El bosque amazónico almacena alrededor de la mitad del carbono del bosque tropical mundial y representa alrededor de un cuarto de absorción de carbono de la atmósfera por los bosques globales cada año. Como resultado, las grandes pérdidas de la cubierta forestal amazónica podrían empeorar el cambio climático mundial.
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En el pasado, los investigadores han encontrado que una gran parte del bosque amazónico es susceptible a un punto de inflexión. La señal de Tell-Tale son datos satelitales que muestran áreas de sabana y bosque lluvioso coexistiendo bajo las mismas condiciones ambientales. Las teorías de la dinámica no lineal sugieren entonces que ambos estados son resultados estables alternativos. Esta denominada biestabilidad significa que los shocks, como la separación de los bosques o la sequía, podrían provocar un aumento dramático de la ocurrencia de incendios y volcar una zona de bosque lluvioso a Sabana. Las áreas que han experimentado esta transición seguirían estando encerradas en este estado de Sabana hasta que los grandes aumentos de lluvia y liberación de presiones humanas permitan que los bosques crezcan más rápido de lo que se pierden por los incendios intermitentes.
Bert Wuyts, un estudiante de cuarto año de doctorado en el centro de Ciencias de la complejidad de Bristol y autor principal en el papel, dijo: "decidí echar una mirada fresca a los datos y surgió una imagen muy diferente cuando controlé la estacionalidad y saqué todos los puntos de datos de imágenes satelitales que representaban lugares que habían sido sometidos a la influencia humana." De repente, la propiedad de la biestabilidad desapareció casi por completo.
Bert, que hizo este descubrimiento en el primer año de su doctorado, pensó que parecía más desconcertante, por lo que se asoció con el profesor Alan Champneys, un teórico en el Departamento de ingenierías matemáticas, y el Dr. Jo House, un experto en el cambio de uso de la tierra de la escuela de ciencias geográficas. Durante los últimos dos años han estado examinando estos hallazgos rigurosamente.
Alan Champneys, profesor de matemáticas no lineales aplicadas, agregó: "cuando acepté por primera vez supervisar el doctorado de Bert, me preocupaba que no tuviera experiencia en las matemáticas necesarias para estudiar los efectos observados en los datos satelitales." Afortunadamente Bert es un estudiante excelente independiente y Jo estaba a la mano como un experto en campo.
"Poco a poco me di cuenta de que la clave para entender las observaciones de Bert era la misma teoría de la formación de patrones que he usado extensivamente antes." "Para mí esto demuestra el poder de la colaboración interdisciplinaria y también la ubicuidad de las matemáticas y la ciencia de los datos para explicar fenómenos aparentemente no relacionados".
La investigación anterior parece haber fallado en tener en cuenta la interacción espacial y los efectos de borde entre las zonas vecinas, típicamente a través de incendios forestales naturales. Tomar en cuenta tales términos conduce a la teoría de la difusión de la reacción, usada extensamente en predecir la formación de patrones espaciales dentro de la física y de la química. Según la teoría, debe haber un límite distinto entre el bosque y la sabana previsibles del clima y los suelos.
La clave era reconocer que la proximidad a los cultivos humanos actúa como un tercer factor determinante.
Los bosques más cercanos a los cultivos humanos están sujetos a tala y erosión por incendios originados en las áreas abiertas cultivadas. Esto causa un cambio en el límite de la sabana forestal hacia zonas más húmedas.
La buena noticia es que mientras haya un poco de bosque, la deforestación no bloqueará áreas actualmente forestadas en un estado de sabana. Esto significa que la recuperación del bosque en áreas deforestadas debe ocurrir tan pronto como estas áreas sean liberadas de presiones humanas. Sin embargo, existe un segundo mecanismo que podría conducir a la biestabilidad de la cubierta forestal amazónica, que no se tuvo en cuenta en esta investigación.
Investigaciones anteriores han demostrado a través de simulaciones que el bosque amazónico puede tener un efecto positivo sobre las precipitaciones regionales. A través de este mecanismo, la pérdida de bosque puede llevar a una disminución de las lluvias causando mayor pérdida forestal. Si el cambio climático o la deforestación todavía pueden transformar permanentemente el bosque amazónico en una sabana depende de la importancia de este segundo mecanismo y está sujeto a nuevas investigaciones.