Wil je Californië’s Katrina voorkomen? Grow a Marsh

Er is iets mis op Sherman Island, een walvisvormige strook landbouw- en weidegrond op de samenloop van de Sacramento en San Joaquin rivieren. Als je niet weet wat er aan de hand is, is het misschien moeilijk om het probleem aan te wijzen. Het eiland, in de Sacramento Delta, is ongeveer 16 vierkante mijl groot. De asfaltwegen, gebarsten en verzakt aan de randen, zien eruit als kaas gesmolten over een klonterige pizza. De telefoonpalen, waarvan er vele overeind worden gehouden door gespannen tuien, staan opvallend in een rechte hoek. Het landschap doet Dr. Seussiaans aan – een maffe, licht absurdistische versie van het boerenland, tot en met de overdreven industriële achtergrond: een gestage stroom auto’s die langsrijdt op State Highway 160, die het eiland doorkruist; dampende schoorstenen van de elektriciteitscentrale aan de overkant van de rivier; de Antioch Bridge die met een boog dramatisch over de San Joaquin River draait; enorme windturbines die lui draaien op een heuvel in het noordwesten.

Wat is er aan de hand?

“We staan 10 voet onder de zeespiegel,” vertelde Bryan Brock, een ingenieur van het California’s Department of Water Resources, me tijdens een bezoek in mei. Brock, die een witblond sikje heeft dat als een graspolletje uit zijn kin komt, toonde zich opperste kalm toen hij het uitlegde: “Geen van deze mensen beseft het als ze voorbij rijden, maar ze zitten onder de zeespiegel. En dat is een probleem.”

Het land hier, en honderdduizenden hectaren elders in de Delta, begon aan het eind van de 19e eeuw te zinken toen mensen begonnen met het droogleggen van de uitgestrekte wetlands van de regio. Toen ze rivieren afsneden en droge eilanden creëerden in wat voorheen drassig moeras was, ontdekten ze ongelooflijk rijke grond. In tegenstelling tot andere vruchtbare regio’s zoals Iowa, waar de bovenste grondlaag van twee meter diep als overvloedig werd beschouwd toen de boeren die in de 19e eeuw begonnen om te ploegen, kon de veengrond van de Delta, die in de loop van duizenden jaren werd gevormd door moerasplanten die groeiden en afsterven en niet helemaal tot ontbinding overgaan, wel 50 meter diep zijn. Niemand voorzag dat juist deze overvloed – bodem rijk aan organisch materiaal – na verloop van tijd een soort vloek zou worden.

Rivier- en moerasbodems hebben doorgaans een laag zuurstofgehalte, waardoor de afbraak van organisch materiaal dat zich daar verzamelt, wordt vertraagd. Dat organisch materiaal bevat grote hoeveelheden koolstof. Toen de door water verzadigde Delta-bodems uitdroogden, begonnen microben het organisch afval te verteren en om te zetten in gas. Miljoenen tonnen vaste grond begonnen de lucht in te gaan als microbiële uitlaatgassen.

En het land begon te zinken.

Op sommige plaatsen, waaronder delen van Sherman Island, is het land sinds het eind van de negentiende eeuw al 2,5 meter gezakt, en zakt nog steeds tussen de 2,5 en 1,5 centimeter per jaar.

Deze “eilanden” zijn eigenlijk helemaal geen eilanden meer, vertelde Brock me, maar lege badkuipen waarvan de bodem zich terugtrekt. De dieper wordende ketels, die nu ver onder de zeespiegel liggen, creëren een situatie die met het jaar precairder wordt. Hoe meer de eilanden zinken, hoe groter de druk op de verouderde opgestapelde dijken die het water tegenhouden, en hoe groter de kans dat ze het zullen begeven.

Deze situatie, verzakking genoemd, baart het California Department of Water Resources en vele anderen zorgen, niet alleen omdat boeren weiland en landbouwgrond kunnen verliezen, maar ook omdat veel van het water dat de Central Valley irrigeert en waarvan veel Californiërs afhankelijk zijn voor hun drinkwater, wordt opgepompt door een uitgebreid netwerk van kanalen vanuit de Delta. Een voldoende grote doorbraak van deze dijken – vooral als veel van de 57 eilanden in de Delta tegelijkertijd worden getroffen – kan de toevoer van zoet water naar de Central Valley belemmeren, waardoor grote delen van de staat maanden of zelfs jaren zonder bruikbaar water komen te zitten.

Brock beschrijft het mechanisme van de dreiging als de “grote slok”. Het water in de 1.100 vierkante mijl grote Delta – ongeveer zo groot als Rhode Island – staat op zeeniveau. Alleen de druk van het zoete water dat door de overstroomde rivieren Sacramento en San Joaquin stroomt, voorkomt dat zout water uit de baai van San Francisco landinwaarts stroomt. Als veel dijken het tegelijk begeven, zal het zoete water dat anders het zoute water weghoudt, al die lege badkuipen vullen. Brak water uit de baai van San Francisco zou dan landinwaarts stromen. Het water dat wordt gebruikt voor de irrigatie van de Central Valley en de landbouweconomie van 17 miljard dollar, en het drinkwater voor ongeveer 25 miljoen mensen, zou zout en onbruikbaar kunnen worden.

“Het is Katrina op steroïden,” vertelde Dennis Baldocchi, een professor biometeorologie aan UC Berkeley die de Delta bestudeert. “We hebben een economie van 4 triljoen dollar. Denk aan het afsluiten van het water voor 30 miljoen Californiërs.”

Omdat de regio gevoelig is voor aardbevingen – en omdat breuken dwars door het Deltagebied lopen – heeft een aardbeving die zou kunnen leiden tot een catastrofale dijkdoorbraak, gedefinieerd als 20 eilanden die tegelijk overstromen, een kans van 62 procent om zich in de komende twee decennia voor te doen als de bodemdaling niet wordt aangepakt, zo blijkt uit DWR’s eigen analyse. De schade zou waarschijnlijk tientallen miljarden dollars bedragen en het herstel zou anderhalf jaar in beslag kunnen nemen. De overstroming van Delta-eilanden is evenmin ongekend. Toen het Jones Tract, een Delta-eiland, in 2004 overstroomde, kostte het 90 miljoen dollar om de schade te herstellen. In het verleden werden verschillende overstroomde eilanden gewoon verlaten: Google Maps laat meren zien – Mildred Tract, Franks Tract – waar ooit landbouwgrond lag, te herkennen aan de ringvormige overblijfselen van dijken die als koraalatollen uit het Deltawater oprijzen.

“We besteden er geen aandacht aan,” zei Baldocchi tegen me; de ramp-in-het-wachten, zo beweert hij, heeft niet de aandacht getrokken die hij verdient. Maatregelen om het probleem aan te pakken worden al jaren gedwarsboomd door het grote aantal en de grote verscheidenheid aan instanties, soms met concurrerende agenda’s, die in de Delta opereren. Rivaliteit en wantrouwen tussen instanties hebben geleid tot wat Ray Seed, professor in milieutechniek aan de UC Berkeley en expert op het gebied van de Delta, ooit omschreef als een “60- tot 70-jarige patstelling” waarin “we allemaal samen zullen verliezen.”

“Het is echt een ingewikkeld probleem,” beaamt Campbell Ingram, hoofd van de Delta Conservancy, een staatsagentschap dat is belast met het herstel van het ecosysteem in het gebied. Maar voor het eerst in de ruim 13 jaar dat hij aan het probleem werkt, zegt hij, is de meerderheid van de belanghebbenden het er nu over eens dat het probleem van de bodemdaling dringend moet worden aangepakt. “We bevinden ons in een vreemde situatie waarin we niet kunnen voorkomen dat de Delta verzakt, maar ook niet kunnen toestaan dat hij verzakt”, voegt hij eraan toe.

Eén oplossing is dat de landeigenaren, met wat overheidsgeld, de dijken blijven repareren door ze hoger en breder te bouwen. Maar als de zeespiegel stijgt en de eilanden blijven verzakken, kunnen de kosten van het versterken en onderhouden van de constructies hoger worden dan de waarde van het land en de landbouwproductie erachter, zegt Alf Brandt, adviseur van de voorzitter van de Assemblee Anthony Rendon. Voor sommige van de diepste eilanden ziet de conclusie van die kosten-batenanalyse er al ongunstig uit, zegt hij.

De DWR werkt al tientallen jaren aan een andere, meer op ecosystemen gebaseerde oplossing. Sinds de jaren negentig heeft het bureau bij wijze van experiment stukken land in de Delta opnieuw onder water gezet, met het doel om weer moerasgebieden te laten ontstaan zoals die welke de bodem in eerste instantie hebben gevormd. De redenering is dat het land, als het eenmaal nat is, geen koolstof meer zal verliezen en het zinken van de bodem tot stilstand zal komen. Ook al lost dat het probleem niet helemaal op, zegt Ingram, het voorkomt wel dat de situatie erger wordt. En op de lange termijn kunnen moerasplanten door fotosynthese genoeg koolstof uit de atmosfeer opnemen dat de bodem weer begint te stijgen.

Door dit laatste mechanisme – het vermogen van planten om koolstof uit de atmosfeer te halen – is een project dat oorspronkelijk was opgezet om de waterinfrastructuur van Californië te beschermen, in de loop der jaren uitgegroeid tot iets met een meer interdisciplinair karakter en een potentieel groter belang. Hoewel wetlands krachtige broeikasgassen kunnen produceren, kunnen zij ook immense hoeveelheden koolstof vastleggen en opslaan. Beleidsmakers hebben deze plaatsen in het verleden genegeerd in discussies over broeikasgasemissies, maar dat is nu aan het veranderen naarmate ze meer inzicht krijgen in de enorme hoeveelheden koolstof die wetlands al bevatten – en de grote hoeveelheden broeikasgassen die vrijkomen als ze vernietigd worden.

Een groeiend aantal onderzoeken heeft landbeheerders ertoe aangezet om voor het eerst te overwegen koolstofkredieten voor wetlands te creëren die op de koolstofmarkten kunnen worden verhandeld. In Californië kunnen de inspanningen om de ene ramp, die steeds erger wordt, aan te pakken, de preventie van een andere mogelijk maken. De toenemende bezorgdheid over de opwarming van de aarde kan de aanzet geven tot de creatie van koolstofkredieten die, door de financiering van het herstel van de wetlands in de Delta, ook de broodnodige middelen opleveren om de waterinfrastructuur van Californië te beschermen. “Het zou geweldig zijn geweest als we dit 30 of 40 jaar geleden hadden gedaan”, vertelde Kristopher Tjernell, adjunct-directeur van DWR’s Integrated Watershed Management Program. “Maar weet je, het was er nog niet rijp voor. En nu is het wel rijp.”

“Blauwe koolstof” verwijst naar koolstof die tijdelijk vastzit – of eigenlijk wordt vertraagd – in ecosystemen die onder water staan. Omdat de microben die koolstof afbreken in natte omstandigheden veel langzamer werken dan die in meer beluchte omgevingen en via andere biochemische routes, kunnen natte ecosystemen veel meer koolstof per hectare accumuleren en opslaan dan bossen en savannes dat kunnen. Wetenschappers weten dit al lang op een omweg: De steenkool- en olievoorraden die de beschaving sinds de industriële revolutie van brandstof hebben voorzien, zijn immers afkomstig van oude moeras- en mariene ecosystemen die, nadat zij enorme hoeveelheden koolstof hadden geaccumuleerd, in de loop van miljoenen jaren werden begraven en gefossiliseerd. Fossiele brandstoffen, zou je kunnen zeggen, zijn een verouderde vorm van blauwe koolstof.

Beleidsmakers en wetenschappers zijn in het verleden afgeschrikt door de vele variabelen die een rol spelen bij het berekenen van de hoeveelheid koolstof in wetlands en, in bredere zin, in het web van levende wezens dat we de biosfeer noemen, volgens Stephen Crooks, medeoprichter van Silvestrum Climate associates in San Francisco. Het is veel gecompliceerder dan kwantificeren hoeveel er uit schoorstenen en uitlaatpijpen komt, zegt hij: “Het werd gezien als een grotere uitdaging en enigszins beangstigend om op te nemen.” Maar de omissie is in zijn ogen altijd onhoudbaar geweest.

Wereldwijd komt er jaarlijks zo’n 450 miljoen ton kooldioxide in de atmosfeer door de aantasting van wetlands – vernietigde mangrovebossen, drooggelegde moerassen en verstikte zeegrasvelden. Dat is gelijk aan de jaarlijkse door mensen veroorzaakte uitstoot van broeikasgassen van Frankrijk, het Verenigd Koninkrijk of Californië. “Als je uitstoot zo groot is als die van de Californische economie en je hebt het niet meegeteld,” zei hij, “dan is dat een grote verrassing.

Wetland-ecosystemen beslaan slechts 5 tot 8 procent van het landoppervlak van de planeet, maar bevatten tussen de 20 en 30 procent van ’s werelds bodemkoolstof. “Als je een wetland vernietigt, kun je in een paar decennia duizenden jaren koolstof vrijmaken”, aldus Crooks. Aan de andere kant kun je door het behoud van wetlands duizenden jaren aan geaccumuleerde koolstof beschermen met, in theorie, relatief weinig inspanning. De Sacramento Delta, het grootste estuarium aan de westelijke rand van Amerika, is een testcase voor dit idee geworden.

De Delta bevatte ooit misschien wel de grootste zoetwaterreserves aan koolstof in wetlands aan de westkust. Sinds het meer dan een eeuw geleden werd drooggelegd, heeft het een hoeveelheid koolstof vrijgemaakt die gelijk is aan een kwart van de bossen van Californië – alle sequoia’s, dennen en eiken in de op twee na grootste staat van het land, volgens Baldocchi en zijn collega’s. En het stoot nog steeds koolstof uit. Hoewel de Delta minder dan 1 procent van het akkerland van de staat beslaat, komt er elk jaar een hoeveelheid koolstof vrij die gelijk is aan een kwart van alle plantgerelateerde landbouw – alle tractoren, ploegen en maaidorsers die in de staat worden gebruikt. “Ik doe al mijn hele carrière metingen, en ik heb nog nooit zulke grote fluxen gezien als nu bij deze veengronden,” vertelde Baldocchi me. Het doel op korte termijn in de Delta, en eigenlijk in elk aangetast wetland, is het stoppen van de bodemdaling en de emissies. Het doel op langere termijn is om ze om te keren.

Als je de blauwgrijze San Joaquin-rivier oversteekt op de Antioch Bridge, kun je nog net een glimp opvangen van de glinsterende wetlands in het westen op Sherman Island. Ze zijn gemakkelijk te missen met 60 mijl per uur. Maar toen ik in mei met Brock op een houten loopbrug een paar meter erboven stond, verdween het lage geraas van het semi-industriële landschap – auto’s scheuren over de brug en boten varen voorbij aan de andere kant van de dijk – terwijl ik vogels acrobatisch zag fladderen tussen het ruisende tuleriet en libellen boven het donkere water zag zweven. De wetlands, omringd als ze zijn door dijken, wegen en weilanden met grazende koeien, zien er opmerkelijk gezond uit. Ze vertegenwoordigen de uitvoeringsfase van DWR’s lopende project, dat probeert de bedreigde dijken te verstevigen door het creëren van wetlands op hun verzakte “badkuip” zijden.

“Is het niet prachtig,” zei Brock, uitkijkend over het riet. “Soms kan de natuur dingen beter dan de mens.” Wat niet wil zeggen dat het DWR-herstelproject zo eenvoudig was als het openen van de sluisdeuren en kijken hoe de kattenstaarten terugkeerden. Voordat het water kon terugkeren, legde hij uit, moest het land zorgvuldig worden bewerkt om te zorgen voor de optimale waterdiepte voor moerasplanten om te groeien.

ZIE OOK: Hoe zeeotters helpen om koolstofvasthoudend zeegras gezond te houden

Brock’s voorgangers creëerden de eerste experimentele wetlands, op het nabijgelegen Twitchell Island, in de jaren 1990. Deskundigen ontdekten niet alleen dat het terugbrengen van water het verlies van koolstof uit de bodem tot staan bracht en de bodemdaling stopte, maar ook dat de moerasplanten zo snel groeiden dat ze, toen ze afsterven en verwarde massa’s wortels en stengels achterlaten, de bodem gemiddeld 4 centimeter per jaar hoger maken. Een veelgehoorde bewering van bodemonderzoekers is dat het een eeuw duurt voor een centimeter bovengrond is geaccumuleerd, misschien zelfs langer. Maar deze moerasplanten zetten kooldioxide om in vaste aarde met een snelheid die van jaar tot jaar door de mens kan worden waargenomen.

Zelfs dan, gezien de omvang van het bodemdalingsprobleem, kan die snelheid van bodemaanwas zwaar onvoldoende lijken. Het zal zo’n 150 jaar duren om de meest verzakte gebieden van deze eilanden weer op zeeniveau te krijgen, vertelde Baldocchi me. “Mensen hebben moeite om te denken in tijdschalen van 100 jaar,’ zei hij. “We kunnen niet binnen 15 jaar verveeld raken met deze projecten.”

Het lange tijdsbestek betekent echter niet dat we tot het einde moeten wachten voordat het project vruchten afwerpt. Campbell Ingram van de Delta Conservancy benadrukt het belang van “het stoppen van het verhoogde risico” – het stoppen van de bodemdaling. Wat belangrijk is om te begrijpen, zegt hij, is dat het risico van dijkdoorbraak niet lineair toeneemt met de bodemdaling, maar exponentieel. Dus door de bodemdaling te stoppen, voorkom je dat de kans op een catastrofale doorbraak explosief toeneemt.

En als de grond in de loop der jaren weer een paar meter daalt, neemt de kans op een catastrofe ook nog eens niet-lineair af. Dat betekent dat de grond niet tot zeeniveau hoeft te groeien om de kans op een rampzalige doorbraak drastisch te verminderen. Sommige modellen suggereren dat alleen al het terugwinnen van de helft van de verloren grond – zo’n 50 tot 75 jaar in plaats van 150 jaar – de kans op een grootschalige doorbraak tot bijna nul zou kunnen terugbrengen.

Hoe dan ook, de grootste uitdaging van het project is hoe de wetlands kunnen worden hersteld op een schaal die betekenisvol is voor de grotere Delta. DWR heeft tot nu toe ongeveer 1.700 acres in vier afzonderlijke wetlands onder water gezet. Maar in totaal is er ongeveer 250.000 acres diep verzakt land in de Delta, waarvan het grootste deel eigendom is van boeren. Het succes hangt dus voor een deel af van de vraag of boeren ervan overtuigd kunnen worden dat ze moeten afzien van de verbouw van gewassen en in plaats daarvan hun land onder water moeten zetten, iets wat waarschijnlijk niet zal gebeuren zonder voldoende financiële stimulans.

Het liefst, zegt Ingram, zou de staat boeren betalen om akkerland om te zetten in moerasland. (Er is ook een tussenoptie, een wetland dat een gewas in stand houdt: rijst in overstroomde velden. Bij experimenten hebben rijstvelden de bodemdaling tegengehouden, maar niet omgekeerd).

Californië heeft een betrekkelijk nieuw programma, het Healthy Soils Initiative, waarbij de staat geld geeft aan boeren die praktijken toepassen waarvan wordt aangenomen dat ze de bodemgezondheid ten goede komen. Het is een model van wat mogelijk is, zegt Ingram, maar helaas bestaat een dergelijk programma niet voor de wetlands van de Delta. Moerassen vormen een kritische habitat voor verschillende diersoorten, dus andere inkomstenbronnen voor boeren zouden eendenclubs kunnen zijn of federale en staatsprogramma’s die betalen voor het creëren van habitat voor bedreigde diersoorten. Maar voor nu zet Ingram in op koolstofmarkten, met name het Californische cap-and-trade-systeem.

“We willen een punt bereiken waarop een boer wakker wordt en zegt: ‘Ik kan meer verdienen door mijn land onder water te zetten dan door maïs te verbouwen’,” vertelde Ingram.

Het cap-and-trade-systeem, dat in 2006 is ingevoerd door de wet AB32, is bedoeld om de uitstoot van broeikasgassen in de staat te verminderen door gebruik te maken van de marktkrachten. De staat stelt een bovengrens vast voor de uitstoot van broeikasgassen – de cap – en geeft vervuilers vervolgens een bepaald aantal rechten om de gassen in kwestie uit te stoten. De hoeveelheid emissierechten die wordt gegeven, neemt in de loop van de tijd af, zodat vervuilers gedwongen worden hun activiteiten te saneren of emissierechten te kopen van vervuilers die er een overschot aan hebben. Vervuilers kunnen ook een bepaald aantal gecompenseerde koolstofkredieten kopen van projecten die de uitstoot van broeikasgassen voorkomen of deze uit de atmosfeer verwijderen.

Ingram en Steve Deverel – een van de wetenschappers die bij USGS de oorspronkelijke proefprojecten voor het omkeren van de bodemdaling in de Delta uitvoerde en nu bij het adviesbureau Hydrofocus werkt – ontwikkelden een Delta wetland carbon protocol dat in 2017 door het American Carbon Registry werd goedgekeurd. Dat betekent dat ze offsets kunnen verkopen op de vrijwillige koolstofmarkt.

De goedkeuring voor het cap-and-trade-systeem van de staat, waar compensatiecredits nu voor ruwweg het dubbele worden verhandeld van wat op de vrijwillige markt te zien is, en eigenlijk zouden kunnen concurreren met inkomsten uit gewassen, zal waarschijnlijk nog anderhalf jaar op zich laten wachten, zegt Ingram.

En dit zijn gecompliceerde koolstofcompensaties. Zoetwater wetland planten kunnen koolstof uit de atmosfeer onttrekken met een spectaculair tempo – ongeveer 5,7 ton per acre per jaar in de Delta – maar zoetwater wetlands stoten ook het broeikasgas methaan uit, dat ongeveer 30 keer zo opwarmend is als kooldioxide. Volgens Baldocchi is de opwarming die wordt veroorzaakt door het methaan dat vrijkomt uit de Delta wetlands op korte termijn ongeveer gelijk aan het koelend vermogen van het kooldioxide dat uit de atmosfeer wordt verwijderd.

Waarom al die moeite doen als we uiteindelijk toch weer terug bij af zijn? Zie het als preventieve geneeskunde. Door één hectare veengebied in de Sacramento Delta opnieuw onder water te zetten, voorkom je dat tussen de 10 en 20 ton kooldioxide in de atmosfeer terechtkomt – via het organische materiaal dat microben in gas zouden hebben omgezet als het land droog was gebleven. Dat staat gelijk aan twee tot vier jaar rijden in een gemiddelde auto. Bovendien voorkom je een verergering van het bodemdalingsprobleem en de bedreiging daarvan voor de watervoorziening van de staat.

Lisamarie Windham-Myers, een wetenschapper bij USGS, denkt dat ze uiteindelijk het klimaatkoelingspotentieel van deze wetlands kan verbeteren door na te bootsen wat er gebeurt in bepaalde moerassen die geen broeikasgassen produceren. Zout- en brakwatermoerassen stoten lang niet zoveel methaan uit als zoetwatermoerassen, legt ze uit. Dat komt omdat oceaanwater sulfaat bevat, dat de biochemische routes verandert die beschikbaar zijn voor microben die organisch materiaal afbreken. Wanneer sulfaat aanwezig is, produceren de microben geen methaan als bijproduct, maar sulfide, dat geen broeikasgas is.

Windham-Myers bestudeert de Suisun moerassen, niet ver van Sherman Island. Zij heeft ontdekt dat zelfs sporen van sulfaat in het water deze contraproductieve methaanemissies voorkomen. In Suisun is het sulfaat afkomstig van de kleine hoeveelheid zeewater die vanuit San Francisco Bay het systeem binnenstroomt. Maar zelfs zoetwatersystemen, zo benadrukt zij, kunnen sporen van sulfaat of ijzer bevatten, wat ook de methaanproductie tegenhoudt. In feite heeft zij waargenomen dat de methaanuitstoot van verschillende delen van de herstelde DWR wetlands sterk varieert, waarschijnlijk door de manier waarop het water zich er doorheen beweegt, waardoor minuscule concentraties sulfaat of ijzer naar sommige gebieden worden meegevoerd, maar niet naar andere. Als wetenschappers deze dynamiek beter begrijpen, kunnen ze wellicht de waterstroom door de herstelde wetlands zodanig sturen dat de methaanuitstoot wordt beperkt, het netto klimaatvoordeel toeneemt en de waarde van het koolstofkrediet voor herstelde Delta wetlands toeneemt.

“De rol van hydrologie komt duidelijk naar voren als een knop waaraan we kunnen draaien,” zei Windham-Myers tegen me. “Laten we deze moeraslanden fijn afstemmen om ze zo geweldig mogelijk te maken.”