La foresta amazzonica immagazzina circa la metà del carbonio globale della foresta tropicale e rappresenta circa un quarto dell'assorbimento di carbonio dall'atmosfera da parte delle foreste globali ogni anno. Di conseguenza, grandi perdite di copertura forestale amazzonica potrebbero peggiorare il cambiamento climatico globale.

Nel passato, i ricercatori hanno scoperto che gran parte della foresta amazzonica è suscettibile di un punto di non ritorno. Il segno rivelatore sono i dati satellitari che mostrano aree di savana e foresta pluviale che coesistono nelle stesse condizioni ambientali. Le teorie della dinamica non lineare suggerirebbero quindi che entrambi gli stati sono risultati stabili alternativi. Questa cosiddetta bistabilità significa che shock come il disboscamento o la siccità potrebbero portare a un drammatico aumento degli incendi e far precipitare un'area della foresta pluviale nella savana. Le aree che hanno sperimentato questa transizione rimarrebbero quindi bloccate in questo stato di savana fino a quando aumenti abbastanza grandi delle precipitazioni e il rilascio delle pressioni umane consentiranno alle foreste di ricrescere più velocemente di quanto non vengano perse da incendi intermittenti.

Bert Wuyts, uno studente di dottorato del quarto anno presso il Bristol Centre for Complexity Sciences e autore principale dell'articolo, ha dichiarato:"Ho deciso di dare una nuova occhiata ai dati ed è emersa un'immagine molto diversa quando ho controllato la stagionalità e ho eliminato tutti i punti dati dalle immagini satellitari che rappresentavano luoghi che erano stati soggetti all'influenza umana. Improvvisamente la proprietà della bistabilità scomparve quasi del tutto».

Berto, che fece questa scoperta nel primo anno di dottorato, pensato che sembrava più sconcertante, così ha collaborato con il professor Alan Champneys, un teorico del Dipartimento di Ingegneria Matematica, e il dottor Jo House, un esperto di cambiamento d'uso del suolo della Scuola di Scienze Geografiche. Negli ultimi due anni hanno esaminato rigorosamente questi risultati.

Alan Champney, Professore di Matematica applicata non lineare, ha aggiunto:"Quando ho accettato per la prima volta di co-supervisionare il dottorato di ricerca di Bert, Ero preoccupato di non avere esperienza nella matematica necessaria per studiare gli effetti osservati nei dati satellitari. Fortunatamente Bert è uno studente straordinariamente indipendente e Jo era a disposizione come esperta sul campo.

"Non mi rendevo conto però che la chiave per comprendere le osservazioni di Bert era la stessa teoria della formazione dei modelli che ho usato ampiamente in precedenza. Per me questo mostra il potere della collaborazione interdisciplinare e anche l'ubiquità della matematica e della scienza dei dati nello spiegare fenomeni apparentemente non correlati".

La ricerca precedente sembra non aver preso in considerazione l'interazione spaziale e gli effetti di bordo tra zone vicine, tipicamente attraverso incendi boschivi naturali. Prendere in considerazione tali termini porta alla teoria della reazione-diffusione, ampiamente utilizzato nella previsione della formazione di modelli spaziali all'interno della fisica e della chimica. Secondo la teoria, dovrebbe esserci un confine distinto tra foresta e savana prevedibile dal clima e dal suolo.

La chiave era riconoscere che la vicinanza alle coltivazioni umane funge da terzo fattore determinante. Le foreste più vicine alle coltivazioni umane sono soggette al disboscamento e all'erosione da parte di incendi provenienti dalle aree coltivate aperte. Ciò provoca uno spostamento del confine foresta-savana verso aree più umide.

La buona notizia è che finché rimane un po' di foresta, la deforestazione non bloccherà le aree attualmente boschive in uno stato di savana. Ciò significa che il recupero della foresta nelle aree deforestate dovrebbe avvenire non appena queste aree saranno liberate dalle pressioni umane. Tuttavia, esiste un secondo meccanismo che potrebbe portare alla bistabilità della copertura forestale amazzonica, che non è stato preso in considerazione in questa ricerca.

Ricerche precedenti hanno dimostrato tramite simulazioni che la foresta amazzonica può avere un effetto positivo sulle precipitazioni regionali. Attraverso questo meccanismo, la perdita di foreste può portare a una diminuzione delle precipitazioni causando un'ulteriore perdita di foreste. Se il cambiamento climatico o la deforestazione possano ancora trasformare permanentemente la foresta amazzonica in una savana dipende dall'importanza di questo secondo meccanismo ed è oggetto di ulteriori ricerche.