Tropische bossen over de hele wereld spelen een sleutelrol in de wereldwijde koolstofcyclus en herbergen meer dan de helft van de soorten wereldwijd. Echter, toename van landgebruik in de afgelopen decennia veroorzaakte ongekende verliezen van tropisch bos. Wetenschappers van het Helmholtz Centrum voor Milieuonderzoek (UFZ) hebben een methode uit de natuurkunde aangepast om de versnippering van tropische bossen wiskundig te beschrijven. In het wetenschappelijke tijdschrift Natuur , ze leggen uit hoe ze hierdoor de fragmentatie van bossen op wereldschaal kunnen modelleren en begrijpen. Ze ontdekten dat de fragmentatie van bossen op alle drie de continenten dicht bij een kritiek punt ligt waarboven het aantal fragmenten sterk zal toenemen. Dit heeft grote gevolgen voor de biodiversiteit en de koolstofopslag.

Om globale patronen van bosfragmentatie te analyseren, een UFZ-onderzoeksgroep onder leiding van prof. Andreas Huth gebruikte teledetectiegegevens om de bosbedekking in de tropen te kwantificeren in een extreem hoge resolutie van 30 meter, resulterend in meer dan 130 miljoen bosfragmenten. Tot hun verbazing, ze ontdekten dat de fragmentgroottes op alle drie de continenten vergelijkbare frequentieverdelingen hebben. Bijvoorbeeld, het aantal bosfragmenten kleiner dan 10, 000 hectare is vergelijkbaar in alle drie de regio's - 11,2 procent in Midden- en Zuid-Amerika, 9,9 procent in Afrika en 9,2 procent in Zuidoost-Azië. "Dit is verrassend, omdat het landgebruik merkbaar verschilt van continent tot continent, " zegt Dr. Franziska Taubert, wiskundige in het team van Huth en eerste auteur van de studie. Bijvoorbeeld, in het Amazonegebied worden zeer grote bosgebieden omgevormd tot landbouwgrond. Daarentegen, in de bossen van Zuidoost-Azië, economisch aantrekkelijke boomsoorten worden vaak uit het bos gehaald.

Bij het zoeken naar verklaringen voor de identieke fragmentatiepatronen, de UFZ-modelbouwers vonden hun antwoord in de natuurkunde. "De verdeling van de fragmentgrootte volgt een machtswet met bijna identieke exponenten op alle drie de continenten, " zegt biofysicus Andreas Huth. Dergelijke machtswetten zijn bekend van andere natuurverschijnselen zoals bosbranden, aardverschuivingen en aardbevingen. De doorbraak van hun onderzoek is het vermogen om de waargenomen machtswetten af ​​te leiden uit de percolatietheorie. "Deze theorie stelt dat in een bepaalde fase van ontbossing het boslandschap fractal, op zichzelf lijkende structuren, d.w.z. structuren die steeds weer op verschillende niveaus terug te vinden zijn, " legt Huth uit. "In de natuurkunde, dit wordt ook wel het kritieke punt of faseovergang genoemd, die bijvoorbeeld ook optreedt bij de overgang van water van vloeibare naar gasvormige toestand, " voegde co-auteur Dr. Thorsten Wiegand van UFZ toe. Een bijzonder fascinerend aspect van de percolatietheorie is dat deze universele grootteverdeling, op het kritieke punt, onafhankelijk van de kleinschalige mechanismen die tot fragmentatie hebben geleid. Dit verklaart waarom alle drie de continenten vergelijkbare grootschalige fragmentatiepatronen vertonen.

Het UFZ-team vergeleek de teledetectiegegevens van de drie actuele regio's met verschillende voorspellingen van de percolatietheorie. Ter ondersteuning van hun hypothese vonden ze niet alleen overeenstemming voor de verdeling van de fragmentgrootte, maar ook voor twee andere belangrijke indicatoren:de fractale dimensie en de lengteverdeling van fragmentranden. "Deze natuurkundige theorie stelt ons in staat ontbossingsprocessen in de tropen te beschrijven, " concludeert Dr. Rico Fischer, co-auteur van de studie. Deze benadering kan ook worden gebruikt om te voorspellen hoe de versnippering van tropische bossen de komende decennia zal toenemen. "Vooral in de buurt van het kritieke punt, zelfs bij relatief geringe ontbossing zijn dramatische effecten te verwachten, ’ voegt Taubert eraan toe.

Door gebruik te maken van scenario's die uitgaan van verschillende ontginnings- en herbebossingspercentages, de wetenschappers hebben gemodelleerd hoeveel bosfragmenten er tegen 2050 kunnen worden verwacht. als de ontbossing in de Midden- en Zuid-Amerikaanse tropen in het huidige tempo doorgaat, het aantal fragmenten zal 33-voudig toenemen, en hun gemiddelde grootte zal afnemen van 17 ha tot 0,25 ha. De fragmentatietrend kan alleen worden gestopt door de ontbossing te vertragen en meer gebieden te herbebossen dan ontbossing, momenteel een onwaarschijnlijke optie. Toekomstige satellietmissies, zoals Tandem-L, zijn van groot belang voor het tijdig en betrouwbaar detecteren van deze trends.

Vergevorderde versnippering van tropische bossen zal ernstige gevolgen hebben voor de biodiversiteit en de koolstofopslag. De biodiversiteit lijdt omdat tal van zeldzame diersoorten afhankelijk zijn van grote bosgebieden. Bijvoorbeeld, de jaguar heeft ongeveer 10 nodig, 000 hectare aaneengesloten bos om te overleven.

De toenemende versnippering van bossen heeft ook een negatief effect op het klimaat. Een UFZ-team onder leiding van Andreas Huth, eerder beschreven in Natuurcommunicatie dat versnippering van tropische bosgebieden die ooit met elkaar verbonden waren, de CO2-uitstoot wereldwijd met nog een derde zou kunnen verhogen, omdat veel bomen afsterven en er minder koolstofdioxide wordt opgeslagen in de rand van bosfragmenten.