Le foreste tropicali sono state chiamate i polmoni del pianeta. Assorbono grandi quantità di anidride carbonica, detengono la più grande diversità al mondo di piante e animali, e danno lavoro a milioni di persone. E questi ecosistemi caldi, spesso un mosaico di alberi e praterie, vengono profondamente alterati dal disboscamento e da altri cambiamenti nell'uso del suolo.

Ora, un team di scienziati ha fatto una scoperta fondamentale su come gli incendi ai margini di queste foreste ne controllano la forma e la stabilità. Il loro studio implica che quando macchie di foresta tropicale perdono la loro forma naturale potrebbero contribuire all'improvviso, anche catastrofico, trasformazione di quella terra da alberi ad erba.

La nuova conoscenza potrebbe aiutare a proteggere le foreste tropicali e consentire ai gestori del territorio di costruire nuovi strumenti per prevedere la stabilità sia dei singoli appezzamenti di foresta sia delle foreste su scala regionale più grandi.

Lo studio è stato pubblicato il 26 marzo sulla rivista Lettere di ecologia .

Legge della foresta

Utilizzando dati satellitari ad alta risoluzione provenienti da foreste protette nella regione della savana del Cerrado brasiliano, gli scienziati hanno scoperto che la forma di queste foreste naturali segue una relazione matematica prevedibile tra il perimetro di una foresta e la sua area, indipendentemente dalla sua regione climatica o dalle sue dimensioni. La chiamano "legge di potenza 3/4" e significa approssimativamente che le foreste tendono tutte verso forme che non sono né sottili come una linea, né rotondo e liscio come un cerchio. "Se una foresta potesse crescere facilmente in tutte le direzioni, ci aspetteremmo un cerchio, "dice Laurent Hébert-Dufresne, uno scienziato informatico dell'Università del Vermont che è l'autore principale del nuovo studio, "ma ciò che vediamo in realtà è più dendritico, un po' come un polpo o un cerchio deformato."

Il team di sei scienziati, che includeva modellisti, ecologisti e fisici di UVM, l'Istituto Santa Fe, Stanford, Università di Boston, Princeton, e l'Università di Washington, mostrano che la legge 3/4 è vera per piccoli frammenti di foresta non molto più grandi di un campo da basket fino a grandi macchie di foresta che coprono dozzine di miglia quadrate.

Gli scienziati hanno combinato la loro comprensione dei dati del mondo reale con i risultati di un nuovo modello di computer per spiegare perché questo accade:incendi, che bruciano facilmente nelle praterie che circondano le foreste - e bruciano i bordi umidi delle foreste - sono in costante battaglia con la crescita espansiva delle foreste nelle praterie. Questa interazione al confine tra erba e foresta, gli scienziati hanno scoperto, crea macchie di foresta che convergono su una forma di stato stazionario.

I risultati del modello degli scienziati corrispondevano ai risultati osservati da foreste reali in Brasile. E un esperimento condotto dagli scienziati sul loro modello mostra che il destino delle macchie forestali nel tempo, indipendentemente dal fatto che si espandano o si contraggano, è determinato dalla loro forma iniziale. Quelli dalle forme compatte di tutte le dimensioni, col tempo, convergono sulla relazione di scala di potenza 3/4 più simile a un polpo, mentre quelli con forme sottili e rapporti perimetro-area più grandi sono crollati, scomparendo nelle praterie o frammentandosi in chiazze molto piccole.

Ciò significa che questa relazione tra il perimetro di una foresta e la sua area può aiutare a prevedere la stabilità dei singoli appezzamenti di foresta. Gli scienziati sono ottimisti sul fatto che lo studio possa portare a strumenti pratici che mostrano quanto una macchia di foresta gestita si discosti da questa geometria naturale aiuterà a determinarne la stabilità nel tempo.

cambio di stato

E la nuova ricerca presenta intuizioni a un più ampio, scala regionale nel possibile destino delle foreste brasiliane. "Fare un passo indietro e considerare la scala macro, senza guardare la forma di ogni patch, ma, Invece, allo stato dell'intero sistema:il modello suggerisce che il collasso dalla foresta alla prateria può essere drammatico, "dice Andrew Berdahl, ricercatore presso il Santa Fe Institute e autore senior dello studio. "Questi locali, effetti su piccola scala - crescita perimetrale e bruciatura dei bordi - possono portare a una transizione critica in un'intera regione forestale tra uno stato dominato dalla foresta e uno stato dominato dall'erba." E una volta che grandi aree di foresta passano all'erba può essere difficile recuperare le foreste. "E' come scendere da un dirupo, "dice Berdahl. "Non puoi semplicemente fare un passo indietro."

Gli ecologi hanno storicamente esaminato gli elementi all'interno di una foresta per comprenderne le condizioni, spesso concentrandosi sulle sue piante e animali, ma c'è stata poca esplorazione della geometria delle foreste e di come questo possa essere importante. Il nuovo studio mostra un ruolo potente per il fuoco che determina la forma delle foreste tropicali del Brasile, "e ora vorremmo vedere se questo schema è vero in altre parti del mondo, " dice Hébert-Dufresne di UVM, un assistente professore presso il Dipartimento di Informatica e parte del Complex Systems Center di UVM. "Supponiamo che in Africa troviamo che gli elefanti che spingono sugli alberi cambiano l'equazione, o secchezza in Australia, sarebbe molto interessante." E vorrebbe ampliare la ricerca per vedere se la relazione osservata nel nuovo modello, derivato da foreste selvatiche, è vera nelle foreste selvatiche e in altre foreste gestite in Brasile.

"Il nostro punto fondamentale però è che la forma di una foresta è molto importante, " lui dice, "e che la sua forma è direttamente correlata alla sua stabilità."