het Kattegat niet significant verstoren, waardoor het zoute Noordzeewater stabiel blijft onder een laag van frisser Oostzeewater.

Het type “Stormy” gedraagt zich anders: hier verplaatsen de voorafgaande oostenwinden minder water, wat leidt tot een zwakkere stratificatie. De daaropvolgende westwinden zijn aanzienlijk sterker, wat een intensievere menging van Noordzee- en Oostzeewater bevordert. Hierdoor bereikt meer zout en zuurstofrijk water van Atlantische oorsprong uiteindelijk de diepe bassins van de Oostzee.

Volgens de onderzoekers is het zoutgehalte van het binnenstromende water cruciaal voor de zuurstofverdeling. Het bepaalt hoe diep de zuurstof daadwerkelijk in de Oostzee kan doordringen. Alleen zeer zout water is dicht genoeg om de lagere lagen te bereiken, waar zuurstof dringend nodig is voor het afbreken van zinkend plankton en andere organische stoffen.

De invloed van Noordzeewater is daarom essentieel voor de ecologische balans van de Oostzee. Het komt uit de Atlantische Oceaan, is dichter, zouter en rijker aan zuurstof—eigenschappen die het mogelijk maken om de diepe lagen van de Oostzee te bereiken en het zuurstofarme water daar te vernieuwen.

“De methoden die we hebben gebruikt en de inzichten die we hebben verkregen, kunnen ook worden toegepast op vele andere kust- en marginaal zeeën wereldwijd—waar verschillende watermassa’s elkaar ontmoeten. Vooral in de context van klimaatverandering, die niet alleen de temperaturen verhoogt maar ook de weerspatronen en stromingssystemen verandert, is een dieper begrip van deze processen van cruciaal belang,” zegt hoofdauteur Dr. Ulrike Löptien, die vergaande mogelijkheden ziet in de bevindingen van de studie.