doctoraat student Robbin Bastiaansen past wiskunde toe om inzicht te krijgen in praktische problemen. Door wiskundige modellen te vergelijken met ontwikkelingen in bestaande ecosystemen, hij hoopt het proces van woestijnvorming te demystificeren. Zijn onderzoek is gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ), een zeldzame prestatie voor een wiskundige.

Tijdens woestijnvorming, een woestijngebied breidt zich uit of er ontstaat een nieuwe woestijn. Tussenproducten van dit proces zijn 'bijna woestijnen, " met vegetatiepatronen waar vegetatie en kale plekken elkaar afwisselen (zie bannerafbeelding). Voor zijn onderzoek bestudeerde Bastiaansen de eigenschappen van deze patronen. Door de krachten te bundelen met wiskundigen en ecologen, hij keek naar het typische gedrag van modellen en de implicaties hiervan voor echte ecosystemen. Nieuwe beschikbare datasets van satellieten bieden waardevolle informatie, bijvoorbeeld over de biomassa van deze patronen. Hierdoor konden Bastiaansen en co-auteurs een grondige vergelijking maken tussen modelvoorspellingen en de werkelijkheid.

Onomkeerbaar

Een van de belangrijkste bevindingen is de 'multistabiliteit' die de gebieden laten zien. "In de bijna-woestijngebieden, niet één specifiek patroon overheerst, maar een hele reeks patronen is mogelijk, Bastiaansen legt uit. "Dit betekent dat deze gebieden veel robuuster en veerkrachtiger zijn dan voorheen bekend en daardoor minder snel dan verwacht instorten tot een kale, dorre woestijn." Dit is vooral belangrijk omdat zo'n ineenstorting vrijwel onomkeerbaar is:een volledig verdord gebied zal zeer moeilijk weer overwoekerd worden - zelfs als het niet verder wordt verstoord en/of de klimatologische omstandigheden weer verbeteren.

Bastiaansen vindt het een uitdaging om met wiskunde maatschappelijke problemen aan te pakken. Woestijnvorming is er een van:"Er zijn veel gebieden op aarde die worden bedreigd door woestijnvorming. In deze gebieden zijn ook veel mensen die voor hun voedselvoorziening afhankelijk zijn van vee en gewassen, en daarvoor is vruchtbare grond nodig. Het voorkomen van zo'n onomkeerbare 'woestijnvorming' is dan ook erg belangrijk voor de bevolking."

De unieke samenwerking tussen wiskundigen en ecologen is essentieel geweest voor het onderzoek. “Alleen door deze samenwerking was het mogelijk om enerzijds het algemene gedrag van modellen mee te nemen en anderzijds het gedrag te vertalen naar meetbare ecologie, ", zegt Bastiaansen. Echter, deze samenwerking bracht ook uitdagingen met zich mee:concepten uit de ene discipline waren niet altijd bekend in de andere, of soms een iets andere betekenis hebben. “Dat vraagt ​​veel overleg, coördinatie en geduld, Bastiaansen weet het nu.

Hoewel de onderzoekers hun best hebben gedaan om meetbare vergelijkingen mogelijk te maken, veel dingen waren nog niet haalbaar door gebrek aan data. "Het woestijnvormingsproces, bijvoorbeeld, is relatief traag. We hadden graag naar het verloop van dit proces gekeken, maar daarvoor zijn nog te weinig gegevens beschikbaar:gedetailleerde satellietfoto's gaan pas veertig jaar terug in de tijd." De standaardmodellen hebben ook enkele tekortkomingen. De uitdaging is dan ook om deze te verbeteren, zodat ze beter overeenkomen met de werkelijkheid. "Bovendien, er is meer kennis nodig over de exacte stappen van het woestijnvormingsproces, om uiteindelijk de verspreiding van woestijnen wereldwijd te voorkomen."