Universitaire onderzoekers maten 26 soorten microplastics en -rubbers in de Dommel, de Maas en Nederlandse rioolwaterzuiveringsinstallaties. Rivieren voeren het merendeel van alle microplastics in zeeën en oceanen aan. Daar komen de microplastics vanuit verschillende bronnen samen. Kennis over die bronnen en de verspreiding van microplastics is belangrijk voor watermanagers.

Resultaten uit eerdere onderzoeken waren door verontreiniging minder betrouwbaar. Bovendien detecteerden de onderzoekers vaak alleen grotere deeltjes terwijl ze nu ook kleinere microplastics traceerden. Met de resultaten uit dit onderzoek kunnen watermanagers beter inschatten of en waar mogelijke risico’s van microplastics te verwachten zijn.

Sampling in de Maas

‘Het is lastig om microplastics in water op te sporen’, vertelt Svenja Mintenig, promovendus aan de Universiteit Utrecht en hoofdauteur van het onderzoek. Dat komt bijvoorbeeld doordat lab-materiaal soms ook van plastic gemaakt is, en de monsters eenvoudig vervuilen. Ook is er door de relatief lage concentraties ontzettend veel water nodig voor een betrouwbare analyse. De onderzoekers moesten per monster duizenden liters water bemonsteren en concentreren tot maar één liter water.

Kleine microplastic deeltjes

De deeltjes die het team onderzocht, zijn veel kleiner dan voorheen werd gemeten. Vaak mat men voorheen alleen deeltjes vanaf 300 micrometer. Dat is ongeveer de grootte van een huisstofmijt en nog net met het blote oog te zien. ‘Nu kunnen we zelfs deeltjes tot 20 micrometer, zo klein als een menselijke huidcel, waarnemen’, vertelt Merel Kooi, promovendus aan de WUR en tweede auteur. De onderzoekers analyseerden de monsters met behulp van een speciale microscoop en nieuwe software. Op die wijze legden ze de aanwezigheid van 26 verschillende soorten plastics en rubbers bloot. En hoe kleiner de deeltjes, hoe meer ervan voorkwamen in het water.

Kleine concentraties

De gevonden concentraties microplastics varieerden sterk, maar gemiddeld vonden de onderzoekers ongeveer 1 deeltje per liter. Dichtbij steden waren meestal meer deeltjes in het water dan in minder dichtbevolkte gebieden.

Ecologische gevolgen

Vooralsnog liggen de concentraties onder het niveau waarbij ongewenste ecologische effecten worden verwacht. Wel is het belangrijk die concentraties scherp in de gaten te houden. Kooi: ‘Het zijn deeltjes die niet zo maar verdwijnen. Bij gelijkblijvend of stijgend gebruik van plastic ontstaan hogere concentraties van het plastic in het milieu. Dat kan het in de toekomst wel tot problemen leiden.

Het blijft nog onduidelijk waar de microplastics precies vandaan komen. Mintenig: ‘Er komen absoluut microplastics uit rioolwaterzuiveringsinstallaties. We konden echter geen directe link leggen tussen hogere concentraties microplastics in rivieren en de zuiveringsinstallaties. Er zijn dus ook andere, misschien zelfs belangrijkere, bronnen van microplastics in rivieren.’

Bijna twintig procent van de stroomgebieden met grondwaterwinning kampt met te lage afvoeren van rivieren en beken. In ieder geval te laag om hun zoetwaterecosysteem gezond te houden. In 2050  geldt dit voor meer dan de helft van deze stroomgebieden. Dat concluderen onderzoekers van de Universiteit Utrecht, waterinstituut Deltares, de Universiteit van Freiburg (Duitsland) en de Universiteit van Victoria (Canada).

De sterke bevolkingsgroei en economische ontwikkeling van de afgelopen vijftig jaar leidden tot een enorme toename van de zoetwatervraag. Vooral voor de irrigatie van voedselgewassen. Ongeveer de helft van dat water is opgepompt grondwater. In veel droge gebieden pompen bedrijven en particulieren meer grondwater op dan neerslag kan aanvullen. Dit leidt wereldwijd tot dalende grondwaterstanden.

Bedreiging onderwaterleven

Een belangrijk gevolg van de grondwaterstandsdaling is een lagere afvoer van beken en rivieren. Dit gebeurt in het bijzonder tijdens het droge seizoen, wanneer de afvoer bijna volledig afhankelijk is van de toestroom van grondwater. Dit is een grote bedreiging voor de zoetwaterecosystemen die deze beken en rivieren herbergen. Het waterniveau daalt onder kritische grenzen en de watertemperatuur stijgt teveel voor organismen die onder water leven, zoals vissen, plankton en waterplanten.

Wereldwijde stroming

De onderzoekers gebruiken een nieuw hydrologisch model. Dat beschrijft de wereldwijde stroming van grondwater en de interactie daarvan met oppervlaktewater. Daarmee konden zij wereldwijd de stroming berekenen van grondwater naar het netwerk van beken en rivieren tijdens perioden met lage afvoeren.

Toenemende daling

Rond het jaar 2010 was de daling van de grondwaterafvoer in 17 tot  21 procent van de stroomgebieden met grondwaterwinningen bedreigend voor het zoetwaterecosysteem. Rond 2050 zal dit gelden voor 42 tot 79 procent van deze gebieden, concluderen de onderzoekers.

Ecologische aantasting

‘We zien dat de grondwatertoevoer van stroomgebieden in het midden van de VS en de Aziatische Indus-rivier nu al ernstig is verminderd’, zegt Inge de Graaf, onderzoeker aan de Universiteit van Freiburg. ‘We verwachten dat ook stroomgebieden in Zuid- en Oost-Europa, Noord-Afrika en Australië tegen hun ecologische grenzen zullen oplopen.

Klimaatverandering zal het tijdstip waarop dit optreedt alleen maar versnellen. We verwachten namelijk dat dit in de nu al droge gebieden tot minder neerslag en dus meer grondwaterwinning zal leiden.’

Tikkende tijdbom

Medeauteur Marc Bierkens, hoogleraar hydrologie aan de Universiteit Utrecht, voegt hieraan toe: ‘Opvallend aan onze resultaten is dat er maar een geringe daling van de grondwaterstand nodig is om groot effect te hebben op de grondwaterafvoer naar een beek of rivier. Dat laat zien dat zoetwaterecosystemen extreem gevoelig zijn voor grondwaterstandsdaling.’

Het onderzoek laat ook zien dat het starten van grondwaterwinning vaak pas na tientallen jaren merkbaar is in de grondwaterafvoer naar een rivier. ‘Je kunt dus oprecht spreken van een tikkende tijdbom, waarbij de effecten van grondwaterwinning pas jaren later merkbaar worden’, aldus Bierkens.

Conservatieve schatting

Bij hun toekomstprojecties namen de onderzoekers alleen het effect van klimaatverandering mee. Ze veronderstelden dat het aantal en de intensiteit van grondwaterwinningen gelijk blijven aan die van de laatste tien jaar. Het is echter veel waarschijnlijker dat winningen toenemen door bevolkingsgroei en economische ontwikkeling. De onderzoekers denken dan ook dat hun schattingen van de toekomstige effecten van grondwaterwinningen op zoetwaterecosystemen nog aan de conservatieve kant zijn.

Het onderzoek is gepubliceerd in Nature.

Het grondwater dat wordt opgepompt om gewassen te irrigeren is in veel gebieden te goedkoop en werkt daarmee inefficiënt gebruik en grondwateruitputting in de hand. Dit blijkt uit recent onderzoek van een onderzoeksteam onder leiding van de Universiteit Utrecht in samenwerking met Wageningen Economic Research en het internationale onderzoeksinstituut IIASA.

De helft van het water dat wordt gebruikt voor de irrigatie van gewassen is opgepompt grondwater. Het zorgt voor een vijfde van de wereldwijde voedselproductie. Het meeste grondwater wordt gebruikt in de drogere gebieden van onder andere de Verenigde Staten, India, Pakistan, Iran en China, maar ook in Spanje, Italië en Mexico is het grondwatergebruik aanzienlijk. Omdat in deze droge gebieden het grondwater nauwelijks wordt aangevuld, leidt dit tot dalende grondwaterstanden en grondwateruitputting. Met droogvallende putten, bodemdaling en uitdroging van natuurgebieden als gevolg.

Niet-hernieuwbare bron

Grondwater dat nauwelijks wordt aangevuld, wordt ‘niet-hernieuwbaar’ genoemd en kan men vergelijken met een delfstof zoals olie of goud. Maar hoeveel betaalt men dan voor die delfstof? De onderzoekers zochten dit uit door de ‘schaduwprijs’ van irrigatiewater te bepalen voor vijf geïrrigeerde gewassen in elf landen die het meeste niet-hernieuwbaar grondwater gebruiken. De schaduwprijs is de netto-opbrengst van de laatste kubieke meter water en tevens de maximale prijs die een boer zal willen betalen voor grondwater. De onderzoekers gebruikten hierbij een combinatie van hydrologische modellering, landbouwstatistieken en econometrische methoden.

Schaduwprijs

‘De schaduwprijs is een goede maat voor de efficiëntie van watergebruik’, zegt Marc Bierkens, onderzoeksleider en hoogleraar hydrologie aan de Universiteit Utrecht. ‘Je kunt niet-hernieuwbaar grondwater maar één keer gebruiken. Een lage schaduwprijs betekent dus dat de baten van dit grondwater gering zijn. Een lage schaduwprijs is ook een indicatie dat verborgen kosten zoals schade door bodemdaling, het droogvallen van natuurgebieden en het onttrekken van water aan meer winstgevende activiteiten niet voor rekening van de boer komen. Dit betekent dus dat niet-hernieuwbaar grondwater inefficiënt wordt gebruikt.’

Goedkope gewassen vervangen

Er kan veel niet-hernieuwbaar grondwater worden bespaard en dat leidt tot welvaartsgroei, laten de onderzoekers zien. Dit kan door goedkope gewassen te vervangen voor gewassen die per hectare meer opbrengen. Dit geeft een handvat om niet-hernieuwbaar grondwater verstandiger te gebruiken en de uitputting van grondwaterreserves te beperken.

Het bouwen van grote waterreservoirs leidt tot meer waterverbruik op de lange termijn, wat resulteert in lange periodes van droogte en watertekort in benedenstroomse gebieden. Dit concludeert een multidisciplinair team van tien droogte-onderzoekers, waaronder wetenschappers van de Universiteit Utrecht, in een artikel in Nature Sustainability.  De onderzoekers raden aan om meer tijd en energie te steken in het terugdringen van de vraag naar water dan in het vergroten van de watertoevoer.

Het onderzoeksteam, waaronder hydroloog Niko Wanders van de Universiteit Utrecht, laat zien dat het bouwen van dammen en reservoirs een van de meest gebruikte methoden is in het tegengaan van droogte en watertekort. Hoewel dit een gemakkelijke oplossing lijkt, heeft het negatieve bijeffecten, legt Wanders uit. ‘Meer watertoevoer leidt tot een grotere watervraag, waardoor de voordelen van een reservoir weer worden ondermijnd. Dit kan leiden tot een vicieuze cirkel waarbij een nieuw tekort wordt opgelost door meer reservoiropslag en dus meer consumptie, tot het volgende tekort zijn intrede doet.’

Het reservoireffect

De groep wetenschappers noemt deze vicieuze cirkel het reservoireffect. Dit effect beschrijft de gevallen waarin een te grote afhankelijkheid van waterreservoirs de potentiële schade door droogte en watertekort verhoogt. Uitbreiding van reservoirs verlaagt vaak de noodzaak om voorbereid en aanpassingsklaar te zijn, waardoor de negatieve impact van een watertekort groter is.

Maatregelen voor waterbehoud

Het is niet duurzaam om een watertekort, dat wordt aangewakkerd door een verhoogde toevoer, te bestrijden met een nog grotere toevoer. De onderzoekers raden daarom aan minder afhankelijk te zijn van grote waterinfrastructuren als dammen en reservoirs, en meer tijd en energie te steken in waterbesparende maatregelen, zoals efficiënte irrigatie. Dit vermindert de lokale watervraag en daarom ook de vraag naar water uit stuwdammen en reservoirs. Dit zorgt ervoor dat er minder water nodig is voor irrigatie in tijden van droogte.

Waterverbruik in Nederland

In Nederland ligt het waterverbruik per hoofd van de bevolking hoog. Tijdens een periode van droogte zoals afgelopen zomer is het bouwen van waterreservoirs in Duitsland en Zwitserland geen duurzame oplossing, zo laten de onderzoeksresultaten zien. Wanders: ‘Om de uitdagingen van een veranderend klimaat met meer droogte en watertekort te kunnen hanteren zullen we structurele maatregelen moeten bedenken om de Nederlandse waterconsumptie te verlagen’.

Door opwarming van de aarde krijgen we te maken met langere periodes van droogte in Europa, die een groter oppervlak bestrijken en meer impact hebben op de mens dan voorheen. Dit schrijft een internationaal team van onderzoekers, waaronder onderzoekers van de Universiteit Utrecht, in het wetenschappelijk tijdschrift Nature Climate Change. Het team is de eerste die verklaart hoe een wereldwijde tempratuurstijging van één tot drie graden een aanzienlijk effect kan hebben op uitdroging van de ondergrond door heel Europa.

Volgens de resultaten van het onderzoeksteam, dat naast hydroloog Niko Wanders van de Universiteit Utrecht bestaat uit wetenschappers uit Duitsland, de VS en het Verenigd Koninkrijk, zal bij een temperatuurstijging van drie graden leiden tot een twee keer zo groot oppervlak dat te maken krijgen met droogte. Als we de temperatuurstijging kunnen terugdringen naar 1,5 graad, zoals bepaald is in het Parijse klimaatakkoord, kunnen de droogtegebieden beperkt worden. Met uitzondering van Scandinavië zullen periodes van droogte 3-4 keer langer duren dan in het verleden, en treft tot 400 miljoen mensen.

Droogte wordt normale gang van zaken

Vooral het Middellandse Zeegebied wordt getroffen, zo blijkt uit de modelstudie. Als het driegradenscenario werkelijkheid wordt kunnen langere en grotere periodes van droogte tweemaal zoveel voorkomen; droogte wordt dan in veel delen van Europa de normale gang van zaken. Een temperatuurstijging van drie graden betekent dan ook dat het grondwater 35 millimeter lager komt te staan, tot een diepte van twee meter. Met andere woorden: per vierkante kilometer land is er 35.000 kubieke meter minder water beschikbaar, oftewel 14 Olympische zwembaden. In de toekomst kan dit nog veel ernstiger kunnen worden, met alle gevolgen voor mens en economie van dien.

Drogere zomers

Uit het onderzoek blijkt dat de impact in Nederland vooral merkbaar zal zijn in de zomer. ‘In de nabije toekomst zullen we drogere zomers gaan meemaken dan voorheen’, vertelt Niko Wanders, hydroloog aan de Universiteit Utrecht. ‘Dit heeft vooral impact op de opbrengst van de agrarische sector en op de binnenlandse vaart.’

Voorkomen is beter dan genezen

Wanders benadrukt dat de maatschappij kan anticiperen op de naderende droogte. ‘Het effect van klimaatopwarming kan met technische aanpassingen deels worden beperkt. Maar dat is kostbaar. Een waarschijnlijkere manier is om de klimaatdoelstelllingen uit het Parijse klimaatakkoord na te streven, om op die manier de verregaande gevolgen van droogte in Europa, en dus in Nederland, in te perken.’