Kunnen we woestijnen leefbaar en productief maken met behulp van zeewater?

Genoeg zoet water produceren voor een significante bewatering van woestijnen is misschien mogelijk, maar wel een erg groot project, dat iets als 10% van het huidige energiegebruik zou kunnen vergen. Gunstige effecten van CO₂-opslag zouden gedeeltelijk tenietgedaan worden door het feit dat bossen donkerder zijn dan woestijn en dus meer zonlicht vasthouden (opwarming). Ook zijn er mogelijk grote en gevaarlijke zijeffecten voor het klimaatsysteem. Dus, een interessant en creatief, maar risicovol voorstel, dat op z’n minst zorgvuldig onderzoek vereist voordat we het kunnen overwegen.

#voedselproductie #waterbeheer #woestijn #weer

Enkele duizenden jaren geleden was de Sahara groen, een Savannahgebied

Ik ga me hier vooral richten op de grootste woestijn op aarde, de Sahara. Kunnen we door bewatering de Sahara veranderen in een bos en zo ja, is dit wenselijk?

Is het technisch mogelijk om genoeg zoet water te produceren om de Sahara te bebossen?

Het volgende stukje is een vrij grove afschatting. De Sudaanse Savannah (ten zuiden van de Sahel) heeft een jaarlijkse neerslag van 600-1000 mm, en bevat alsnog geen gesloten bos, maar een mengeling van bomen, struiken en grasland. Laten we dus zeggen dat een bebossing van de Sahara toch wel zeker 1000 mm/jaar vereist; als we alleen grassen willen planten, kan het met minder. De huidige neerslag in de Sahara is nagenoeg verwaarloosbaar (45 mm/jaar, dus ca 5% van de benodigde hoeveelheid.) Aangezien een deel van het water lokaal zal verdampen, wolken vormen en weer uitregenen (met name als er vegetatie is), zal de benodigde irrigatie minder kunnen zijn dan 1000 mm/jaar. Enkele duizenden jaren geleden was de Sahara “groen”, een Savannahgebied. Mogelijk betekent dit, dat uiteindelijk ook een kleine forcering, zoals een bescheiden hoeveelheid irrigatie, in staat is om een Saharabos in stand te houden.

De Sahara heeft een oppervlak van 9 miljoen km2. Mogelijk zijn niet alle stukken van de Sahara geschikt voor bos, bijvoorbeeld rotsachtige gebieden; ook gebrek aan nutriënten zou een limiterende factor kunnen zijn. Maar laten we voor het gemak even aannemen dat we de hele Sahara bewateren. 1000 mm neerslag per jaar zijn 0.001 km neerslag, dus de bewatering zou neerkomen op 9000 000 km2 *0.001 km=9000 km3 water per jaar.

Volgens Antonyan, M. (2019) kost het ontzilten van 1 m3 water met zuinige methodes 1.9 kWh energie [1]. Voor 9000 km3 water hebben we dan 1.7⨉1013 kWh nodig. Hierbij is het transport van het water nog niet meegenomen. Het totale energieverbruik van de mensheid in 2019 was ongeveer 1.6⨉1014 kWh. Met andere woorden, de energie die nodig is om de gehele Sahara van 1000 mm water/jaar te voorzien, is ongeveer 10% van het huidige totale energieverbruik, dus niet volstrekt onmogelijk maar allesbehalve een kleinigheid. Zoals gezegd kunnen we het met minder doen als we niet het gehele oppervlak bewateren, minder water nodig hebben (grasland in plaats van bos), of locale recycling van het water plaatsvindt.

pexels-adam-kontor-346108.jpg

Afbeelding door Adam Kontor via Pexels

Wat zijn de effecten op voedselvoorziening, klimaatverandering, en zeespiegel?

Extra landbouwgrond zou zeker gunstig zijn voor de voedselvoorziening. Er komen daar nog aardig wat moeilijke vragen bij kijken, bijvoorbeeld: Hoe verdelen we eventuele nieuwe landbouwgrond? Tegenwoordig is het gebied dunbevolkt. Misschien willen wel mensen uit regio’s met landschaarste en flink bevolkingsgroei naar de nieuwe landbouwgronden verhuizen, maar dan moeten deze wel op een faire, verantwoorde manier gekozen worden, moet eventueel conflictpotentieel tussen kolonisten uit verschillende regio’s voorkomen worden, en moet gewaarborgd zijn dat het project niet na vijf jaar weer wordt afgebroken. Let wel, we kunnen de huidige of een wat grotere wereldbevolking ook voeden door voedselverspilling en vleesgebruik in te perken [2].

Bossen slaan CO₂ op; dat is dus gunstig voor het klimaat. Echter, zodra een bos eenmaal volgroeid is, neemt het verder geen nieuwe CO₂ op maar raakt in een evenwicht: Stervende en rottende bomen geven evenveel CO₂ weer af als door groeiende planten wordt opgenomen. Het bos fungeert dan nog wel als reservoir, maar niet als put. Volgens Keller, D., Feng, E. & Oschlies, A. (2014) zou een bebossing van alle woestijnen de CO₂ -concentratie van de atmosfeer met zo’n 40 ppm kunnen verminderen; dit is ca 30% van de totale toename tussen 1750 en 2020 [3]. Andere factoren zoals gebrek aan nutriënten zouden de maximale CO₂ -opslag verder kunnen beperken. Dus de mogelijke CO₂ -capaciteit levert zeker een relevante hoeveelheid, maar lang niet genoeg om alle emissies te compenseren. Een bijkomstig probleem is dat bossen donkerder zijn dan de Sahara, dus meer zonlicht absorberen in plaats van het te reflecteren. Dit zorgt voor extra opwarming. Volgens Keller, D., Feng, E. & Oschlies, A. (2014) zou dit opwarmingseffect zelfs iets groter kunnen zijn dan het afkoelende effect van de CO₂ -reductie [3]. Als we een bebossing van de Sahara zouden willen inzetten tegen mondiale verwarming, dan moeten we het iets slimmer aanpakken: Namelijk door het bos niet alleen te laten groeien en verder met rust te laten, maar door de door bomen vastgelegde koolstof actief uit het systeem te verwijderen. Bijvoorbeeld door regelmatig wat bomen te kappen (en door jonge bomen te vervangen), en de oude bomen te verbranden, waarbij we energie benutten en tegelijk de vrijkomende CO₂ opvangen en onder de grond stoppen.

De hoeveelheid water die het nieuwe Saharabos vast kan houden, en dus uit de zee verwijderen, hangt ervan af hoelang het water in het systeem blijft zitten. Stel, al het water verdampt meteen, dan gaat het in de atmosfeer zitten waar het binnen ongeveer 10 dagen uitregent; die regen valt gedeeltelijk meteen weer boven zee en gedeeltelijk komt die via rivieren uiteindelijk alsnog in de zee terecht. De gemiddelde verblijfsduur van het opgepompte water buiten de oceaan is dus in elk geval langer dan 10 dagen. Laten we eerst even aannemen dat het 1 maand duurt voordat het water weer in de zee terechtkomt, dan is op elk moment 1/12 van onze opgepompte 9000 km3/jaar in de lucht, de grond of een rivier. Dit zijn dan 750 km3 minder zeewater. Het totale zeeoppervlak is ongeveer 3.6⨉108 km2, dus die 750 km3 leiden op het gehele zeeoppervlak tot een zeespiegelreductie van ca 2 mm. Als het water langer in het Saharabos blijft hangen, bijvoorbeeld door in planten te zitten, na het verdampen lokaal weer uit te regenen, een grondwaterpeil op te bouwen, dan houdt het dus meer water vast. In elk geval is infiltratie in de grond een langzaam proces en zal het lang duren voordat het in evenwicht komt. Misschien zou hierdoor dus voor een lange tijd elk jaar een kleine hoeveelheid water (iets als een fractie van een mm zeespiegel) kunnen worden opgeslagen. Ter vergelijking: Tegenwoordig zorgen de tegenovergestelde processen, namelijk oppompen en gebruik van grondwater en ontbossing, voor een zeespiegelstijging in de orde van 0.4 mm/jaar (gedeeltelijk gecompenseerd door de bouw van stuwmeren), zie WCRP Global Sea Level Budget Group. (2018) [4]. De totale zeespiegelstijging is tegenwoordig 3.3 mm/jaar en zal hoogstwaarschijnlijk versnellen, o.a. door versnelde ijssmelt. Landprocessen zoals vermindering of toename van grondwater zijn dus niet de dominante, maar nog steeds een relevante bijdrage aan de zeespiegelstijging. Of de irrigatie van de Sahara een significante compensatie kan leveren, hangt ervan af hoeveel van dit water in een lange-termijn-opslag (zoals grondwater) gaat zitten.

Saharastof dient in het huidige klimaat als bemesting voor het Amazonegebied

Wat zijn mogelijke zijeffecten?

Het klimaatsysteem zit vol terugkoppelingen, en een ingreep zoals bewateren van de Sahara zou dus grootschalige effecten hebben. Één daarvan is een verandering van windpatronen. Als de Sahara donkerder en natter wordt, gaat er waarschijnlijk meer wind naartoe waaien en lucht boven de Sahara opstijgen. Dit zou eventueel watertoevoer tot gevolg hebben, als er wind vanuit de oceaan naartoe waait - gunstig voor het bebossingsproject, al is zeer onzeker hoe groot dit effect zou zijn. Ook zou de tropische regenband (de ITCZ) eventueel kunnen verschuiven, en dit kan wel gevaarlijk zijn voor regio’s die dan minder water krijgen. Ook grootschaligere effecten op wind- en regenpatronen zijn denkbaar, of gevolgen voor de frequentie en hevigheid van Atlantische orkanen. Afhankelijk van waar het water voor de irrigatie vandaan wordt gehaald/het zout wordt gedumpt, en waar het gebruikte water weer de zee instroomt (in rivieren of als regen), kunnen dichtheidspatronen in de zee en daarmee ook zeestromingen verschuiven, met onzekere gevolgen. Verder dient Saharastof in het huidige klimaat als “bemesting” voor het Amazonegebied Yu, H., et al. (2015). In een bewaterde Sahara zou minder stof opwervelen, wat op tijdschalen van decennia tot eeuwen wel tot gebrek aan voedingsstoffen in het Amazoneregenwoud zou leiden. Er zitten dus meerdere grote en potentieel gevaarlijke zijeffecten aan dit voorstel. Op z’n allerminst zouden deze zorgvuldig in kaart gebracht moeten worden eer we een dergelijke ingreep ook maar serieus kunnen overwegen.

Hoe kwam dit artikel tot stand?

Deze vraag is gesteld door: Frank
Dit antwoord is geschreven door Claudia Wieners​​​​​​​​​.
Reviewer: Han Dolman
Redacteur: Cuno Balfoort
Gepubliceerd op: 14 april 2021​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​

[1] Antonyan, M. (2019) Energy Footprint of water desalination. https://essay.utwente.nl/78100/1/Antonyan%2C%20M.%201817078%20_openbaar.pdf

[2] Berners-Lee, M. (2019) There is no planet B. https://libris.nl/boek/?authorTitle=berners-lee-mike-lancaster-university-/there-is-no-planet-b--9781108439589/

[3] Keller, D., Feng, E. & Oschlies, A. (2014) Potential climate engineering effectiveness and side effects during a high carbon dioxide-emission scenario. Nat Commun 5, 3304 https://doi.org/10.1038/ncomms4304

[4] WCRP Global Sea Level Budget Group. (2018) Global sea-level budget 1993–present, Earth Syst. Sci. Data, 10, 1551–1590. https://doi.org/10.5194/essd-10-1551-2018

[5] Yu, H., et al. (2015). The fertilizing role of African dust in the Amazon rainforest: A first multiyear assessment based on data from Cloud‐Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations. Geophysical Research Letters, 42(6), 1984-1991. https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2015GL063040