For at forhindre sammenbrud af tropiske skove, beskytte deres form:studere

Tropiske skove er blevet kaldt planetens lunger. De opsuger enorme mængder kuldioxid, har verdens største mangfoldighed af planter og dyr, og beskæftiger millioner af mennesker. Og disse varme økosystemer - ofte et kludetæppe af træer og græsarealer - bliver dybt ændret af skovhugst og andre ændringer i arealanvendelsen.

Nu, et hold videnskabsmænd har gjort en grundlæggende opdagelse om, hvordan brande i udkanten af ​​disse skove styrer deres form og stabilitet. Deres undersøgelse antyder, at når pletter af tropisk skov mister deres naturlige form, kan det bidrage til den pludselige, endda katastrofalt, transformation af dette land fra træer til græs.

Den nye viden kan hjælpe med at beskytte tropiske skove - og give landforvaltere mulighed for at bygge nye værktøjer til at forudsige stabiliteten af ​​både individuelle skovområder og større skove i regional skala.

Undersøgelsen blev offentliggjort 26. marts i tidsskriftet Økologibreve .

skovens lov

Brug af højopløselige satellitdata fra beskyttede skove i savanneregionen i det brasilianske Cerrado, forskerne fandt ud af, at formen på disse naturlige skove følger et forudsigeligt matematisk forhold mellem en skovs omkreds og dens område – uanset dens klimaregion eller dens størrelse. De kalder dette en "3/4 magtlov", og det betyder groft sagt, at skovene alle tenderer mod former, der hverken er tynde som en streg, heller ikke rund og glat som en cirkel. "Hvis en skov let kunne vokse i alle retninger, vi ville forvente en cirkel, siger Laurent Hébert-Dufresne, en datalog ved University of Vermont, som er hovedforfatter på det nye studie, "men det, vi faktisk ser, er mere dendritisk, lidt som en blæksprutte eller deformeret cirkel."

Holdet på seks videnskabsmænd - som omfattede modelbyggere, økologer og fysikere fra UVM, Santa Fe Institute, Stanford, Boston University, Princeton, og University of Washington – vis, at 3/4-loven gælder for små skovfragmenter, der ikke er meget større end en basketballbane op til store skovområder, der dækker snesevis af kvadratkilometer.

Forskerne kombinerede deres forståelse af virkelige data med resultaterne af en ny computermodel for at forklare, hvorfor dette sker:brande, der let brænder i græsarealerne omkring skovene - og synger skovenes våde kanter - er i konstant kamp med skovenes vidtstrakte vækst ud i græsarealer. Dette samspil i kanten mellem græs og skov, opdagede forskerne, skaber skovpletter, der konvergerer i en steady-state form.

Resultaterne af videnskabsmændenes model matchede de observerede resultater fra rigtige skove i Brasilien. Og et eksperiment, som forskerne kørte på deres model, viser, at skovpletternes skæbne over tid - uanset om de udvider sig eller trækker sig sammen - er bestemt af deres oprindelige form. Dem med kompakte former i alle størrelser, over tid, konvergere på det mere blækspruttelignende 3/4-power-skaleringsforhold, mens dem med tynde former og større perimeter-til-areal-forhold kollapsede, forsvinder i græsarealer eller fragmenteres i meget små pletter.

Hvilket betyder, at dette forhold mellem en skovs omkreds og dens område kan hjælpe med at forudsige stabiliteten af ​​individuelle skovområder. Forskerne er optimistiske om, at undersøgelsen kan føre til praktiske værktøjer, der viser, hvor langt en forvaltet skovplet afviger fra denne naturlige geometri, vil hjælpe med at bestemme dens stabilitet over tid.

Statsændring

Og den nye forskning præsenterer indsigt i et større, regional skala ind i den mulige skæbne for Brasiliens skove. "At træde tilbage og overveje makroskalaen - ikke at se på formen af ​​hver patch, men, i stedet, ved tilstanden af ​​hele systemet - modellen antyder, at kollapset fra skov til græsland kan være dramatisk, siger Andrew Berdahl, en forsker ved Santa Fe Institute og seniorforfatter på undersøgelsen. "Disse lokale, småskalaeffekter - perimetervækst og kantafbrænding - kan føre til en kritisk overgang på tværs af en hel skovregion mellem en skovdomineret stat og en græsdomineret stat." Og når store skovområder skifter til græs, kan det blive svært at genvinde skovene. "Det er som at træde ud af en klippe, " siger Berdahl. "Man kan ikke bare træde tilbage."

Økologer har historisk set på elementerne i en skov for at forstå dens tilstand - ofte med fokus på dens planter og dyr - men der har været lidt udforskning af skovenes geometri, og hvordan dette kan have betydning. Den nye undersøgelse viser en stærk rolle for ild, der driver formen af ​​Brasiliens tropiske skove, "og vi vil nu gerne se, om dette mønster gælder i andre dele af verden, " siger UVM's Hébert-Dufresne, en adjunkt på Institut for Datalogi og en del af UVMs Complex Systems Center. "Sig at vi i Afrika oplever, at elefanter, der skubber hen over træer, ændrer ligningen, eller tørhed i Australien - det ville være meget interessant." Og han vil gerne udvide forskningen for at se, om forholdet observeret i den nye model - afledt af vilde skove - gælder i tømmerskove og andre forvaltede skove i Brasilien.

"Vores grundlæggende pointe er dog, at en skovs form er meget vigtig, " han siger, "og at dens form er direkte relateret til dens stabilitet."