Van het totale oppervlak van de aarde wordt ca. 70 % ingenomen door water.
De zeeën en oceanen, die een gemiddelde diepte van bijna 4000 m hebben, bevatten ongeveer 97 % van al het water op aarde. Zij zijn het grote reservoir waaruit water door verdamping in de atmosfeer komt en neerslaat op het land, vanwaar het via rivieren weer in de zeeën terechtkomt. Deze kringloop is voor het milieu van vitaal belang.
De zee oefent invloed uit op het klimaat; zij is in staat in het warme jaargetijde warmte vast te houden en geeft die in het koude jaargetijde weer af. De zee levert verder een enorme hoeveelheid waterdamp, die over de gehele aarde wordt verspreid en uiteindelijk als neerslag voor een deel op het land en vooral in zee terechtkomt. De hoeveelheid water die als neerslag in zee valt is kleiner dan de hoeveelheid water die verdampt; het verschil wordt aangevuld met water afkomstig van het land (via beken, rivieren en ijsbergen). Dit water bevat enige zouten afkomstig van gesteenten en gronden.
Het zeewater heeft een zoutgehalte van 33,24 %c (g/kg) en bevat 18,98 g/kg chloor en 10,561 g/kg natrium; beide elementen vormen samen het gewone zout. Verder komen in zee vooral de elementen magnesium, zwavel, calcium (kalk) en kalium voor, evenals spoorelementen, waarvan enkele voor het biologisch leven noodzakelijk zijn, zoals koper en ijzer. Bovendien zijn in zeewater verbindingen aanwezig die levende organismen gebruiken voor hun groei of reproduktie: deze voedingsstoffen zijn verbindingen van o.a. silicium, stikstof en fosfor. Hoewel het zoutgehalte in het zeewater per gebied verschilt, is de verhouding van de hoofdbestanddelen heel constant. De concentraties van een groot aantal elementen ondergaan vooral veranderingen in gebieden waar overmatige verdamping van water of verdunning met zoet water optreedt.
Het water verzorgt bijna alle natuurlijke transporten van vaste stof in de wereld, zowel op het land als in de zee. In de stofkringlopen op aarde nemen de zeeën en oceanen een belangrijke positie in, doordat de verweringsprodukten van de continenten er in terechtkomen. Het snelst gebeurt dit met opgeloste stoffen, langzamer met de sedimenten. Na een lange verblijftijd in het water komt het materiaal op de bodem terecht, en kan weer deel gaan uitmaken van de aardkorst.
De eerste vormen van leven zijn ontstaan in de zee; daaruit heeft zich gedurende de laatste drie mrd. jaar een grote verscheidenheid van levensvormen ontwikkeld in een milieu dat wordt gestabiliseerd door de wisselwerking van de oceanen met de atmosfeer, met het land en met het leven op het land en in de zee. Sommige van de levende planten en dieren zijn heel klein maar door hun enorme aantallen heel belangrijk. De mariene flora kan organisch materiaal (‘levende’ stof) vormen uit de anorganische bestanddelen (voedingsstoffen) van het zeewater onder invloed van de door de zon geleverde energie (fotosynthese) die doordringt in de bovenste waterlagen. Het zogeheten fytoplankton (fytos, plant; planktos, drijvend) vormt de basis van de voedselpiramide van het leven in zee; alle andere mariene organismen zijn afhankelijk van het fytoplankton evenals de zuurstofverversing van de atmosfeer. De bij de fotosynthese geproduceerde zuurstof in de bovenste waterlagen komt door de uitwisseling via het wateroppervlak in de atmosfeer terecht. Ongeveer 70 % van de zuurstof in de atmosfeer komt uit de zeeën en oceanen.
De zeeën en oceanen bevatten geweldige hoeveelheden voedsel die wellicht geëxploiteerd zullen moeten worden om aan de enorme voedselbehoefte van een steeds groeiende wereldbevolking te voldoen. Maar vergeleken met de landbouw is de voedselwinning uit zee (op de visserij na) nog zeer inefficiënt, zodat een grote massa aan organisch materiaal na afsterven weer terugkomt op de zeebodem en opnieuw gaat dienen als primaire voedingsstof voor de voedselketens.
De ondiepe kustzeeën en estuaria hebben een veel grotere biologische produktie dan de open oceanen. Helaas staan deze gebieden als gevolg van de afvoer van rivieren en een vaak drukke scheepvaart en exploitatie van natuurlijke energiebronnen ook het meest bloot aan verontreiniging.
In het complexe systeem van estuaria, zeeën en oceanen is het natuurlijke evenwicht verstoord geraakt door ingrijpen van de mens. Naast de mechanische druk op het mariene milieu (b.v. overbevissing, exploitatie en transport van natuurlijke energiebronnen als olie, gas, grind- en zandwinning, recreatie/toerisme) heeft de fysisch-chemische verontreiniging van het milieu wereldwijde vormen aangenomen. Voor het mariene milieu is het belangrijkste transportsysteem waarlangs verontreinigende stoffen getransporteerd worden, dat van de rivieren, via estuaria en kustzeeën naar de open oceaan. Hier sedimenteert een deel op de diepzeebodem, een ander deel wordt via de grote zeestromen verplaatst. Een bijdrage tot de vervuiling van de oceanen levert ook het atmosferisch transport; de verontreinigende stoffen slaan met regen in de oceaan neer. Verontreinigende stoffen kunnen op velerlei manier in het milieu terechtkomen.
Het opvallendst zijn de lozingen waarbij grote hoeveelheden van een bepaalde stof in korte tijd in het milieu terechtkomen (b.v. olierampen met tankers en booreilanden (tabel 1); clandestiene lozingen van stookolie vanaf schepen; zuur- en baselozingen van schepen) en de vervuiling door vaste drijvende voorwerpen. Een andere bron van verontreiniging is het dumpen van in beton gegoten vaten met radioactief afval direct op de diepzeebodem en het storten van enorme hoeveelheden baggerspecie (b.v. havenslib waarin veel zware metalen voorkomen; tabel 2). Dat laatste gebeurt meestal in ondiepe kustgebieden van randzeeën. Verreweg de grootste bijdrage tot vervuiling van de zeeën levert echter de afvoer via rivieren, waarbij doorlopend een groot aantal verontreinigende stoffen in kustgebieden terechtkomen in hoeveelheden die jaarlijks duizenden tonnen kunnen bedragen (tabel 3).
Tabel 1. Olieverontreiniging als gevolg van calamiteiten met booreilanden en tankers.
jaar naam plaats hoeveelheid olie in zee aantal dode vogels verzameld of geteld geschat
1967 Torrey Canyon Zuidwest-Engeland ton
117 000 10 000 30 000
1969 onbekend Waddenzee 150 24 000 40 000
1974 Metula Straat Magalhaes 56 000 onbekend
1975 Pacific Colocotronis Nederland 2 000 geen
1976 Urquiola Spanje 107 000 onbekend
1977 Bravo (booreiland) Noordzee 28 000 20 1 000
1978 Amoco Cadiz Frankrijk (Bretagne) 230 000 5 200 10 000
1978 Eleni V Engeland/Nederland 4 000 onbekend
1979 Betelgeuse Ierland 35 000 onbekend
1979-80 Ixtoc I (booreiland) Golf van Mexico 500 000 onbekend
1980-81 Stylis (e.a.) Noordzee weinig ? 50 000
1982 Katina Nederland 1 100 onbekend
Tabel 2. Enkele dumpingen in zee vanuit België, Nederland en de BRD.
materiaal afkomstig van bevat o.a. hoeveelheid per jaar plaats afvalzuur bereiding titaandioxide zware metalen 600 000 ton 40 km uit de kust voor Walcheren afvalzuur bereiding titaandioxide bereiding tussenprodukten en kleurstoffen zware metalen en organische verbindingen 1 490 000 ton 40 km uit de kust voor Hoek van Holland afvalzuur bereiding titaandioxide zware metalen 100 000 ton Nieuwe Waterweg procesafvalwater bereiding bestrijdingsmiddelen mutagene en carcinogene organische verbindingen 8 000 ton
10 000 m3 40 km uit de kust voor Hoek van Holland
baggerspecie grote rivieren en Rotterdams havengebied zware metalen en organische halogeen-verbindingen 14 000 000 m3 5 km uit de kust voor Hoek van Holland afvalgips bereiding kunstmest zware metalen 200 000 ton Westerschelde (Terneuzen) afvalgips bereiding kunstmest zware metalen 1 830 000 ton Nieuwe Waterweg radioactief afval ziekenhuizen, universiteiten, kerncentrales b.v. in 1979:
alfastraling: 1415 curie bèta- en gammastraling: 41 000 curie tritium: 42 250 curie 1979: 5 400 ton
1980: 8 400 ton
1981: 9 450 ton Atlantische Oceaan
Bron: J. Keuning, Vervuiling van het Nederlandse Noordzeekustwater, Wadden Bulletin 1981; oecd Nuclear Energy Agency, Review of the continued suitability of the dumping site for radioactive waste in the North-East Atlantic (1980)
De grote ruimte van de volle zee wordt nogal eens aangegrepen voor activiteiten die op land op die manier niet zouden zijn getolereerd, zoals het verbranden van chemisch afval zonder een verregaande rookgaszuivering Van het land afkomstige en door de rivier getransporteerde stoffen worden door menging met zeewater verdund. Een aantal fysisch-chemische processen zorgen ervoor dat de verontreinigende stoffen niet met dezelfde snelheid als de menging van zoet en zout water naar zee worden getransporteerd. Onder invloed van processen als adsorptie, desorptie, sedimentatie, mobilisatie kunnen verontreinigende stoffen in de kustgebieden achterblijven, m.n. in het menggebied van rivierwater en zeewater (estuarium). Zo kunnen in de Waddenzee metalen met zwevende stof op de bodem worden afgezet (sedimentatie), vooral in de meer naar binnen gelegen gebieden. Onder invloed van de afbraak van organische stof kunnen metalen vanaf de bodemdeeltjes weer oplossen in het water dat zich tussen de bodemdeeltjes bevindt. Dit proces van mobilisatie is ervoor verantwoordelijk dat in het zgn. interstitiële water een veel hogere concentratie van opgeloste metalen aanwezig is dan in het eerder genoemde water.
Tabel 3. Aanvoer van de Rijn.
element/verbinding hoeveelheid
1979 (t) 1972 (t)
kwik 24 85 arseen 240 1 000 cadmium 80 200 lood 1 200 1 500 koper 1 200 2 900 zink 7 200 9 000 chroom 960 200 chloride 13 300 000 keukenzout 20 000 000 sulfaat 6 200 000 fosfaat 155 000 86 500 nitraat 1 300 000 fenolen 480 olie 8 800 chloorkoolwaterstoffen 4 Bron: W. Straeter, De Rijn, Wadden Bulletin (1981). J. C. Duinker, De zee in gevaar, Natuur en Landschap (1972)
De gevolgen van introductie in het milieu van verontreinigende stoffen die normaal in zeer lage concentraties in de natuur voorkomen (zware metalen en oliecomponenten) en van door de chemische industrie gesynthetiseerde milieuvreemde verbindingen (b.v. DDT, PCB’S) komen tot uiting op alle organisatieniveaus (in het molecuul, in de cellen, weefsels, organen, in het hele organisme en in het ecosysteem). De tijdsduur van het moment van vervuiling tot aan het optreden van schadelijke effecten en het tijdsbestek waarin beïnvloeding van het leven optreedt, kan variëren van enkele uren tot decennia. De aard van de beïnvloeding en de gevolgen kunnen van velerlei karakter zijn en in extreme gevallen is dat sterfte van organismen op grote schaal.
De opname van een stof door een marien organisme kan op een aantal manieren plaatsvinden. Opgeloste stoffen kunnen vanuit de waterfase door diffusie worden opgenomen, via de kieuwen, de huid en het spijsverteringsorgaan. Ook kunnen giftige stoffen door verontreinigd voedsel via de darm worden opgenomen. Als er geen uitscheiding of afbraak van een opgenomen stof plaatsvindt, ontstaat zo de voedselketenaccumulatie. Hierdoor kunnen de organismen die de laatste schakel in zo’n voedselketen zijn (b.v. carnivoren zoals roofvogels en zeehonden) zeer hoge gehaltes van lichaamsvreemde stoffen bevatten. Ook kunnen giftige stoffen vanuit het sediment of door opname van in het water zwevende anorganische deeltjes in een organisme terechtkomen.
Bij in of op de bodem levende dieren speelt deze vorm van opname een belangrijke rol (b.v. bij de wadworm, Arenicola marina, en de mossel, Mytilus edulis). Tenslotte kan bij zoogdieren, zoals o.a. voor de bruinvis gevonden werd, overdracht van chloorkoolwaterstoffen plaatsvinden van de moeder via de placenta naar de ongeboren foetus. Bij de verdeling van een verontreinigende stof over verschillende organen en weefsels in een organisme kan de chemische samenstelling van weefsels een belangrijke rol spelen. De toxiciteit (giftigheid) van een element of verbinding wordt mede bepaald door het aantal moleculen dat kan doordringen tot de voor de stof kwetsbare receptoren. Zo zijn in darmkanaal-, nieren kieuwweefsel van mossels zakjes aangetoond die met ijzerdeeltjes en zelfs looddeeltjes waren geladen; de verontreinigende stof veroorzaakt in dit geval én in deze chemische vorm weinig nadelige gevolgen. Vooral organische verbindingen kunnen in het lichaam omgezet worden (biotransformatie); de gevormde metabolieten kunnen giftiger of minder giftig zijn dan de oorspronkelijke stof.
Deze omzettingen van lichaamsvreemde stoffen vinden vooral in de lever plaats. Uiteindelijk is er nog het proces van uitscheiding (eliminatie) van schadelijke stoffen. Dit kan gebeuren nadat in een organisme omzettingen van de giftige stof hebben plaatsgevonden of direct via het spijsverteringskanaal of via huid en kieuwen.
In het mariene milieu is de vervuiling door olieprodukten, cyclische organische halogeenverbindingen en zware metalen het belangrijkst, hoewel plaatselijk ook lozingen van andere produkten zoals zuren en basen, stikstofverbindingen (amine, nitriet), fenolen, zwavel- en fosforverbindingen en chloor, schade aan leefgemeenschappen kunnen toebrengen.
