En teori om fysik forklarer fragmenteringen af ​​tropiske skove

Tropiske skove rundt om i verden spiller en nøglerolle i det globale kulstofkredsløb og rummer mere end halvdelen af ​​arterne på verdensplan. Imidlertid, stigninger i arealanvendelsen i de seneste årtier forårsagede hidtil usete tab af tropisk skov. Forskere ved Helmholtz Center for Miljøforskning (UFZ) har tilpasset en metode fra fysik til at beskrive fragmenteringen af ​​tropiske skove matematisk. I det videnskabelige tidsskrift Natur , de forklarer, hvordan dette giver dem mulighed for at modellere og forstå fragmenteringen af ​​skove på globalt plan. De fandt ud af, at skovfragmentering på alle tre kontinenter er tæt på et kritisk punkt, ud over hvilket fragmentet vil stige kraftigt. Dette vil have alvorlige konsekvenser for biodiversiteten og kulstoflagringen.

For at analysere globale mønstre for skovfragmentering, en UFZ-forskningsgruppe ledet af prof. Andreas Huth brugte fjernmålingsdata, der kvantificerede skovdække i troperne i en ekstrem høj opløsning på 30 meter, resulterer i mere end 130 millioner skovfragmenter. Til deres overraskelse, de fandt ud af, at fragmentstørrelserne på alle tre kontinenter har lignende frekvensfordelinger. For eksempel, antallet af skovfragmenter mindre end 10, 000 hektar er ens i alle tre regioner - 11,2 procent i Central- og Sydamerika, 9,9 procent i Afrika og 9,2 procent i Sydøstasien. "Det er overraskende, fordi arealanvendelsen er mærkbar forskellig fra kontinent til kontinent, " siger Dr. Franziska Taubert, matematiker i Huths team og første forfatter af undersøgelsen. For eksempel, meget store skovområder omdannes til landbrugsjord i Amazonas-regionen. Derimod i skovene i Sydøstasien, økonomisk attraktive træarter tages ofte fra skoven.

Når man søger efter forklaringer på de identiske fragmenteringsmønstre, UFZ-modellerne fandt deres svar i fysik. "Fragmentstørrelsesfordelingen følger en magtlov med næsten identiske eksponenter på alle tre kontinenter, " siger biofysiker Andreas Huth. Sådanne magtlove kendes fra andre naturfænomener som skovbrande, jordskred og jordskælv. Gennembruddet af deres undersøgelse er evnen til at udlede de observerede magtlove fra perkolationsteori. "Denne teori siger, at i en vis fase af skovrydning udviser skovlandskabet fraktal, selvlignende strukturer, dvs. strukturer, der kan findes igen og igen på forskellige niveauer, "forklarer Huth." I fysik, dette kaldes også det kritiske punkt eller faseovergang, som for eksempel også forekommer under overgangen af ​​vand fra en væske til en gasformig tilstand, " tilføjede medforfatter Dr. Thorsten Wiegand fra UFZ. Et særligt fascinerende aspekt af perkolationsteorien er, at denne universelle størrelsesfordeling er, på det kritiske punkt, uafhængig af de småskalamekanismer, der førte til fragmentering. Dette forklarer, hvorfor alle tre kontinenter viser lignende fragmenteringsmønstre i stor skala.

UFZ-teamet sammenlignede fjernmålingsdata fra de tre aktuelle regioner med adskillige forudsigelser om perkolationsteori. Til støtte for deres hypotese fandt de overensstemmelse ikke kun for fragmentstørrelsesfordelingen, men også for to andre vigtige indikatorer - fraktaldimensionen og længdefordelingen af ​​fragmentkanter. "Denne fysiske teori giver os mulighed for at beskrive afskovningsprocesser i troperne, " konkluderer Dr. Rico Fischer, medforfatter til undersøgelsen. Denne tilgang kan også bruges til at forudsige, hvordan fragmentering af tropiske skove vil udvikle sig i løbet af de næste årtier. "Især tæt på det kritiske punkt, dramatiske virkninger kan forventes, selv i tilfælde af relativt mindre skovrydning, " tilføjer Taubert.

Ved at bruge scenarier, der antager forskellige rydnings- og genplantningshastigheder, forskerne modellerede, hvor mange skovfragmenter der kan forventes i 2050. F.eks. hvis skovrydningen fortsætter i de central- og sydamerikanske troper med den nuværende hastighed, antallet af fragmenter vil stige 33 gange, og deres gennemsnitlige størrelse vil falde fra 17 ha til 0,25 ha. Fragmenteringstendensen kan kun stoppes ved at bremse skovrydningen og genbeplante flere områder end skovrydning, i øjeblikket en usandsynlig mulighed. Fremtidige satellitmissioner, såsom Tandem-L, er af stor betydning for rettidig og pålidelig opdagelse af disse tendenser.

Avanceret fragmentering af tropiske skove vil have alvorlige konsekvenser for biodiversiteten og kulstoflagring. Biodiversiteten lider, fordi talrige sjældne dyrearter er afhængige af store skovområder. For eksempel, Jaguaren har brug for omkring 10, 000 hektar sammenhængende skov for at overleve.

Den stigende fragmentering af skovene har også en negativ indvirkning på klimaet. Et UFZ-hold ledet af Andreas Huth tidligere beskrevet i Naturkommunikation at fragmentering af engang forbundne tropiske skovområder kunne øge kulstofemissionerne på verdensplan med endnu en tredjedel, da mange træer dør og mindre kuldioxid lagres i kanten af ​​skovfragmenter.