Het monitoren van mariene ecosystemen is van cruciaal belang voor het begrijpen van de veranderingen die plaatsvinden in het milieu en het beoordelen van de impact van menselijke activiteiten, zoals diepzeemijnbouw en visserij. Een belangrijk hulpmiddel bij deze monitoring is de Rapid Environmental Assessment (REA), die wordt gebruikt om snel gegevens te verzamelen over het milieu. REA wordt vaak gecombineerd met andere technologieën, zoals sensoren en software, om parameters te volgen die de gezondheid van het mariene milieu weerspiegelen. Deze gegevens kunnen niet alleen helpen om de impact van activiteiten op de oceaan te meten, maar ook om vroegtijdig veranderingen in het ecosysteem te signaleren.

De waterkolom is een cruciaal gebied voor het monitoren van mariene omgevingen. Verschillende parameters, zoals temperatuur, saliniteit, opgeloste zuurstof, chlorofylconcentratie, pH, alkaliniteit, turbiditeit en stromingen, kunnen worden gemeten om de gezondheid van het ecosysteem te beoordelen. Een van de manieren waarop deze gegevens worden verzameld, is door gebruik te maken van Moving Vessel Profilers (MVPs), die gedetailleerde gegevens kunnen verstrekken over het waterkolomprofiel en sedimentclassificatie binnen de waterkolom. Dit is van bijzonder belang voor het begrijpen van de dynamiek van het mariene milieu, aangezien sommige stromingen en sedimentbewegingen een directe invloed hebben op de biodiversiteit en de voedselketens.

Daarnaast is het belangrijk om indicatorsoorten of 'sentinel species' te selecteren voor monitoringdoeleinden. Dit zijn soorten die het milieu goed weerspiegelen en die een belangrijke rol spelen in het ecosysteem. Soorten die bioluminescentie produceren, zoals vissoorten, plankton, schaaldieren, kwallen en inktvissen, kunnen bijvoorbeeld uitstekend dienen als indicatoren. Deze soorten, die vaak migreren tussen de fotische en afotische zones van de oceaan, spelen een belangrijke rol in het koppelingsproces tussen de bentopelagische en pelagische systemen. Bij hun overlijden transporteren ze koolstof en voedingsstoffen naar diepe gemeenschappen op de zeebodem, wat hen een essentiële functie geeft binnen de biologische pomp van de oceaan.

Bioluminescentie kan worden gedetecteerd en gekwantificeerd met behulp van ultralage lichtcamera’s, en de verkregen gegevens kunnen worden geïntegreerd in grootschalige monitoringprogramma’s. Dit zou het mogelijk maken om massa- en energieoverdracht van de bovenste oceaan naar de zeebodem te meten, wat op zijn beurt kan bijdragen aan het begrijpen van de effecten van klimaatverandering. Het kan ook helpen bij het monitoren van de rol van diepzeemigraties in het gedrag, de hoeveelheid en de structuur van benthische gemeenschappen in de diepe oceaan.

Een andere veelbelovende benadering is het gebruik van het “Tagging of Pelagic Predators” (TOPP) programma, dat een reeks tools en logistiek biedt om de biodiversiteit, het kritieke leefgebied, de verspreiding en de overvloed van belangrijke soorten te monitoren, met name in de diepzee. Dit programma verzamelt tijdreeksgegevens van migrerende mariene soorten zoals walvissen, zeeschildpadden en haaien. Door elektronische tags te gebruiken, kunnen onderzoekers gegevens verzamelen over de diepte, temperatuur, lichtniveaus en geolocatie van deze dieren, wat hen in staat stelt om zowel fysieke als chemische parameters te analyseren en uiteindelijk biochemische en productiviteitsdata af te leiden.

Deze apexpredatoren en mariene megafauna kunnen als ecosysteemingenieurs worden beschouwd, aangezien ze invloed hebben op de structuur van mariene gemeenschappen en de ecologische processen binnen deze systemen. De gegevens die door het TOPP-programma worden verzameld, kunnen worden gebruikt om de unieke samenstelling van diersoorten, kritieke habitats en de bereikbaarheid van het ecosysteem te evalueren. Dit biedt waardevolle inzichten voor zowel ecologische als economische doeleinden, vooral wanneer het gaat om het beheer van mariene hulpbronnen.

Naast het gebruik van MVPs en LADCP's (Lowered Acoustic Doppler Current Profilers) voor het meten van stromingen, kunnen wetenschappers nu ook innovatieve technieken zoals Large-Scale Particle Image Velocimetry (LSPIV) en Particle Tracking Velocimetry (PTV) inzetten. LSPIV is een techniek die wordt gebruikt om de snelheidsvelden van waterstromen te schatten, terwijl PTV het mogelijk maakt om de trajecten en snelheid van objecten, zoals sedimentdeeltjes, te volgen. Deze technieken kunnen worden gecombineerd met wiskundige en geospatiale modellen, waaronder 3D eco-hydrodynamische modellen, die helpen om de interacties tussen verschillende omgevingsfactoren, zoals stromingen, sedimentdynamiek en verontreinigingsverspreiding, beter te begrijpen.

Door deze gegevens te combineren met Geographic Information Systems (GIS) kunnen onderzoekers de invloed van topografie en hydrographie op de structuur van diersoortenassemblages beter analyseren. Dit maakt het mogelijk om de verspreiding van soorten te bestuderen, evenals de rol van topografische variabelen in het ecosysteem. Eco-hydrodynamische modellering biedt daarmee een breed overzicht van de complexe relaties tussen verschillende omgevingsvariabelen, wat helpt bij het begrijpen van de ecologische processen die plaatsvonden in het verleden, en het voorspellen van toekomstige veranderingen.

Het monitoren van mariene ecosystemen kan verder worden verrijkt door een holistische benadering, waarbij niet alleen het milieu wordt bestudeerd, maar ook de sociale en economische aspecten van het marien milieu. Het combineren van ecologische gegevens met sociaal-economische gegevens uit sectoren zoals visserij, scheepvaart en diepzeemijnbouw kan een breder begrip geven van de impact van menselijke activiteiten op de oceaan. Deze benadering helpt niet alleen bij het behalen van de conservationele doelen, maar biedt ook een kostenefficiënte manier om mariene hulpbronnen te beheren en beschermen.

Waarom is het belangrijk om de milieu-impact van diepzeemijnbouw proactief te begrijpen?

Diepzeemijnbouw (DSM) roept wereldwijd zowel zorgen als kansen op. De milieueffecten van deze activiteit zijn vaak ingrijpend en verwoestend, maar DSM biedt tegelijkertijd de unieke mogelijkheid om de gevolgen ervan te mitigeren vóórdat ze plaatsvinden. Dit maakt het een bijzonder geval in de geschiedenis van menselijke activiteiten: meestal worden hulpbronnen geëxploiteerd zonder dat we volledig begrijpen wat de langetermijngevolgen zullen zijn. Wetenschap wordt dan vaak gedwongen de schade achteraf te beoordelen. In het geval van DSM is er echter een kans om die schade te voorkomen of te verminderen door vooraf te begrijpen welke impact deze activiteit op het milieu kan hebben.

De diepzee is een van de meest ongerepte en complexe ecosystemen op aarde, waarin vele onontdekte soorten en ecologische netwerken zich bevinden. De Clarion-Clipperton Zone (CCZ) bijvoorbeeld, een gebied van de stille oceaan dat rijk is aan polymetallische knollen, herbergt unieke biota waarvan de werking en biodiversiteit nog grotendeels onbekend zijn. Dit maakt het belangrijk om een holistische benadering van milieubeoordeling toe te passen: een die verder gaat dan de onmiddellijke effecten van de mijnbouw en ook rekening houdt met de indirecte en langdurige gevolgen op het diepzeecarrièreleven en andere kwetsbare ecosystemen.

De wetenschap staat momenteel voor de uitdaging om deze effecten gedetailleerd in kaart te brengen. Er wordt veel onderzoek gedaan naar de biologische en ecologische structuren in de diepzee. Onderzoekers hebben ontdekt dat zelfs kleine verstoringen in het milieu van de diepzee verwoestende gevolgen kunnen hebben voor de flora en fauna, waarvan sommige soorten mogelijk nooit eerder zijn waargenomen. Met de opkomst van DSM is het belangrijk om deze gegevens niet alleen in te winnen, maar ook om ze effectief te gebruiken in beleid en beheer. De risicobeoordeling voor DSM zou dus een holistischere en meer geïntegreerde benadering moeten hebben dan wat momenteel gebruikelijk is.

Wat DSM bijzonder maakt in de context van milieubeheer, is dat het niet alleen een bron van commerciële winst is, maar ook van potentieel milieubewustzijn. De technologieën en wetenschappelijke inzichten die worden ontwikkeld voor DSM, kunnen ook bijdragen aan het beter begrijpen en beschermen van andere diepzeecosystemen, zoals hydrothermale ventilatiesystemen, seamounts en mariene biodiversiteitsnetwerken. Hierdoor wordt DSM een kans voor wetenschappers, beleidsmakers en de industrie om samen te werken aan een duurzamere toekomst voor zowel de oceanen als de mensheid.

Het is essentieel dat de ontwikkeling van DSM nauwlettend wordt gevolgd door milieubeoordelingen die niet alleen direct meetbare effecten overwegen, zoals bodemverstoring en toxische afvloeiing, maar ook de secundaire en tertiaire gevolgen voor voedselketens, mariene biodiversiteit en het algehele ecosysteem. Gezien de kwetsbaarheid van diepzeecosystemen, is het van vitaal belang dat er rigoureuze en uitgebreide evaluaties plaatsvinden voordat DSM-projecten worden goedgekeurd.

De kans om vooraf te anticiperen op de milieueffecten van DSM zal niet voor altijd blijven. Het is essentieel dat er nu actie wordt ondernomen, voordat deze activiteiten op grote schaal worden opgeschaald. De tijd om te handelen is nu, en de wetenschap heeft zowel de verantwoordelijkheid als de mogelijkheid om deze kwesties grondig te onderzoeken en duurzame oplossingen aan te dragen.

Hoewel er veel onderzoek gaande is, is er een enorme kloof tussen de wetenschappelijke kennis die momenteel beschikbaar is en de daadwerkelijke implementatie van effectieve milieubeheermaatregelen voor DSM. De wetenschappelijke gemeenschap, regeringen en de private sector moeten samenwerken om de noodzakelijke gegevens te verzamelen, de milieu-impact van DSM te begrijpen en de risico's op een verantwoorde manier te beheren.

Het belangrijkste voor de lezer is te begrijpen dat DSM niet zomaar een nieuwe mijnbouwtechnologie is, maar een activiteit die de fundamenten van mariene ecologie kan verstoren. De implicaties voor de biodiversiteit van de diepzee zijn groot en verontrustend. Het risico van verlies van onherstelbare soorten en het verstoren van ecologische processen is reëel, en hoewel er kansen voor mitigatie zijn, moet deze technologie met uiterste voorzichtigheid en verantwoordelijkheid worden toegepast. De toekomst van de oceaan, en dus van de planeet, is afhankelijk van hoe we omgaan met de keuzes die we nu maken.

Wat is de rol van diepzeemijnbouw in de transitie naar een groene economie en de milieu-uitdagingen die daarmee gepaard gaan?

Diepzeemijnbouw (DSM) wordt steeds meer beschouwd als een oplossing voor de groeiende vraag naar strategische metalen die essentieel zijn voor de transitie naar een groene economie. De diepzee bevat tal van minerale hulpbronnen, waaronder polymetallische knooppunten (PMN), polymetallische massieve sulfiden (PMS) en kobalt-rijk ferromangaan crustes (CRC), die van cruciaal belang zijn voor de productie van technologieën zoals elektrische voertuigen en hernieuwbare energie-infrastructuur. Aangezien deze materialen steeds schaarser worden op het land, wordt er steeds meer belangstelling getoond voor het winnen van hulpbronnen van de zeebodem. De diepzee biedt toegang tot een enorme voorraad mineralen die moeilijker te winnen zijn uit traditionele mijnen.

Een belangrijk punt van overweging bij DSM is de gouvernance van oceanen die buiten nationale jurisdicties vallen. De Verenigde Naties, via de Conventie van de Verenigde Naties over het Zeerecht (UNCLOS), heeft regels vastgesteld voor het beheer van deze gebieden, bekend als Areas Beyond National Jurisdiction (ABNJ). In deze gebieden heeft de Internationale Zeebodem Autoriteit (ISA) de verantwoordelijkheid om de exploitatie van de zeebodem te reguleren, en een evenwichtig systeem voor het delen van voordelen en het beschermen van het milieu te waarborgen. Op dit moment zijn er 31 verkenningscontracten verstrekt voor de mijnbouw in deze gebieden. Voordat DSM kan plaatsvinden, moet de verkenning plaatsvinden en worden de nodige technische oplossingen voor mijnbouw ontwikkeld. Dit omvat de ontwikkeling van mijnbouwsystemen en nieuwe technologieën zoals autonome onderwatervoertuigen (AUV’s), die veelbelovende alternatieven bieden voor de traditionele, onselectieve methoden van het oogsten van de zeebodem.

Deze technologieën en de daarmee gepaard gaande economische mogelijkheden brengen echter niet alleen voordelen met zich mee, maar ook ernstige milieu-uitdagingen. Hoewel het potentieel van DSM om de afhankelijkheid van landmijnbouw te verminderen en de overgang naar een groene economie te bevorderen onmiskenbaar is, moeten we ons ook bewust zijn van de aanzienlijke milieugevaren die de activiteit met zich meebrengt. De diepzee is een kwetsbaar ecosysteem waarvan de biodiversiteit en ecologische functies nog niet volledig begrepen zijn. Het winnen van mineralen kan leiden tot onomkeerbare schade aan het leefgebied, habitatveranderingen en verschillende vormen van vervuiling, zoals geluid, licht en afval. Veel wetenschappers waarschuwen dat dit kan leiden tot het verlies van diepzeebiodiversiteit, wat verwoestende gevolgen zou hebben voor het ecosysteem.

De milieu-impact van DSM is niet alleen het gevolg van individuele activiteiten, maar wordt vaak versterkt door de interactie van verschillende stressfactoren. Deze cumulatieve effecten zijn moeilijk te voorspellen, maar het is duidelijk dat de gevolgen van deze interventies niet op zichzelf staan. In plaats daarvan kunnen ze zich op niet-lineaire wijze vermengen, wat leidt tot grotere en moeilijk te beheren schade aan het milieu. Een belangrijke uitdaging voor de ISA is dan ook het ontwikkelen van een systeem om deze cumulatieve effecten te evalueren, te verminderen en te mitigeren. De huidige regelgeving biedt onvoldoende richtlijnen en normen voor exploitatieactiviteiten, en de exploitatie zelf wordt pas gereguleerd wanneer de verkenning is voltooid en de benodigde maatregelen zijn vastgesteld.

Wat hierbij belangrijk is, is dat de milieuproblemen niet beperkt zijn tot de directe effecten van mijnbouw zelf, maar ook de bredere ecologische impact moeten omvatten. De effecten kunnen zich ophopen en de gevolgen kunnen groter zijn dan de som van hun delen. Het is essentieel om een geïntegreerd benaderingsmodel voor milieubeheer te ontwikkelen, waarin de interacties tussen verschillende milieuproblemen in de diepzee centraal staan. Dit model moet rekening houden met de diversiteit en de kwetsbaarheid van het mariene ecosysteem, evenals met de economische voordelen die DSM kan opleveren.

Vanuit economisch en politiek perspectief is het belangrijk te begrijpen dat DSM zich niet alleen richt op het benutten van de mineralenvoorraden, maar dat het ook een complex geopolitiek vraagstuk is. De toegang tot de hulpbronnen in de ABNJ is onderworpen aan internationale wetgeving en onderhandelingen, waarbij landen met elkaar concurreren om rechten op deze hulpbronnen. Dit kan leiden tot spanningen en conflicten over de verdeling van de winsten, evenals zorgen over de rechtvaardigheid van het verdelingsmechanisme.

De rol van DSM in de overgang naar een groene economie moet dan ook zorgvuldig worden geëvalueerd. Er is een balans nodig tussen het benutten van de mineralen voor de bevordering van duurzame technologieën en het beschermen van het milieu tegen onomkeerbare schade. Het huidige wetgevings- en managementkader moet verder worden verfijnd om de risico’s van cumulatieve effecten te beheren en te voorkomen dat het milieu onherstelbaar wordt beschadigd. Dit vereist wetenschappelijk onderzoek, transparante beleidsvorming en internationale samenwerking.

Hoe kan het ecosysteem-gebaseerd beheer (EBM) effectief worden toegepast in diepzeemijnbouw?

Het ecosysteem-gebaseerd beheer (EBM) wordt steeds vaker erkend als een essentiële benadering voor het beheer van mariene omgevingen, waaronder de diepe zeebodemgebieden die worden aangetast door diepzeemijnbouw (DSM). Het richt zich op het behoud van de ecologische integriteit door rekening te houden met de complexe interacties binnen het ecosysteem. In de context van DSM is de integratie van verschillende ecologische componenten, zoals de benthische en midwater componenten, essentieel om de cumulatieve effecten van menselijke activiteiten op de zee te begrijpen en te beheren. Volgens Guilhon et al. (2023) is de beoordeling van cumulatieve effecten een expliciete vereiste binnen het EBM, waarbij de onderlinge verbindingen tussen verschillende ecosystemen zowel horizontaal als verticaal in kaart worden gebracht.

Een van de grootste uitdagingen bij het toepassen van EBM is de onzekerheid die inherent is aan het beheren van een ecosysteem, vooral in gebieden met beperkte gegevens, zoals de diepe zee. In dergelijke datarijke omgevingen is het essentieel om uitgebreide baseline-onderzoeken uit te voeren tijdens de verkenningsfase om een solide basis te leggen voor een effectief beheer. Dit omvat niet alleen gegevens over de zeebodem, maar ook over andere compartimenten van het ecosysteem, die vaak over het hoofd worden gezien in vroege studies (Guilhon et al., 2023). Het verkrijgen van gedetailleerde en representatieve gegevens is cruciaal om een effectief ecosysteemgebaseerd beheer te implementeren dat gericht is op het minimaliseren van de milieu-impact van DSM-activiteiten.

Het toepasselijke juridische kader voor DSM benoemt het EBM expliciet als een van de belangrijkste milieu-criteria voor het beheer van de Clarion-Clipperton Zone (CCZ), een van de belangrijkste gebieden die momenteel worden onderzocht voor diepzeemijnbouw (ISA, 2011b, 2019a). Ondanks de nadruk op het belang van een ecosysteembenadering, is er tot nu toe geen systematische poging gedaan om EBM als een geïntegreerd concept operationeel te maken (Guilhon et al., 2023). Dit betekent dat de daadwerkelijke uitvoering van EBM in DSM-contexten nog vaak een uitdaging is, en dat er behoefte is aan verdere ontwikkeling en verfijning van de methoden en instrumenten die nodig zijn om het effectief toe te passen.

Adaptief beheer speelt een cruciale rol in het ecosysteem-gebaseerd beheer. Het wordt gedefinieerd als een gestructureerde aanpak waarmee zowel het beheer als het leren over natuurlijke hulpbronnen en de gevolgen van menselijke activiteiten worden gecombineerd (Clark et al., 2022). Deze benadering houdt in dat beslissingen flexibel en op basis van de nieuwste wetenschappelijke gegevens worden genomen, waarbij onzekerheden over de gevolgen van activiteiten in het mariene milieu adequaat worden beheerd. Het toepassen van adaptief beheer bij DSM is echter geen excuus voor trial-and-error processen, maar eerder een gestructureerde manier om onzekerheden te verminderen door robuuste gegevensverzameling en voortdurende monitoring (Hyman et al., 2021). Dit betekent dat fouten in de uitvoering van DSM-activiteiten moeten worden vermeden door vooraf de juiste kennisbasis te verzamelen en zorgvuldig de gevolgen van deze activiteiten te volgen.

Wat betreft het concrete operationeel maken van EBM in DSM, zijn er verschillende methoden die kunnen helpen, zoals het gebruik van conceptuele modellen, expertbevragingen, integrale ecosysteembeoordelingen en gestandaardiseerde monitoringtechnieken. Het toepassen van deze methoden kan helpen bij het identificeren van risico's en het beter begrijpen van de dynamiek van diepzee-ecosystemen (Hyman et al., 2021). Desondanks moet het beheer altijd verankerd zijn in duidelijke doelstellingen, zoals het voorkomen van significante verlies van biodiversiteit en het minimaliseren van verlies van habitats en ecosystemen (Clark et al., 2022).

Bij het implementeren van een ecosysteem-gebaseerd beheer voor DSM is het essentieel om cumulatieve effecten te beoordelen. Dit houdt in dat de gevolgen van verschillende activiteiten, zoals het mijnen van mineralen en de verstoringen die daarmee gepaard gaan, in hun totaliteit moeten worden begrepen. De Regionale Milieu-beheerplannen (REMPs) die zijn ontwikkeld door de Internationale Zeebodemautoriteit (ISA) benadrukken het belang van deze beoordeling van cumulatieve effecten. REMP’s dienen als beleidsinstrumenten om de bescherming van het mariene milieu te waarborgen en tegelijkertijd een balans te vinden tussen economische belangen en milieuverantwoordelijkheid (ISA, 2022).

Een belangrijke component van het REMP is het gebruik van gebiedsgebonden beheertools (ABMT's), zoals de Area of Particular Environmental Interest (APEI). Deze gebieden zijn bedoeld om belangrijke ecologische processen te behouden en beschermen tegen de schadelijke effecten van diepzeemijnbouw. In de CCZ zijn er bijvoorbeeld negen APEI’s gedefinieerd, die worden beschouwd als mariene beschermde gebieden (MPA) waar geen exploitatieactiviteiten mogen plaatsvinden (Wedding et al., 2013). Deze gebieden spelen een cruciale rol in het behoud van de ecologische integriteit en bieden een buffer tegen de onomkeerbare schade die DSM kan veroorzaken.

Naast de gebiedsgebonden beheertools zijn er ook niet-gebiedsgebonden beheertools, zoals milieu-impactbeoordelingen (EIA) en de beoordeling van cumulatieve effecten (CEA). Het is logisch dat deze beoordelingsinstrumenten een prominente rol spelen in het kader van REMP’s. Ze helpen bij het identificeren van potentiële risico’s voor het milieu en bieden wetenschappelijke onderbouwing voor het nemen van beheermaatregelen.

Voor een succesvol ecosysteem-gebaseerd beheer in de context van DSM is het belangrijk dat de overheid en andere betrokken partijen verder ontwikkelen in het toepassen van adaptief beheer en de evaluatie van cumulatieve effecten. Dit proces vereist niet alleen technologische innovaties, maar ook een integrale benadering die wetenschappelijke, juridische en beleidsmatige aspecten met elkaar verbindt.

Hoe kan het stochastisch gemiddelde van quasi-integrabele Hamiltoniaanse systemen met hysteresische krachten worden berekend?
Hoe de retentie in silicium single-electron geheugensystemen te verbeteren
Hoe kan een hybride benadering de kloof tussen domeinen overbruggen in de opsporing van defecten in lucht- en ruimtevaartcomponenten?