Wat zijn planetaire grenzen en welke zijn reeds overschreden?

In 2009 leidde professor in de milieukunde Johan Rockström een ​​groep van 28 gerenommeerde wetenschappers met onderzoek naar de planetaire grenzen. Samen identificeerden zij negen processen die de stabiliteit en veerkracht van ons aardse systeem reguleren. Voor die negen processen beschreven zij kwantitatieve planetaire grenzen waarbinnen de mensheid nog generaties lang prettig kan leven. Het overschrijden van die grenzen veroorzaakt echter grootschalige abrupte of onomkeerbare veranderingen in het milieu. Sindsdien heeft het raamwerk van planetaire grenzen enorm veel belangstelling gekregen binnen de wetenschap, beleidsmakers en in de praktijk.

In deze blogbijdrage op het Klimaatplein beschrijven we de negen planetaire grenzen. Daarbij geven we ook aan of dat ze al overschreden zijn en wat we moeten doen om weer terug binnen de betreffende grens te komen.

1 Afbraak van ozon in de stratosfeer 

De stratosferische ozonlaag in de atmosfeer filtert de ultraviolette (UV) straling van de zon. Als deze laag dunner wordt, zal steeds meer UV-straling het grondniveau bereiken. Dit leidt tot een hogere kans op huidkanker bij mensen en tot schade aan aardse en mariene biologische systemen. De door mensen veroorzaakte ozonafbrekende chemische stoffen veroorzaakte vorige eeuw het ozongat op Antarctica. Gelukkig lijken we, dankzij de maatregelen die zijn genomen als gevolg van het Montreal Protocol, op pad om de ozonlaag weer te herstellen.   

2 Verlies van biodiversiteit 

Het Millennium Ecosystem Assessment van 2005 concludeerde dat veranderingen in ecosystemen als gevolg van menselijke activiteiten de afgelopen 50 jaar sneller zijn gegaan dan ooit in de menselijke geschiedenis. Daardoor neemt het risico op abrupte en onomkeerbare veranderingen toe. Volgens het Intergouvernementeel Platform voor Biodiversiteit en Ecosysteemdiensten (IPBES) staan ongeveer 1 miljoen soorten planten en dieren op het punt om uit te sterven, dat is een kwart van het totaal op aarde. 

De belangrijkste aanjagers van de ernstige afname van biodiversiteit zijn onze vraag naar voedsel, water en natuurlijke hulpbronnen (zoals mineralen, brandstoffen en aardmetalen). De huidige hoge mate van schade aan ecosystemen kan worden vertraagd door levende systemen (de biosfeer) te beschermen, de leefomgeving en de connectiviteit tussen ecosystemen te verbeteren. 

3 Chemische vervuiling  

De uitstoot van giftige stoffen zoals synthetische organische verontreinigende stoffen, verbindingen van zware metalen en radioactieve materialen vertegenwoordigen enkele van de belangrijkste door de mens veroorzaakte veranderingen in het planetaire milieu. Deze verbindingen hebben onomkeerbare effecten op levende organismen en op de fysieke omgeving (door aantasting van atmosferische processen en klimaat). 

Effecten als verminderde vruchtbaarheid (ook bij de mens) en het potentieel van permanente genetische schade hebben ernstige gevolgen voor ecosystemen. Zelfs voor ecosystemen die ver verwijderd zijn van de bron van de vervuiling. Denk aan een dramatische vermindering van de vogelpopulaties en een verminderde reproductie en ontwikkeling bij zeezoogdieren.  

4 Klimaatverandering 

Door sinds de industriële revolutie grote hoeveelheden broeikasgassen in de atmosfeer te pompen (met het verbranden van olie, aardgas en steenkool) wordt de zonnewarmte op aarde beter vastgehouden. Die opwarming van de aarde veroorzaakt veranderende klimaatsystemen.
We hebben dankzij die opwarming van de aarde een punt bereikt waarop het verlies van poolijs in de zomer vrijwel zeker onomkeerbaar is. Dit is een voorbeeld van een goed gedefinieerde drempel waarboven fysieke feedbackmechanismen het aardsysteem in een veel warmere staat kunnen brengen. Met als gevolg bijvoorbeeld een zeespiegel die meters hoger is dan nu.
De afname van opgeslagen koolstof op aarde, bijvoorbeeld door de voortdurende vernietiging van de regenwouden van de wereld of het afsmelten van de permafrost, is een ander potentieel omslagpunt. Deze ‘feedback-loops’ van de klimaat-koolstofcyclus versterkt de opwarming van de aarde en versnelt verdere klimaateffecten. Door zeer spoedig afscheid te nemen van fossiele brandstoffen, en door minder vlees en spullen te consumeren kan de uitstoot van broeikasgassen omlaag. Negatieve emissies door opname van het broeikasgas CO2 in bossen, de bodem of industriële processen zullen nodig zijn om klimaatdoelen te halen.

5 Verzuring van oceanen

Ongeveer een kwart van de CO2 die de mensheid in de atmosfeer uitstoot, wordt uiteindelijk opgelost in de oceanen. Hier vormt het koolzuur, waardoor de chemie van de oceaan verandert en verzuurt. Een verhoogde zuurgraad vermindert de hoeveelheid beschikbare carbonaationen, een essentiële bouwsteen die door veel mariene soorten wordt gebruikt voor de vorming van schelpen en skeletten.

Boven een drempelconcentratie maakt deze stijgende zuurgraad het moeilijk voor organismen zoals koralen en sommige soorten schelpdieren en plankton om te groeien en te overleven. Verliezen van deze soorten zouden de structuur en dynamiek van oceaan-ecosystemen veranderen en leiden tot drastische verminderingen van de visbestanden. In vergelijking met pre-industriële tijden is de zuurgraad van de oceaan aan de oppervlakte al met 30 procent toegenomen. De verwachting is dat we, zelfs als we de klimaatdoelen van Parijs halen, zeker negentig procent van het koraal aan het eind van deze eeuw zijn verloren. Koraalriffen bedekken slechts 0,2% van het aardoppervlak, maar herbergen wel 25 procent van al het oceaanleven. Honderden miljoenen mensen op aarde zijn, qua inkomen of voedsel, afhankelijk van het rif.

In tegenstelling tot de meeste andere menselijke effecten op het mariene milieu, die vaak lokaal van omvang zijn, heeft de verzuring van de oceaan gevolgen voor de hele planeet. Het is ook een voorbeeld van hoe nauw planetaire grenzen met elkaar verbonden zijn. Zo is de CO2-concentratie in de atmosfeer de onderliggende controlerende variabele voor zowel het klimaat als de verzuring van de oceaan.

6 Zoetwaterverbruik en de wereldwijde hydrologische cyclus

Menselijk handelen is de dominante drijvende kracht die het functioneren en de distributie van mondiale zoetwatersystemen bepaalt. De zoetwatercyclus wordt tevens sterk beïnvloed door klimaatverandering.

De gevolgen van menselijke aanpassingen in watersystemen omvatten zowel veranderingen in rivierstromen wereldwijd als verschuivingen in dampstromen als gevolg van veranderingen in het landgebruik. Deze verschuivingen in het hydrologische systeem kunnen abrupt en onomkeerbaar zijn. Water wordt bijvoorbeeld steeds schaarser. Tegen 2050 zullen ongeveer een half miljard mensen te maken krijgen met waterstress, waardoor de druk om in te grijpen in watersystemen nog meer toeneemt.

7 Verandering van landsystemen

Over de hele wereld wordt land voor de menselijke consumptie gebruikt. Veel bossen, graslanden, wetlands en andere vegetatietypen zijn omgezet in landbouwgrond. Deze verandering in landgebruik is een drijvende kracht achter de ernstige vermindering van de biodiversiteit. Ook heeft het gevolgen voor waterstromen en voor de biochemische kringloop van koolstof, stikstof en fosfor en andere belangrijke elementen. En hoewel elke verandering van landgebruik op lokale schaal plaatsvindt, kunnen de effecten bij elkaar opgeteld gevolgen hebben voor de processen van het aardsysteem op wereldschaal.

Een grens voor menselijke veranderingen in landsystemen weerspiegelt niet alleen de absolute hoeveelheid land, maar ook de functie, kwaliteit en ruimtelijke verdeling ervan. Bossen spelen een bijzonder belangrijke rol bij het beheersen van de gekoppelde dynamiek van landgebruik en klimaat, en vormen de focus van de planetaire grens voor landsysteemverandering.

8 Stikstof- en fosforstromen op land en naar de oceanen

De biochemische cycli van stikstof en fosfor zijn radicaal veranderd door de mens als gevolg van vele industriële en landbouwprocessen. Stikstof en fosfor zijn beide essentiële elementen voor plantengroei, maar een overschot aan deze stoffen, bijvoorbeeld door de productie van dierlijke mest en kunstmest, heeft grote gevolgen voor de natuur.

Menselijke activiteiten zetten nu meer atmosferische stikstof om in reactieve vormen dan alle aardse processen op aarde samen. Veel van deze nieuwe reactieve stikstof wordt in verschillende vormen in de atmosfeer uitgestoten in plaats van door gewassen te worden opgenomen. Als het regent, vervuilt het waterwegen en kustgebieden of hoopt het zich op in de ecosystemen op land.

Evenzo wordt een relatief klein deel van de fosformeststoffen die in voedselproductiesystemen worden gebruikt, opgenomen door planten. Veel van de door de mens ingebrachte fosfor komt ook in watersystemen terecht. Deze kunnen zuurstofarm worden omdat bacteriën de algenbloei consumeren die groeien als reactie op de hoge toevoer van een voedingsstof als fosfor.

Een aanzienlijk deel van de toegepaste stikstof en fosfor vindt zijn weg naar de zee en kan mariene en aquatische systemen over hun eigen ecologische drempel duwen. Een voorbeeld op regionale schaal van dit effect is de afname van de garnalenvangst in de ‘dode zone’ van de Golf van Mexico, veroorzaakt door kunstmest die in rivieren wordt getransporteerd vanuit het middenwesten van de VS.

Minder verbruik van stikstof en fosfor is bijvoorbeeld mogelijk door de landbouw regeneratief te maken, veel minder dieren te houden en voedselverspilling tegen te gaan.  

9 Atmosferische aanwezigheid van aerosolen 

De planetaire grens voor atmosferische aerosolen werd met name bij het onderzoek inbegrepen vanwege de invloed van aerosolen op het klimaatsysteem van de aarde. Door hun interactie met waterdamp spelen aerosolen een uiterst belangrijke rol in de hydrologische cyclus die de vorming van wolken en de wereldwijde en regionale patronen van atmosferische circulatie, zoals de moessonsystemen in tropische gebieden, beïnvloedt. Ze hebben ook een direct effect op het klimaat, door te bepalen hoeveel zonnestraling wordt gereflecteerd of geabsorbeerd in de atmosfeer. 

Mensen veranderen de hoeveelheid aerosolen door atmosferische vervuiling uit te stoten (veel verontreinigende gassen condenseren tot druppels en deeltjes), en ook door verandering van landgebruik waardoor er meer stof en rook in de lucht vrijkomt. Verschuivingen in klimaat- en moessonsystemen zijn al waargenomen in sterk vervuilde omgevingen, wat een meetbare regionale maatstaf voor de planetaire aerosolgrens oplevert. 

Een andere reden voor het meenemen van de aerosolgrens is dat aerosolen nadelige effecten hebben op veel levende organismen. Het inademen van sterk vervuilde lucht zorgt ervoor dat jaarlijks ongeveer 800.000 mensen vroegtijdig overlijden. De toxicologische en ecologische effecten van aerosolen kunnen dus verband houden met andere drempelwaarden van het aardsysteem. Het gedrag van aerosolen in de atmosfeer is echter uiterst complex, afhankelijk van hun chemische samenstelling en hun geografische ligging en hoogte in de atmosfeer. Hoewel veel relaties tussen aerosolen, klimaat en ecosystemen goed zijn vastgesteld, moeten ook veel causale verbanden nog worden vastgesteld.

Welke planetaire grenzen zijn reeds overschreden? 

Van de negen hiervoor omschreven planetaire grenzen zijn er inmiddels zes overschreden. Het betreft biodiversiteitsverlies, klimaatverandering, de antropogene verstoring van de stikstofcyclus, landgebruik en recentelijk ook chemische vervuiling en de watervoorraad voor planten. Verwacht wordt dat de grenzen voor oceaanverzuring en de verstoring van de wereldwijde fosforcyclus binnenkort eveneens worden overschreden.

Hoe we op een rechtvaardige manier terug kunnen leven binnen de planetaire grenzen wordt op verschillende manieren beschreven. Bijvoorbeeld in het boek de Donut Economie van Kate Raworth, het boek Less is More van Jason Hickel, het onderzoek ‘Ontgroeien als strategie om binnen planetaire grenzen te blijven’ en het boek Er is leven na de groei.

Credit beeld: “Azote for Stockholm Resilience Centre, based on analysis in Wang-Erlandsson et al 2022”
Credit foto: Shutterstock.com