Rood tij – ‘doodtij’ Door algenbloei krijgt de zee soms een bruinrode tint: rood tij. De algen die deze kleur veroorzaken, zijn vaak giftig: talrijke vissen sterven, nu en dan ook walvissen, zeekoeien en dolfijnen. Als dat begrip niet al in een andere betekenis werd gebruikt, zou je dus ook van ‘doodtij’ kunnen spreken. Op satellietbeelden is het verschijnsel te zien, vast te leggen en te volgen.
A
lgen bestaan uit fytoplankton, wat een verzamelnaam is voor microscopisch kleine, eencellige organismen in de oceaan. Doordat fytoplankton zonne-energie omzet in voedsel, bevindt het zich aan de basis van de voedselketen in zee; het is dan ook onmisbaar. Als er voor de algen rijkelijk voedsel – water, koolstofdioxide, ijzer en andere voedingsstoffen – aanwezig is en de zon voortdurend schijnt, vermenigvuldigt het fytoplankton zich snel. Men noemt dat algenbloei. Algenbloei treedt vooral op in kustgebieden op gematigde breedten bij rustig weer in relatief warm, voedselrijk en niet te zout zeewater. Het is een natuurlijk verschijnsel dat een grote hoeveelheid voedsel genereert voor alle leven in zee. De fytoplanktonvelden groeien zo snel, dat ze binnen een etmaal in omvang verdubbelen. Een individuele algencel kan in een periode van twee tot drie weken zelfs een miljoen ‘nakomelingen’ afleveren. Tijdens algenbloei bevat het zeewater minstens een miljoen algen per liter. Als een bloeiperiode wat langer aanhoudt, bevat een liter zeewater in uitzonderlijke gevallen zelfs zestig miljoen algen en bestrijkt het gebied met algen talrijke vierkante kilometers. Meestal zijn de algen onschadelijk. Producten als yoghurt, sinas, kaas en sladressing bevatten algen, evenals tandpasta, diervoeding en chocoladecakemix. Ook worden algen als stabilisator, kleurstof of bindmiddel in voeding gebruikt. Verder vinden ze toepassing in cosmetica en geneesmiddelen. Desondanks zijn enkele tientallen van de duizenden algensoorten giftig.
Giftige algen Men spreekt van rood tij als de concentratie van giftige algensoorten in zee hoger is dan normaal. Getijbewegingen spelen daarbij overigens geen rol, zodat rood water een betere benaming zou zijn of, zoals in het geval van figuur 6, zwart water. Het verschijnsel doet zich wereldwijd voor – meldingen komen onder meer uit de VS, het Caribische gebied, Peru, China, de Filippijnen, Kenia, Zuid-Afrika, Australië en Scandinavië. De algen die rood tij veroorzaken, staan bekend als dinoflagellaten. Deze organismen hebben zowel kenmerken van planten als van dieren. Net als planten op het vasteland gebruiken ze energie van invallend zonlicht voor hun groei. Ze hebben echter geen stam, wortels, blad of zaden. Dankzij twee zweepvormige uitsteeksels of flagella kunnen de dinoflagellaten zich wel verplaatsen. Er zijn meer dan duizend soorten bekend, die zowel in zout als in zoet water voorkomen. Een aantal daarvan kan het giftige rood tij veroorzaken. De dinoflagellaten gebruiken voor fotosynthese, het omzetten van zonlicht in voedsel, een kleurstof die tijdens een periode van algenbloei water kan doen verkleuren. De kleur is vaak bruinrood, maar roze, oranje, gele en groene tinten zijn eveneens mogelijk. Rood komt
het vaakst voor of valt het meest op; vandaar de benaming rood tij. Bij algenbloei onderscheppen algen het licht dat planten en dieren dieper in de oceaan nodig hebben. Verder bevat het oppervlaktewater tijdens de bloei te weinig zuurstof, wat leidt tot vissterfte en sterfte van andere dieren in zee. Daarnaast werkt bij rood tij het gif dat de algen produceren in op het zenuwstelsel van vissen, zodat die verlamd raken en niet meer kunnen ademen. De dode vissen spoelen vervolgens aan op het strand. Als de vissen snel sterven, heeft er zich daarin geen gif opgehoopt. Bij lagere concentraties gif kan dat wel gebeuren; het gif in de vissen kan dan dodelijk zijn voor in zee levende zoogdieren. Ook schaaldieren en vogels kunnen vergiftigd raken. De schaaldieren zelf hebben er geen last van: ze hopen het gif alleen op. Wie de vergiftigde mosselen eet, kan echter gezondheidsproblemen verwachten. Ook met koken verdwijnt het gif niet en een tegengif is niet bekend. Vandaar dat keuringsdiensten van waren rood tij nauwlettend volgen en de schaaldieren voortdurend onderzoeken op de aanwezigheid van gif. Het eten van vergiftigde schaaldieren kan ook fataal zijn. Zo veroorzaakte rood tij in de Filippijnen in de periode 1983-2003 ruim 2100 gevallen van vergiftiging, waarbij
1. Zeewater krijgt tijdens perioden van rood tij doorgaans een roodbruine tint. (Foto: Wolfgang Berger, Scripps Institution of Oceanography)
Kees Floor* * Kees Floor is wetenschapsjournalist en weerpublicist. Veel van zijn bijdragen aan Zenit (en andere tijdschriften) zijn te vinden op: www.keesfloor.nl.
ZENIT DECEMBER 2005
549
117 mensen omkwamen. Krab en kreeft kun je gewoon blijven eten, met uitzondering van de organen. Het gif van de algen kan ook in het zeewater terechtkomen, dat daardoor giftig wordt en bij zwemmers en surfers huidirritatie veroorzaakt.
2. Satellietbeeld van rood tij voor de westkust van Florida, 21 november 2004. De kleuren van het zeewater geven de chlorofylconcentraties in het zeewater. Rood, oranje en geel duiden op hoge concentraties, blauw op lage. Langs de kust zijn deze concentraties meestal hoog, doordat organisch materiaal dat rivieren aanvoeren, zich daar blijft ophouden. In fig. 3 van vóór de situatie met rood tij, is dat te zien. De ovale, rood en gele vlek in deze figuur is echter ongebruikelijk en duidt op algenbloei, in dit geval rood tij. (Meetinstrument: Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS); satelliet OrbView-2; bron: NASA/Earth Observatory)
3. Florida en omringende wateren op 30 oktober 2004, vóór de periode met rood tij. Het gebied met hoge chlorofylconcentraties beperkt zich tot de wateren direct aan de kust. (Meetinstrument: SeaWiFS; satelliet OrbView-2; bron: NASA/Earth Observatory)
Zeestromingen en wind De algenbloei treedt uit de kust op, maar zeestromingen en wind voeren de algen mee, zodat ze soms op de stranden terechtkomen. Waar de algen op het strand overlast gaan veroorzaken en hoe lang dat zal duren, is meestal moeilijk te voorspellen. De gebieden met drijvende algen zijn niet zo groot, zodat ze slechts een deel van het strand bevuilen en er volgens de plaatselijke VVV’s nog kilometers voor recreatie bruikbaar strand overblijft. Wegens de beperkte omvang en de wisselende delen van het strand waar de algen aanspoelen, wordt gewoonlijk ook niet gewaarschuwd voor rood tij. Bovendien zijn de gifstoffen voor mensen niet meteen dodelijk. Wel hebben badgasten die met de gifstoffen in aanraking komen, bijvoorbeeld door direct contact met water of doordat golven en wind de gifstoffen meevoeren, na het zwemmen last van een geïrriteerde huid, brandende ogen of problemen met keel of luchtwegen. Als dat zo is, kun je beter een ander stuk strand opzoeken, in de hoop zo buiten het door rood tij getroffen gebied te komen. Veel toeristen hebben daar geen zin en in blijven weg, zodat rood tij ook veel schade berokkent aan de toeristenindustrie. Plaag nummer 1 Het verschijnsel rood tij is reeds geruime tijd bekend. In de herfst van 1947 deed zich in Florida een eerste geval voor dat wetenschappelijk onderzocht kon worden. Eerdere situaties daar gingen terug tot de jaren veertig van de negentiende eeuw. In Texas komt de eerste melding uit 1935; de kustbewoners schreven de vissterfte toen toe aan een onderzeese vulkaan. Het oudste geval uit Canada dateert van 1793. Toen at een deelnemer aan een expeditie naar wat nu Brits Columbia is vergiftigde mosselen, wat hij met de dood moest bekopen. Spaanse ontdekkingsreizigers maakten al in 1530 melding van rood tij. Ze schreven dat er iets mis was in de Golf van Mexico, gezien de vreemde kleur van het zeewater en de vissterfte.
Als oudste vermelding van rood tij wordt het bijbelverhaal Exodus 7 beschouwd. Bij de eerste van de tien plagen van Egypte die daar worden beschreven, veranderde het water van de Nijl in bloed. Er trad grote vissterfte op en het Nijlwater stonk zo, dat de Egyptenaren dat niet langer konden drinken. De plaag duurde zeven dagen. Nog weer veel verder terug gaan de olieafzettingen in de Noordzee, die worden toegeschreven aan perioden met algenbloei uit een ver verleden.
Steeds vaker rood tij Sinds de jaren zeventig van de afgelopen eeuw is het aantal meldingen van rood tij langs de kusten van de Verenigde Staten en elders in de wereld toegenomen. Ook het aantal bekende giftige algensoorten, de lengte van de kustlijnen waarlangs rood tij optreedt, de omvang van de visserijgronden die getroffen worden, en de economische schade door rood tij is volgens Amerikaanse onderzoekers en nieuwsmedia in die periode gestaag toegenomen. In de afgelopen jaren moesten visgronden van Hongkong tot de Filippijnen en Schotland buiten gebruik worden gesteld vanwege de aanwezigheid van giftige algensoorten. Sommige onderzoekers wijten de toenemende overlast van giftige algen aan sterkere verontreiniging van het zeewater door de mens. Ze voeren aan dat algen de voorkeur geven aan ureum als voedingsstof boven anorganisch voedsel als ammonium en nitraten die normaliter in de oceaan voorkomen. Ureum is een organische stikstofverbinding die in urine zit en in water dat wegloopt uit stedelijke en agrarische gebieden. Ook de ontwikkelingen in Hongkong zijn een aanwijzing voor de rol van door mensen veroorzaakte verontreiniging bij het ontstaan van giftige algen. De bevolking verzesvoudigde daar tussen 1976 en 1986. Tegelijkertijd verdubbelden de concentraties voedingsstoffen in het oceaanwater in de haven, terwijl het aantal gevallen van rood tij steeg van twee naar achttien per jaar. Vergelijkbare verhalen komen uit het noordwesten van de VS. In Japan is het aantal gevallen van rood tij in de Seto Naikai (Japanse Binnenzee) na strengere controle op industriële lozingen sinds 1974 juist afgenomen van driehonderd naar honderd per jaar. Ook andere menselijke ingrepen
zijn mogelijk van invloed op de frequentie van rood tij. Zo heeft een dam in de Donau geleid tot een verandering in het leefmilieu in de Zwarte Zee, waarvan juist de giftige algensoorten wisten te profiteren. Ook denkt men wel dat de toegenomen zeescheepvaart de verspreiding van giftige algensoorten over de aardbol in de hand werkt. De schepen nemen water in als ballast en laten dat vervolgens ergens anders weer weglopen als de noodzaak van extra ballast is komen te vervallen. Zo kunnen organismen van de ene plek op de andere terechtkomen. Verder is de opwarming van de aarde ‘gunstig’ voor algenbloei; de algen gedijen in de nieuwe situatie beter dan vroeger. Overigens is er in lang niet alle gevallen van rood tij sprake van door de mens veroorzaakte vervuiling. Rond Florida bijvoorbeeld is het een natuurlijk proces dat een eigen rol heeft in de ecologie van de kustgebieden. Wel denken sommige onderzoekers dat de voedingsstof ijzer, die voor de algenbloei nodig is, onder meer afkomstig is uit de Sahara. Tijdens stofstormen wordt het Sahara-zand door de wind mee-
4. Fluorescentie van de wateren rond Florida, 21 november 2004, dus dezelfde dag als het satellietbeeld van fig. 2. Hoge waarden van de fluorescentie zijn rood of oranje, lage waarden blauw. Gebieden met algenbloei zijn te herkennen aan hoge waarden voor de fluorescentie. De positie van het rood tij in deze figuur komt goed overeen met de ovale vlek in het patroon met chlorofylconcentraties van fig. 2. (Meetinstrument: Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS); satelliet Terra; bron: NASA/Earth Observatory)
5. Satellietbeelden met rood tij voor de kust van Zuid-Afrika op 2 februari en 18 februari 2002. De camera van de Multi-angle Imaging SpectroRadiometer (MISR) op de Amerikaanse satelliet Terra geeft meetwaarden in het rood, het groen en het blauw. De satellietbeelden zijn op deze metingen gebaseerd. Ze tonen een gebied van 205 bij 330 km. De beeldbewerking werd zo uitgevoerd, dat het rood tij zo goed mogelijk te zien is aan de roodpaarse tint. Vergelijking van de beelden wijst uit dat het rood tij zich naar de kust verplaatste. Middenonder in de beelden is Cape Columbine te zien, met daarboven Sint-Helenabaai. (Bron: NASA’s Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology) ZENIT DECEMBER 2005
551
6. Rood tij ten westen van Florida is op het zichtbaarlichtbeeld (boven) te zien als een donkere vlek in het water van de Golf van Mexico. Onder zijn de bijbehorende chlorofylconcentraties weergegeven. Datum: 4 februari 2002. (Bron: SeaWiFS Project, NASA/Goddard Space Flight Center)
gevoerd en komt het deels terecht in de wateren voor de oostkust van de VS. Verscheidene algenonderzoekers spreken in gevallen van rood tij liever niet van een toename van het verschijnsel, maar schrijven het grotere aantal meldingen toe aan verbeterde waarnemingsmethoden, toegenomen visvangst en grotere belangstelling voor het verschijnsel.
7. Algenbloei in de Oostzee, vanaf de Superfast Ferry van Rostock naar Helsinki, 8 juli 2005. (Foto: Kees Floor) 552
ZENIT DECEMBER 2005
Satellietbeelden Doordat rood tij het zeeoppervlak een rode of andere tint geeft, kan het verschijnsel met satellietbeelden in kaart gebracht en gevolgd worden. In gebieden waar het verschijnsel zich voordoet, wijkt de manier waarop zonlicht wordt gereflecteerd af van normaal. De afwijkingen zijn een maat voor de concentraties chlorofyl. Daardoor is direct duidelijk waar algen en andere oceaanplanten zich ophouden. Figuur 2 toont de chlorofylconcentraties tijdens een geval van algenbloei in november 2004 ten westen van de westkust van Florida. Rode tinten in de figuur duiden op hoge concentraties chlorofyl; lagere concentraties zijn groen of blauw. Grondwaarnemingen bevestigden dat er in het ovale gebied met hoge concentraties algen sprake was van rood tij. Ter vergelijking is in figuur 3 de situatie van eind oktober weergegeven; nu ontbreekt de rode uitstulping. Overigens vertoonden de kustwateren in die situatie ook vergelijkbare tinten, wat suggereert dat er toen al sprake was van rood tij. Sediment en organisch materiaal dat door rivieren naar zee wordt gevoerd, waarna getijbewegingen het mengen door de wateren langs de kust, beïnvloeden de reflectiviteit van het zeewater echter eveneens. Om vanuit de ruimte vast te stellen of er algenbloei optreedt, is meer informatie nodig. Men meet daartoe de fluorescentie. Als algen zonlicht opnemen, zetten ze dat deels om in energie en warmte, maar een deel wordt weer uitgezonden als licht. Dit uitgezonden licht heet fluorescentie en heeft een andere golflengte dan het zonlicht.
Deze fluorescentie kan worden gemeten door de Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) van de Amerikaanse satelliet Terra. In figuur 4 zijn de meetresultaten van 21 november weergegeven. Rood en oranje geven hoge waarden voor de fluorescentie; blauw duidt op lage waarden. Het gebied met de hoogste fluorescentiewaarden komt goed overeen met de uitstulping van hoge chlorofylconcentraties in de SeaWiFS-gegevens van dezelfde dag in figuur 2, wat de interpretatie van het gebied als een zone met rood tij verder onderbouwt.
Kreeft rapen Een ander geval van rood tij deed zich in februari 2002 voor bij de kust van de provincie Westkaap in Zuid-Afrika. De bijbehorende beelden (fig. 5) zijn gebaseerd op metingen van de Multi-angle Imaging SpectroRadiometer (MISR), die zich net als de MODIS aan boord van de Terra bevindt. Tussen 2 en 18 februari schoof het gebied met algenbloei langzaam op richting kust. Door het gebrek aan zuurstof zochten de kreeften bij Elands Bay hun heil in de brandingzone, maar het terugtrekkend tij voerde ze niet mee terug naar de oceaan. Bij die gelegenheid strandde ongeveer duizend ton kreeft, die zo gemakkelijk kon worden gevangen of beter gezegd: geraapt. Het donkere water ten westen van Florida op het satellietbeeld van figuur 6 (boven) wordt eveneens toegeschreven aan een geval van rood tij uit februari 2002. In het gebied zijn de concentraties microscopisch klein plantaardig materiaal en opgeloste stoffen hoger dan normaal, zoals onder andere blijkt uit de hoge chlorofylconcentraties (onder). Daardoor wordt meer op de oceaan vallend zonlicht geabsorbeerd, wat de donkere tint op het zichtbaarlichtbeeld (boven) veroorzaakt. De algenbloei is op het moment dat de beelden gemaakt werden op z’n hoogtepunt. Later constateerden duikers ter plaatse dat waar het rood tij passeerde het koraal ernstig was aangetast. Rood tij in Oostzee Een recent geval van rood tij deed zich deze zomer voor in de Oostzee. Tijdens een overtocht van Rostock (Duitsland) naar Helsinki op 8 juli 2005 vertoonde het zeewater de bruinige tint die ook in
8. Algenbloei in de Oostzee, vanuit de lucht gefotografeerd op 11 juli 2005 door een patrouille van de Finse grenswacht nabij Kotka aan de Finse Golf, niet ver van de Russische grens. (Bron: The Frontier Guard / Air Patrol Squadron) 10. Algenbloei in de Oostzee, juli 2005, berekend uit meetgegevens van het MODIS-instrument van de Amerikaanse satellieten Terra en Aqua. (Bron: Fins Milieu-instituut SYKE)
9. Satellietbeeld van algenbloei in de Oostzee, 5 juli 2005. Rechtsboven ligt ZuidFinland, waar zich volgens de weerkaart van dat moment de kern van een hogedrukgebied bevond. Als gevolg daarvan is het ook rustig weer in Estland en Letland, zodat er daar zeewind kan optreden. Het bewolkingspatroon boven Estland en rond de Golf van Riga geeft een aanwijzing voor die zeewindcirculatie. De luchtstroming boven Zuid-Zweden (links in beeld) is zuidoostelijk; er vormen zich daar wolkenstraten. Boven delen van Litouwen en Kaliningrad bevinden zich stapelwolken. De bewolking kan zich alleen handhaven boven land en is zelfs boven de Koerische Haf (Kurskij zaliv) al verdwenen. (Instrument: MODIS; satelliet Aqua; bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response Team)
andere gevallen van rood tij geregeld wordt gerapporteerd (fig. 7). De Finse Kustwacht bleek het verschijnsel eveneens te hebben gefotografeerd, onder meer op 11 juli tijdens een grenspatrouille in de buurt van Kotka aan de Finse Golf, niet ver van de Fins-Russische grens (fig. 8). De algenbloei was ook het Amerikaanse Modis Rapid Response Team opgevallen; het plaatste een satellietbeeld van 5 juli op de website van Earth Observatory (fig. 9). Het Finse Milieu-instituut SYKE gebruikt de meetgegevens van het MODIS-instrument op de Amerikaanse satellieten Terra en Aqua voor het bepalen van de mate van algenbloei. Figuur 10 geeft de situatie voor de maand juli 2005. Een boottocht van Rostock naar Helsinki voert onvermijdelijk door het gebied met zeer intensieve algenbloei. De concurrerende veerdienst van Travemünde (bij Lübeck, Duitsland) naar Helsinki blijkt zelfs meetapparatuur mee te voeren van het Fins Instituut voor Zeeonderzoek. De metingen van de overtocht van 9 tot 11 juli lieten in hetzelfde gebied hoge chlorofylconcentraties zien in warm zeewater van meer dan 20 graden (niet afgebeeld). De combinatie van zo’n hoge zeewatertemperatuur en een overvloed aan fosfaten in het zeewater bevordert de groei van fytoplankton. Het fosfaat is onder meer afkomstig van de zeebodem, vanwaar het door stormen in januari 2005 was losgewoeld. Andere bronnen wijzen de landbouw en de industrie in de landen rond de Oostzee aan als de belangrijkste bronnen van fosfaten. Of het om giftige algen gaat is uit de getoonde beelden niet op te maken. De Zweedse en Finse autoriteiten konden ter plaatse wel constateren dat het om giftige algen ging. Ze adviseerden zwemmers dan ook voorzichtig te zijn, geen water in te slikken en na afloop te douchen. In Finland vertoonden ten minste dertig mensen, voornamelijk kinderen, vergiftigingsverschijnselen als koorts, misselijkheid, hoofdpijn, overgeven, diarree en huidirritaties.
ZENIT DECEMBER 2005
553