Het Amazonewoud slaat ongeveer de helft van de wereldwijde koolstof in tropische bossen op en is verantwoordelijk voor ongeveer een kwart van de koolstofopname uit de atmosfeer door wereldwijde bossen per jaar. Als resultaat, grote verliezen aan bosbedekking in het Amazonegebied zouden de wereldwijde klimaatverandering kunnen verergeren.

Vroeger, onderzoekers hebben geconstateerd dat een groot deel van het Amazonewoud vatbaar is voor een kantelpunt. Het verklikkerteken zijn satellietgegevens die gebieden van savanne en regenwoud laten zien die naast elkaar bestaan ​​onder dezelfde omgevingsomstandigheden. Theorieën uit de niet-lineaire dynamiek zouden dan suggereren dat beide toestanden alternatieve stabiele uitkomsten zijn. Deze zogenaamde bistabiliteit betekent dat schokken zoals ontbossing of droogte kunnen leiden tot een dramatische toename van het aantal branden en een stuk regenwoud in savanne kunnen doen omslaan. Gebieden die deze overgang hebben meegemaakt, zouden dan opgesloten blijven in deze savannestaat totdat de hoeveelheid regenval groot genoeg is en de menselijke druk afneemt, waardoor bossen sneller teruggroeien dan dat ze verloren gaan door intermitterende branden.

Bert Wuyts, een vierdejaars PhD-student in het Bristol Centre for Complexity Sciences en hoofdauteur van het papier, zei:"Ik besloot de gegevens met een frisse blik te bekijken en er kwam een ​​heel ander beeld naar voren toen ik controleerde voor seizoensinvloeden en alle gegevenspunten verwijderde van satellietbeelden die locaties vertegenwoordigden die onderhevig waren aan menselijke invloed. Plotseling kreeg ik de eigenschap bistabiliteit bijna helemaal verdwenen."

Bert, die deze ontdekking deed in het eerste jaar van zijn promotie, vond het het meest raadselachtig, dus werkte hij samen met professor Alan Champneys, een theoreticus bij de afdeling Technische Wiskunde, en Dr Jo House, een expert op het gebied van landgebruiksverandering van de School of Geographical Sciences. De afgelopen twee jaar hebben ze deze bevindingen grondig onderzocht.

Alan Champneys, Hoogleraar Toegepaste Niet-lineaire Wiskunde, toegevoegd:"Toen ik voor het eerst instemde om Bert's PhD te co-supervisie, Ik was bang dat ik geen expertise had in de wiskunde die nodig is om de waargenomen effecten in de satellietgegevens te bestuderen. Gelukkig is Bert een uitstekend zelfstandige student en was Jo als veldexpert aanwezig.

"Ik realiseerde me echter niet dat de sleutel tot het begrijpen van Berts observaties dezelfde patroonvormingstheorie was die ik eerder uitgebreid heb gebruikt. Voor mij toont dit de kracht van interdisciplinaire samenwerking en ook de alomtegenwoordigheid van wiskunde en datawetenschap bij het verklaren van schijnbaar niet-gerelateerde fenomenen."

Eerder onderzoek lijkt geen rekening te hebben gehouden met ruimtelijke interactie en randeffecten tussen aangrenzende zones, meestal door natuurlijk voorkomende bosbranden. Rekening houden met dergelijke termen leidt tot reactie-diffusietheorie, veel gebruikt bij het voorspellen van de vorming van ruimtelijke patronen in de natuurkunde en scheikunde. Volgens de theorie, er moet een duidelijke grens zijn tussen bos en savanne, voorspelbaar vanuit klimaat en bodem.

De sleutel was om te erkennen dat de nabijheid van menselijke cultivaties een derde bepalende factor is. Bossen die dichter bij menselijke teelten liggen, zijn onderhevig aan houtkap en erosie door branden die afkomstig zijn uit de open gecultiveerde gebieden. Dit veroorzaakt een verschuiving van de bos-savanne grens naar nattere gebieden.

Het goede nieuws is dat zolang er nog wat bos over is, ontbossing zal de momenteel beboste gebieden niet opsluiten in een savannestaat. Dit betekent dat het bos in ontboste gebieden moet worden hersteld zodra deze gebieden zijn bevrijd van menselijke druk. Hoe dan ook, bestaat er een tweede mechanisme dat zou kunnen leiden tot bistabiliteit van de bosbedekking in het Amazonegebied, waarmee in dit onderzoek geen rekening is gehouden.

Eerder onderzoek heeft via simulaties aangetoond dat het Amazonewoud een positief effect kan hebben op regionale regenval. Door dit mechanisme, bosverlies kan leiden tot verminderde regenval, wat verder bosverlies kan veroorzaken. Of klimaatverandering of ontbossing het Amazonewoud nog permanent tot savanne kan maken, hangt af van het belang van dit tweede mechanisme en is onderwerp van verder onderzoek.