Regelmatig horen we waarschuwingen dat klimaatverandering kan leiden tot 'tipping points':onomkeerbare situaties waarin savanne snel kan veranderen in woestijn, of de warme golfstroom kan gewoon stoppen met stromen. Deze waarschuwingen verwijzen vaak naar ruimtelijke patronen als vroege waarschuwingssignalen van kantelpunten. Een internationaal team van ecologen en wiskundigen heeft deze patronen bestudeerd en is tot een verrassende conclusie gekomen. "Ja, we moeten er alles aan doen om de klimaatverandering te stoppen, " zeiden de auteurs in volledige overeenstemming met het recente IPCC-rapport. "Maar de aarde is veel veerkrachtiger dan eerder werd gedacht. Het concept van kantelpunten is te simpel." De wetenschappers hebben onlangs hun werk gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .

Het artikel bouwt voort op jarenlange samenwerking tussen verschillende onderzoeksinstituten in binnen- en buitenland, vooral tussen de Universiteit Utrecht en de Universiteit Leiden. De onderzoekers benaderden het idee van een kantelpunt binnen een ruimtelijke context. "De vorming van ruimtelijke patronen in ecosystemen, zoals de spontane vorming van complexe vegetatiepatronen, wordt vaak uitgelegd als een vroegtijdig waarschuwingssignaal voor een kritieke transitie, " legt hoofdauteur Max Rietkerk uit, ecoloog verbonden aan de Universiteit Utrecht. "Maar deze patronen lijken ecosystemen in staat te stellen dergelijke kantelpunten te omzeilen." Deze bevindingen zijn gebaseerd op wiskundige analyses van ruimtelijke modellen en nieuwe waarnemingen van echte ecosystemen.

Alan Turing

Spontaan opkomende patronen in de natuur worden vaak "turingpatronen, " genoemd naar de beroemde Britse wiskundige Alan Turing. In 1952, hij beschreef hoe patronen in de natuur, zoals de strepen op de vacht van dieren, kunnen ontwikkelen vanuit een homogene uitgangspositie. "In de ecologische wetenschap, de Turing-patronen worden vaak uitgelegd als vroege waarschuwingssignalen, omdat ze duiden op verstoring", verduidelijkt de Leidse wiskundige en co-auteur Arjen Doelman. "Het mechanisme van patroonvorming van Turing is nog steeds onomstreden. Maar het feit dat zich ergens een patroon vormt, betekent niet noodzakelijk dat een evenwicht voorbij een omslagpunt wordt verstoord." Als voorbeeld van een dergelijke situatie, Rietkerk verwijst naar de overgang van savanne naar woestijn. "Daar zie je allerlei complexe ruimtelijke vormen. Het is een ruimtelijke reorganisatie, maar niet per se een omslagpunt. Integendeel:die Draaipatronen zijn juist een teken van veerkracht."

Omslagpunten ontwijken

De onderzoekers ontdekten een interessant nieuw fenomeen in de ecologie:multistabiliteit. Het impliceert dat onder dezelfde omstandigheden veel verschillende ruimtelijke patronen tegelijk kunnen voorkomen. Rietkerk zegt dat "elk van deze patronen stabiel kan blijven onder een breed scala aan omstandigheden en klimaatverandering. Bovendien ontdekten we dat elk complex systeem dat groot genoeg is om ruimtelijke patronen te genereren, ook kantelpunten kan omzeilen." De vraag is nu:welke systemen zijn gevoelig voor fooien, en welke niet? "Dat betekent dat we terug moeten naar de tekentafel om de exacte rol van kantelpunten te begrijpen, ', zegt Rietkerk. 'Alleen dan kunnen we bepalen welke omstandigheden en ruimtelijke patronen leiden tot kantelpunten, en welke niet."

Dit werk draagt ​​bij aan het TiPES-project, een EU Horizon 2020 interdisciplinair klimaatwetenschappelijk project tussen 18 partnerinstellingen in 10 Europese landen over kantelpunten in het aardsysteem.