Matematik som våben mod ørkenspredning

Ph.D. studerende Robbin Bastiaansen anvender matematik for at få indsigt i praktiske problemer. Ved at sammenligne matematiske modeller med udviklingen i eksisterende økosystemer, han håber at afmystificere processen med ørkendannelse. Hans forskning er blevet offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), en sjælden præstation for en matematiker.

Under ørkendannelse, et ørkenområde udvider sig, eller der skabes en ny ørken. Mellemprodukter af denne proces er 'næsten ørkener, " med vegetationsmønstre, hvor vegetation og bare pletter veksler (se bannerbillede). Til sin forskning studerede Bastiaansen disse mønstres egenskaber. Ved at gå sammen med matematikere og økologer, han så på den typiske adfærd af modeller og konsekvenserne af dette på virkelige økosystemer. Nye tilgængelige datasæt fra satellitter giver værdifuld information, for eksempel om biomassen af ​​disse mønstre. Dette gjorde det muligt for Bastiaansen og medforfattere at foretage en grundig sammenligning mellem modelforudsigelser og virkelighed.

Uigenkaldelig

Et af de vigtigste fund er den 'multi-stabilitet', som områderne viser. "I de nærliggende ørkenområder, ikke ét specifikt mønster er fremherskende, men en hel række af mønstre er mulige, " forklarer Bastiaansen. "Det betyder, at disse områder er meget mere robuste og modstandsdygtige end hidtil kendt og vil derfor mindre hurtigt end forventet kollapse til en blottet, gold ørken." Dette er særligt vigtigt, fordi et sådant sammenbrud er praktisk talt irreversibelt:et fuldstændigt visnet område vil være meget svært at få tilgroet igen - selvom det ikke forstyrres yderligere og/eller klimaforholdene forbedres igen.

Bastiaansen finder det en udfordring at bruge matematik til at tackle sociale problemer. Ørkendannelse er en af ​​disse:"Der er mange områder på jorden, der er truet af ørkendannelse. I disse områder er der også mange mennesker, der er afhængige af kvæg og afgrøder for deres fødeforsyning, og dette kræver frugtbar jord. Forebyggelsen af ​​en sådan irreversibel 'ørkendannelse' er derfor meget vigtig for befolkningen."

Det unikke samarbejde mellem matematikere og økologer har været afgørende for forskningen. "Det var kun gennem dette samarbejde, at det var muligt at inkludere modellernes generelle adfærd på den ene side og omsætte adfærden til målbar økologi på den anden side, " siger Bastiaansen. Men, dette samarbejde indebar også udfordringer:koncepter fra den ene disciplin var ikke altid kendt i den anden, eller nogle gange har en lidt anden betydning. "Det kræver en del konsultation, koordination og tålmodighed, " Bastiaansen ved det nu.

Selvom forskerne har gjort deres bedste for at muliggøre målbare sammenligninger, mange ting var endnu ikke gennemførlige på grund af manglende data. "Ørkendannelsesprocessen, for eksempel, er relativt langsom. Vi ville gerne have set på forløbet af denne proces, men der er stadig for få data til rådighed til dette:detaljerede satellitbilleder går kun fyrre år tilbage i tiden." Standardmodellerne har også nogle mangler. Udfordringen er derfor at forbedre disse, at få dem til at svare bedre til virkeligheden. "I øvrigt, mere viden om de nøjagtige trin i ørkendannelsesprocessen er nødvendig, for i sidste ende at forhindre spredning af ørkener over hele verden."