In deze aflevering van Studio Veenweide – De verdieping geeft onderzoeker Gilles Erkens (Deltares/UU) college over mechanismen in de bodem met betrekking tot veenafbraak en broeikasgasemissies. Welke mechanismen leiden tot bodemdaling en welke mechanismen een relatie met broeikasgasuitstoot? Waarom zijn er bodemdalingsmetingen nodig in een onderzoek naar broeikasgasemissies? Welke variabelen spelen daarin een rol en waarom is het belangrijk om deze processen te begrijpen om te komen tot oplossingen?

Daarover hoor je meer in deze aflevering.

www.nobveenweiden.nl
www.stowa.nl
www.veenweiden.nl
www.uu.nl
www.deltares.nl

TRANSCRIPTIE

Ivo de Wijs: Dit is Studio Veenweide, de verdieping. Een serie colleges over de reductie van broeikasgassen in het veenweidegebied. In het klimaatakkoord hebben we afgesproken dat de veenweiden gaan zorgen voor het verminderen van een jaarlijkse emissie van één megaton in 2030. Hoe gaan we dat doen? Wat weten we al en wat weten we nog niet? Het Nationaal Onderzoeksprogramma Broeikasgassen Veenweide zoekt het uit. In zes afleveringen volgen we de 6-M-cyclus van Meten, Mechanisme, Modelleren, MKBA, Maatregelen en Monitoren. De gastspreker in deze aflevering is:

00:00:40

Inge Diepman: Gilles Erkens, expert bodemdaling bij onderzoeksinstituut Deltares en de Universiteit Utrecht en drijvende kracht achter het onderzoeksconsortium. Gilles, hartelijk welkom bij de Verdieping. Je gaat ons van alles vertellen over het mechanistische begrip. Dat is een heel breed begrip.

00:00:57

Gilles Erkens: Mechanistische begrip gaat over wat we begrijpen van de mechanismes die achter de bodemdaling en de broeikasgasuitstoot zitten in het veenweidegebied. In deze collegeserie ga ik kijken naar welke mechanismes leiden tot bodemdaling en welke daarvan ook een relatie hebben met broeikasgasuitstoot. Het gaat erom waarom we bodemdaling metingen nodig hebben in een broeikasgasuitstoot onderzoek.

00:01:20

Inge Diepman: De komende vijftien tot 20 minuten ga je ons daarover bijpraten. Ik zou zeggen: 'The floor is yours'. Heel veel plezier met het college van Gilles Erkens.

00:01:29

Ivo de Wijs: De M van Mechanisme.

00:01:32

Gilles Erkens: Waarom meten we bodemdaling in een broeikasgasuitstoot onderzoek? Dat komt omdat bepaalde mechanismes die leiden tot bodemdaling, bepaalde processen die leiden tot bodemdaling, ook leiden tot broeikasgasuitstoot, maar niet allemaal. Er zijn ook processen die leiden tot bodemdaling, maar niet tot broeikasgasuitstoot. Juist dat verschil willen we maken. Als we de mechanismes begrijpen die zowel leiden tot bodemdaling en broeikasgasuitstoot, dan kunnen we ook de bodemmetingen gebruiken als proxy voor broeikasgassen uitstoot elders in het land, en dat is ons grote doel.

00:02:03

Gilles Erkens: Helaas is het zo dat bodemdaling door heel veel verschillende processen wordt veroorzaakt. Ik richt me in dit stuk over mechanismes in het veenweidegebied op bodemdaling en broeikasgas uitstoot in het veenweidegebied. We hebben natuurlijk ook nog bodemdaling door allerlei andere processen, zoals het winnen van gas, zout of water. We gaan nu hebben over het ontwateren van het veenweidegebied en het aanbrengen van belasting. Dat zijn juist de twee processen die leiden tot het dalen van het veenweidegebied.

00:02:30

Gilles Erkens: Als we kijken naar het type processen, hebben we ook twee types die je kan onderscheiden. We hebben aan de ene kant de mechanische processen, dus waar veen echt wordt samengedrukt of waar veen echt verandert van vorm. Maar we hebben ook de processen die biochemisch zijn, dus waar biologische processen zorgen voor de afbraak van veen, en daarmee verliest het zijn sterkte en kan het ook worden samengedrukt. Er zijn dus twee typen processen. De biochemische processen, dat zijn de micro-organismes: de bacteriën, de schimmels en de eencelligen, die langzamerhand het veen afbreken. Voor het afbreken van het veen gebruiken ze zuurstof om energie te krijgen en dan breken ze het veen af om zelf ook energie te krijgen. Dat zorgt voor de uitstoot van broeikasgassen.

00:03:12

Gilles Erkens: Als ze dat doen dan wordt dat veen langzamerhand opgegeten en het verliest het dus ook aan sterkte. De stukken verdwijnen. Het veen kan je eigenlijk zien als een soort gewapend beton. Er zitten allerlei oude plantenvezels - vezels zijn oude plantenresten - en overal zitten vezels en daartussen zit een matrix van allemaal oude organische stoffen, en die bacteriën eten dat langzamerhand weg. Deels die matrix, misschien ook wel deels de vezels, waardoor langzamerhand dat gewapend beton zijn sterkte verliest. Dan wordt dat langzaamaan onder zijn eigen gewicht in elkaar gedrukt. De massa verdwijnt ook. Dus dan hebben we broeikasgasuitstoot en volume verlies, wat leidt tot bodemdaling. Dat is één van de hoofdoorzaken van bodemdaling in het landelijk gebied.

00:03:49

Gilles Erkens: Daarnaast zijn dan de mechanische processen, en daar maken we onderscheid aan de ene kant tussen consolidatie, dat is het uitdrukken van water uit de poriën tussen de vezels. Tussen de vezels zit allemaal ruimte, daar zit meestal water in. Als het wordt uitgedrukt omdat er gewicht bovenop wordt aangebracht, dan stroomt dat langzaamaan eruit en dan drukt de grond samen. Er is ook kruip. Kruip is het heroriënteren van het korrelskelet van de vezels zelf in de bodem, waarbij ook een klein beetje water wordt uitgedrukt. Het bijzondere van kruip is dat dit gebeurt zonder dat er iets verandert in de gewichtstoestand. Kruip is daarmee ook eigenlijk een viskeus gedrag van de grond. Als je een hele dikke vloeistof hebt kan die zich ook viskeus gedragen. We kennen het ook van bijvoorbeeld hellingprocessen in Limburg waar groen langzamerhand naar beneden glijdt of schuift over hele lange tijdschalen. Dit gebeurt in de ondergrond ook, dat is kruip.

00:04:44

Gilles Erkens: Het derde proces van de mechanische processen is krimp. Krimp is het in elkaar drukken van de bodem, of eigenlijk in elkaar trekken van de bodem, onder extreme zuigspanningen. Als er op een gegeven moment in die poriën, de ruimte tussen de vezels, geen water meer zit maar ook lucht, door de verdamping, dan kunnen die vezels helemaal naar elkaar toe getrokken worden door de zuigspanningen van het restje water dat nog in de poriën zit. Dit gebeurt vooral in de in de bovengrond in droge periodes, dan wordt dat helemaal bij elkaar getrokken. We hebben vier processen die leiden tot bodemdaling: één biochemisch proces, dat is veenafbraak door micro-organismen, en dan drie mechanische processen, en dat zijn consolidatie, kruip en krimp.

00:05:29

Gilles Erkens: We kunnen ook kijken in de bodem waar die processen plaatsvinden. Consolidatie gaat over het uitdrukken van grondwater uit de poriën, dus dat gebeurt in het gebied in de bodem waar grondwater aanwezig is, dus onder de grondwaterspiegel. Consolidatie vindt niet plaats boven de grondwaterspiegel. Krimp vindt juist plaats door de zuigspanningen in de poriën en dat zit juist boven de grondwaterspiegel, dus dat zit in een ander bereik dan consolidatie. Veenoxidatie onder zuurstofrijke condities, dus de aerobe afbraak, vindt plaats boven de grondwaterspiegel, net zoals krimp, want daar moet zuurstof bijkomen. Tenslotte vindt kruip juist weer met name plaats onder de grondwaterspiegel. Daar is het met name belangrijk.

00:06:15

Gilles Erkens: We hebben die vier processen. Twee daarvan zitten boven de grondwaterspiegel en twee daaronder. Hoewel er nog wel mogelijkheden zijn dat bijvoorbeeld ook veenafbraak plaatsvindt onder de grondwaterspiegel, maar dat is misschien iets voor een volgende podcast. We kunnen ook kijken in de tijd wat die processen bijdragen aan de totale bodemdaling en broeikasgasuitstoot. Als we kijken naar het verleden zijn er hele goede metingen gedaan in de jaren '50 in de Verenigde Staten, maar ook in Indonesië een aantal jaar geleden. Daar zijn verse veengebieden drooggelegd en is de ontwatering vergroot. Er zijn overigens ook proeven daarmee gedaan in Nederland in de jaren '60 in Zegveld.

00:06:55

Gilles Erkens: Wat je ziet als je dan heel nauwkeurig de bodemdaling meet dat het eerst heel snel gaat. De eerste maanden is er enorme bodemdaling. Dat gaat in centimeters per jaar, als je het uitdrukt in jaarlijkse snelheden, maar in die maanden gaat dat enorm snel. Daarna neemt het af en komt het in een soort metastabiele dalingsfase. We weten dat in het begin de bovenbodem heel erg aan het uitdrogen is. Dan komt er gewas op te staan, de grondwaterstand is verlaagd, dus er is een heel nieuw deel wat eerst nog maagdelijk veen was en dat wordt ineens blootgesteld aan zuurstof. Daar begint dan veenoxidatie, maar ook krimp. Veenoxidatie heeft even tijd nodig om op gang te komen en is ook niet iets wat met die enorme snelheden te maken heeft, dus dat moet dan grotendeels krimp gedomineerd zijn.

00:07:37

Gilles Erkens: Daarnaast betekent het ook dat als je een grondwaterstand ineens verlaagt, dat het bovenste pakket geen steun meer heeft van het grondwater. Dat pakket rust ineens op het pakket daaronder en dat pakket daaronder moet dat gaan dragen. Dat kan dat niet, dat heeft daar niet de kracht voor, dus dat zakt langzamerhand in elkaar en dan onder het uitdrukken van het water uit de poriën, dus dat is consolidatie. Die consolidatie vindt ook in die eerste fase met name plaats. Door die consolidatie wordt die ondergrond weer sterker, het wint weer aan sterkte, waardoor het langzamerhand steeds beter in staat is om die bovengrond te dragen, tot het op een gegeven moment voorbij is.

00:08:12

Gilles Erkens: Dan hebben we nog de kruip, die nog lange termijn doorgaat, ook in de zone onder de grondwaterspiegel, waar langzamerhand, zonder dat er iets aan de drukcondities verandert, toch nog het korrelskelet, het vezelskelet, zich heroriënteert langzamerhand in een viskeus gedrag. Dat zorgt voor langzame bodemdaling. Die eerste fase van bodemdaling met die hele snelle daling, dat heeft te maken met krimp en met consolidatie. Na die eerste maanden, dan neemt dat af, dan is die bodem weer sterk geworden, hij is gekrompen, en dan hebben we voornamelijk kruip en veenoxidatie voor die metastabiele daling die in Nederland makkelijk millimeters per jaar kan zijn.

00:08:48

Gilles Erkens: Ook in de tijd zijn die twee processen anders. Dan kunnen we nog een onderscheid maken in: een deel van die processen zijn omkeerbaar. Veenoxidatie is niet omkeerbaar. De enige manier om veenoxidatie omkeerbaar te maken is door weer veen te laten aangroeien, maar in de gedraineerde venen die wij in Nederland hebben gebeurt dat niet. Het kan wel in veengebieden gebeuren, maar niet in de gebieden waar we veel onderzoek doen, met name die gedraineerde gebieden. Dus dat is onomkeerbaar. Eigenlijk bijna het hele deel van de kruip is ook onomkeerbaar. Als het korrelskelet zich eenmaal viskeus heeft geheroriënteerd, dan is dat niet meer terug te krijgen. Die twee, die langetermijn dalingen zijn eigenlijk onomkeerbaar.

00:09:30

Gilles Erkens: Maar in die eerste fase, waar we het hebben over krimp en consolidatie, daar zit ook een omkeerbare versie in, namelijk de omkeerbare versie van krimp is zwel en de omkeerbare versie van de consolidatie is de elastische respons. Dat noemen we elastisch en inelastisch. Een deel van die consultatie is elastisch, dus dat betekent dat - wat elastiek ook doet - je één kant opgaat en weer de andere kant op, en een deel is inelastisch, dat is wel permanent. Dat is ook belangrijk om te begrijpen, want een deel daarvan win je dus weer als je weer een grondwaterstandsverhoging hebt, het zou bijvoorbeeld kunnen zijn in een natte zomer of als het peilbeheer verandert. Een deel zijn we dus permanent kwijt. We moeten ook die processen dus goed begrijpen om daar een onderscheid in te maken.

00:10:10

Gilles Erkens: Met name voor krimp en zwel is dat echt wel moeilijk, want krimp en zwel zijn meerdere cycli in een jaar. In drogere perioden met veel verdamping heb je heel veel krimp. Dan wordt het natter dan gaat de bodem weer zwellen, dus we winnen dan weer een deel van de verloren hoeveelheid terug. Dat zijn meerdere cycli. Soms winnen we niet alles terug, dus dan krijg je meerdere cycli die langzamerhand steeds dieper komen te liggen, maar er lijken ook periodes te zijn dat de bodem weer helemaal kan herstellen. Dat we eigenlijk een soort reset krijgen, en dat we weer een aantal cycli teruggaan in de tijd, en dat we dan weer krimp- en zwelcycli krijgen.

00:10:43

Gilles Erkens: Dat krimp- en zwelgedrag is met name heel sterk in kleien of in kleien die op veen liggen. Dat is één van de grootste onbekende waar we nu aan werken wat betreft processen. Dit is een proces waar we jarenlang weinig aandacht voor hebben gehad, maar waar we aan de andere kant nu zien dat er heel veel schade optreedt aan huizen die op dit soort gronden zijn gebouwd. Waar je door krimp- en zwelgedrag scheuren echt open ziet staan en weer dicht. Dan zie je dat krimpen en zwellen, en daar beweegt zo'n huis helemaal mee met die cycli. Dat is één van de belangrijkste onderzoeksonderwerpen op dit moment in het bodemdalingsgebied.

00:11:15

Gilles Erkens: Ook het elastische respons zorgt weer voor een stijging van de bodem. In het jaar heen zien we de bodem omhoog komen en naar beneden, dus deels met die krimp en zwel, maar het heeft ook te maken met de elastische respons in de consolidatiepoot van de bodemdaling. Die elastische respons, dat hebben we nu nieuw ontdekt binnen het NOBV. Dat is echt een ontdekking van de afgelopen tijd die zorgt voor enorme bewegingen. We zien soms het veenweidegebied in onze metingen ineens een centimeter in een week omhoog komen. Een heel perceel of een heel gebied wat ineens omhoog schiet, bijvoorbeeld in september.

00:11:46

Gilles Erkens: September is zo'n maand waarin het na een lange, droge periode, weinig regen, veel verdamping, ineens veel minder verdampt. De instraling wordt lager, het gewas sterft langzamerhand af of wordt minder effectief, en het begint te regenen. Dan zie je dat de bodem zich vult met water en dat komt heel snel omhoog. Dat gaat zo snel dat het eigenlijk, het zal deels krimp en zwel zijn, maar er moet ook iets anders aan de hand zijn, en dat is waarschijnlijk die elastische respons. Wat we nu in het NOBV hebben is een extensometer, waarbij we de *verzaagde* zonegedrag, dus het deel onder de grondwaterspiegel, kunnen loskoppelen van de zone boven de grondwaterspiegel. Als we dat kunnen, kunnen we natuurlijk die twee groepen van processen die we net beschreven, van elkaar scheiden. We zien ook dat het onderste deel, wat eigenlijk veel dieper ligt, heel snel reageert.

00:12:33

Gilles Erkens: Dus die hele snelle stijgingen van de bodem hebben waarschijnlijk te maken met elastische respons. Dat is weer heel handig om te weten, want daarmee kunnen we misschien ook voorspellingen gaan maken op basis van regenval, verdamping en grondwaterstandsdynamiek. We kunnen een voorspelling gaan maken voor de bodem, hoe die gaat bewegen. Juist dat soort momenten waar die bodem heel snel omhoog schiet, is voor andere type metingen, bijvoorbeeld radarsatellietmetingen, de moeilijkste periodes, want zo'n radarsatelliet komt eens in een paar dagen over en als die bodem heel snel beweegt - omhoog of naar beneden - kan die het soms niet meer volgen. Die beweging gaat dan zo snel dat het niet meer weet waar we zitten. Het zijn ook allemaal relatieve metingen qua hoogte, want die satelliet vliegt op 800 kilometer hoogte. Ineens kan hij het niet meer volgen.

00:13:16

Gilles Erkens: Maar als we een goede voorspelling kunnen maken van wat er aan de hand is, dan kunnen we de algoritmes die worden gebruikt bij het ontrafelen van die radarsatellietmetingen dwingen om die bodem wel te volgen. We zeggen dan a priori: "We zijn hier een centimeter omhoog gekomen, dus dat moet je volgen in die metingen." Dit zijn allemaal onderzoeksonderdelen waar we nu mee bezig zijn. Het is verder belangrijk om te weten wat de langetermijneffecten van die bodemdaling en die broeikasgasuitstoot zijn. We hebben net gezegd dat die lange termijn bodemdaling en broeikasgasuitstoot, als er niks verder verandert, geen peilverlagingen gebeuren of geen grote belastingen, dan heeft dat te maken met veenafbraak en met kruip.

00:13:54

Gilles Erkens: Dan willen we weten welk deel daarvan veenafbraak is, want dat heeft te maken met de broeikasgasuitstoot, en welk deel kruip is, waar in principe geen broeikasgas bij vrijkomt. Dat kunnen we onder andere bepalen door naar langere termijn beweging in Nederland te kijken. We weten dat we in de afgelopen 1.000 jaar ongeveer twee meter aan hoogte hebben verloren. Dat kunnen we berekenen door de hoogte van 1.000 jaar geleden - die hebben we gereconstrueerd op basis van allerlei bronnen - af te trekken van de huidige hoogte. Daarna houd je een volume over wat verdwenen is. Een deel van het volume is dus gekrompen en geconsolideerd, maar het grootste deel van het volume is door veenafbraak en door kruip verloren gegaan.

00:14:34

Gilles Erkens: Stel dat het allemaal kruip was geweest. Dan kunnen we voorspellen wat de dichtheid van de veenbodem zou moeten zijn in Nederland, want de veenbodem 1.000 jaar geleden was heel zacht en heel wollig losgegroeid veenmateriaal, het was toen nog vers veen. De veenbodem van nu is veel compacter. Dat komt door die samendrukkingen. Bij kruip krijg je die samendrukkingen, waardoor de dichtheid steeds groter wordt. Bij veenafbraak is dat niet zo. Daar verdwijnt langzamerhand dat materiaal en neemt de dichtheid niet toe. Als we alleen maar kruip hadden gehad in die 1.000 jaar, die voor die twee meter daling had moeten zorgen, betekent het dat die dichtheid van die bodem een bepaald getal had moeten zijn ten opzichte van de vers venen die we hebben gemeten.

00:15:22

Gilles Erkens: Als we dat beschouwen, dan zien we dat dat niet zo is. Die bodem is niet zo dicht in Nederland dat we 1.000 jaar aan kruip kunnen hebben gehad en consolidatie. Uiteindelijk kunnen we zeggen dat maar 30 procent van die totale daling te maken heeft met kruip, of tot 30 procent, dat kan ook best veel zijn. Dat heeft te maken met dat kruip en ook met de consolidatie in de allereerste fases. De rest, 70 procent, heeft te maken met veenafbraak, dus 70 procent van dat volume is omgezet in CO2. Dan kunnen we ineens een inschatting maken over wat we in de afgelopen 1.000 jaar aan CO2-uitstoot hebben gehad. Dat is drie gigaton aan uitstoot. Ook wel leuk om dan te realiseren dat dit ongeveer de helft is van wat we nog in de ondergrond hebben. We hebben de helft van het totaal van 1.000 jaar geleden uitgestoten en de andere helft ligt nu nog op ons te wachten. Dat zouden we in het meest extreme geval nog kunnen uitstoten, of een deel daarvan, maar dat proberen we nu te verminderen met dit onderzoeksprogramma.

00:16:15

Gilles Erkens: Zo krijgen we een langetermijnkader bij wat we nu aan doen zijn, maar we zijn nu ook in staat om die processen van elkaar te ontrafelen. Als we die kruip van de *bodem* signalen af kunnen halen, de omkeerbare krimp en het zwelcomponent en de omkeerbare elastische componenten, dan houden we alleen nog maar die veenoxidatiecomponent over. Dan kunnen we bodemdaling ook als proxy gebruiken voor de veenafbraak. We zouden dan met een bodemdaling meetnetwerk in principe kunnen inschatten wat de uitstoot is van broeikasgassen in Nederland.

00:16:47

Inge Diepman: Ademloos heb ik naar je zitten luisteren, en ik neem aan de luisteraar ook. Gilles Erkens, volgens mij kan jij nog wel uren doorgaan.

00:16:53

Gilles Erkens: Zeker.

00:16:54

Inge Diepman: Ik heb het gevoel dat we steeds meer exponentieel meer gaan weten. Klopt dat? We zitten natuurlijk veel dichter bij het moment dat die maatregelen echt definitief genomen moeten worden. Weten we steeds meer?

00:17:06

Gilles Erkens: Ja, dat is dat is zeker zo. Je ziet een versnelling in ons begrip nu ontstaan, dat we zoveel informatie binnenkrijgen, maar ook omdat we nu zoveel samenwerken. Daardoor word je steeds weer getriggerd door wat anderen zeggen en door de ideeën van anderen. Dat helpt ook heel erg. Eigenlijk is NOBV een soort praatgroep voor wetenschappers, dat we van elkaar kunnen leren. Wat ik ook heel leuk vind is dat we nu bovenop de bodemdaling zitten en de broeikasgasuitstoot. Nu zitten we het op de hielen, bij de lurven pakken we het nu. Dat is natuurlijk een veel comfortabeler gevoel dan dat we het ons maar laten overkomen.

00:17:37

Inge Diepman: Gilles, nogmaals hartelijk dank. Ik weet niet of jij het gehoord hebt, maar er kwam regelmatig een tractor voorbij, wat niet zo vreemd is, want we zitten hier in Zegveld, in het Veenweide Innovatiecentrum, en daar zijn ze heel erg hard aan het werk vandaag. Dat past ook wel bij het onderwerp. Ik wil de luisteraar nog een keer wijzen op al die andere mooie colleges in de serie 'de Verdieping' en natuurlijk ook op al die andere mooie afleveringen van de serie. Studio Veenweide, met die prachtige veld reportages. Voor nu, bedankt voor het luisteren. Graag tot een volgende keer.