Le foreste tropicali di tutto il mondo svolgono un ruolo chiave nel ciclo globale del carbonio e ospitano più della metà delle specie in tutto il mondo. Però, l'aumento dell'uso del suolo negli ultimi decenni ha causato perdite senza precedenti di foresta tropicale. Gli scienziati del Centro Helmholtz per la ricerca ambientale (UFZ) hanno adattato un metodo della fisica per descrivere matematicamente la frammentazione delle foreste tropicali. Sulla rivista scientifica Natura , spiegano come questo permette loro di modellare e comprendere la frammentazione delle foreste su scala globale. Hanno scoperto che la frammentazione delle foreste in tutti e tre i continenti è vicina a un punto critico oltre il quale il numero di frammenti aumenterà notevolmente. Ciò avrà gravi conseguenze per la biodiversità e lo stoccaggio del carbonio.

Al fine di analizzare i modelli globali di frammentazione forestale, un gruppo di ricerca UFZ guidato dal Prof. Andreas Huth ha utilizzato dati di telerilevamento quantificando la copertura forestale nei tropici con una risoluzione estremamente elevata di 30 metri, risultando in più di 130 milioni di frammenti di foresta. Con loro sorpresa, hanno scoperto che le dimensioni dei frammenti in tutti e tre i continenti hanno distribuzioni di frequenza simili. Per esempio, il numero di frammenti forestali inferiori a 10, 000 ettari è simile in tutte e tre le regioni:l'11,2 percento in America centrale e meridionale, 9,9 per cento in Africa e 9,2 per cento nel sud-est asiatico. "Questo è sorprendente, perché l'uso del suolo varia notevolmente da continente a continente, " dice la dottoressa Franziska Taubert, matematico del team di Huth e primo autore dello studio. Ad esempio, aree forestali molto vaste vengono trasformate in terreni agricoli nella regione amazzonica. Al contrario, nelle foreste del sud-est asiatico, le specie arboree economicamente attraenti vengono spesso prelevate dalla foresta.

Quando si cercano spiegazioni per gli identici modelli di frammentazione, i modellisti UFZ hanno trovato la loro risposta nella fisica. "La distribuzione delle dimensioni dei frammenti segue una legge di potenza con esponenti quasi identici in tutti e tre i continenti, " dice il biofisico Andreas Huth. Tali leggi di potere sono note da altri fenomeni naturali come gli incendi boschivi, frane e terremoti. La svolta del loro studio è la capacità di derivare le leggi di potenza osservate dalla teoria della percolazione. "Questa teoria afferma che in una certa fase di deforestazione il paesaggio forestale mostra frattali, strutture autosimili, cioè strutture che possono essere ritrovate più e più volte su diversi livelli, " spiega Huth. "In fisica, questo è indicato anche come punto critico o transizione di fase, che ad esempio si verifica anche durante il passaggio dell'acqua dallo stato liquido a quello gassoso, " ha aggiunto il co-autore Dr. Thorsten Wiegand di UFZ. Un aspetto particolarmente affascinante della teoria della percolazione è che questa distribuzione dimensionale universale è, nel punto critico, indipendente dai meccanismi su piccola scala che hanno portato alla frammentazione. Questo spiega perché tutti e tre i continenti mostrano modelli di frammentazione su larga scala simili.

Il team dell'UFZ ha confrontato i dati di telerilevamento delle tre regioni topiche con diverse previsioni della teoria della percolazione. A sostegno della loro ipotesi hanno trovato accordo non solo per la distribuzione delle dimensioni del frammento, ma anche per altri due importanti indicatori:la dimensione frattale e la distribuzione della lunghezza dei bordi del frammento. "Questa teoria fisica ci permette di descrivere i processi di deforestazione ai tropici, " conclude il dottor Rico Fischer, coautore dello studio. Questo approccio può essere utilizzato anche per prevedere come avanzerà la frammentazione delle foreste tropicali nei prossimi decenni. "Particolarmente vicino al punto critico, ci si possono aspettare effetti drammatici anche in caso di deforestazione relativamente minore, "aggiunge Taubert.

Utilizzando scenari che presuppongono diversi tassi di dissodamento e riforestazione, gli scienziati hanno modellato quanti frammenti di foresta ci si può aspettare entro il 2050. Ad esempio, se la deforestazione continua ai tropici dell'America centrale e meridionale al ritmo attuale, il numero di frammenti aumenterà di 33 volte, e la loro dimensione media diminuirà da 17 ha a 0,25 ha. La tendenza alla frammentazione può essere fermata solo rallentando la deforestazione e riforestando più aree della deforestazione, attualmente un'opzione improbabile. Future missioni satellitari, come Tandem-L, sono di grande importanza per il rilevamento tempestivo e affidabile di queste tendenze.

La frammentazione avanzata delle foreste tropicali avrà gravi conseguenze per la biodiversità e lo stoccaggio del carbonio. La biodiversità soffre perché numerose specie animali rare dipendono da vaste aree forestali. Per esempio, il giaguaro ha bisogno di circa 10, 000 ettari di foresta contigua per sopravvivere.

La crescente frammentazione delle foreste ha anche un impatto negativo sul clima. Un team UFZ guidato da Andreas Huth precedentemente descritto in Comunicazioni sulla natura che la frammentazione di aree forestali tropicali un tempo collegate potrebbe aumentare le emissioni di carbonio in tutto il mondo di un altro terzo, come molti alberi muoiono e meno anidride carbonica viene immagazzinata ai margini dei frammenti di foresta.