Wiskunde als wapen tegen woestijnvorming
Promovendus Robbin Bastiaansen past wiskunde toe om problemen in de praktijk inzichtelijk te maken. Door wiskundige modellen te vergelijken met de ontwikkelingen in bestaande ecosystemen, hoopt hij het proces van verwoestijning te ontraadselen. Zijn onderzoek is gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), iets wat niet veel wiskundigen lukt.
Model versus werkelijkheid
Bij verwoestijning rukt een woestijngebied op, of ontstaat een nieuwe woestijn. Door deze woestijnvorming ontstaan gebieden die ‘bijna woestijn’ zijn, met vegetatiepatronen waar begroeiing en kale plekken elkaar afwisselen (zie omslagfoto). Voor zijn onderzoek bestudeerde Bastiaansen de eigenschappen van deze patronen. Door samen te werken met wiskundigen én ecologen keek hij naar het typische gedrag van modellen en de implicaties hiervan op echte ecosystemen. Nieuw beschikbare datasets afkomstig van satellieten geven waardevolle informatie, bijvoorbeeld over de biomassa van deze patronen. Dit stelde Bastiaansen en coauteurs in staat een grondige vergelijking te maken tussen deze modelvoorspellingen en de werkelijkheid.
Onomkeerbaar
Eén van de belangrijkste vondsten is de ‘multistabiliteit’ die de gebieden laten zien. ‘In de bijna- woestijngebieden is niet één specifiek patroon overheersend, maar is juist een heel scala aan patronen mogelijk’, legt Bastiaansen uit. ‘Dit betekent dat deze gebieden veel robuuster en veerkrachtiger zijn dan tot nu toe bekend was en dus ook minder snel dan gedacht ineen zullen storten tot een kale, onvruchtbare woestijn’. Dit is met name belangrijk omdat zo’n ineenstorting zo goed als onomkeerbaar is: een volledig tot woestijn verdord gebied zal zeer moeilijk weer begroeid raken – ook als het niet verder wordt verstoord en/of klimatologische omstandigheden weer verbeteren.
Bastiaansen vindt het een uitdaging om wiskunde te gebruiken om maatschappelijke problemen aan te pakken. Verwoestijning is hier één van: ‘Er zijn veel gebieden op aarde die bedreigd worden door woestijnvorming. In deze gebieden wonen ook nog eens veel mensen, die voor hun voedselvoorziening afhankelijk zijn van vee en gewassen, en daar is vruchtbare grond voor nodig. Het voorkomen van dergelijke onomkeerbare ‘verwoestijning’ is dus erg belangrijk voor de bevolking.’
Uitdagende samenwerking
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 te bevatten en anderzijds het gedrag te vertalen naar meetbare ecologie’, vertelt Bastiaansen. Maar, die samenwerking nam ook uitdagingen met zich mee: begrippen uit het ene vakgebied waren niet altijd bekend in het andere, of betekenen soms nét iets anders. ‘Dat vereist veel overleg, coördinatie en geduld’, weet Bastiaansen nu.
Werk aan de winkel
Ondanks dat de onderzoekers hard hun best hebben gedaan om meetbare vergelijkingen mogelijk te maken, bleken veel dingen nog niet uitvoerbaar door gebrek aan data. ‘Het verwoestijningsproces is bijvoorbeeld relatief langzaam. We hadden graag gekeken naar het verloop van dit proces, maar hiervoor is nog te weinig data beschikbaar: gedetailleerde satellietfoto’s gaan maar veertig jaar terug in de tijd.’ Ook de standaardmodellen hebben nog enkele tekortkomingen. De uitdaging is dan ook deze te verbeteren, zodat ze beter overeenkomen met de werkelijkheid. ‘Bovendien is er meer kennis over de precieze stappen van het verwoestijningsproces nodig, om uiteindelijk het uitbreiden van woestijnen wereldwijd tegen te gaan.’
Omslagfoto: Google Earth afbeelding uit het onderzoeksgebied (8°5'N; 47°27'E), waarop de vegetatiebanden zichtbaar zijn.