A floresta amazônica armazena cerca de metade do carbono da floresta tropical global e é responsável por cerca de um quarto da absorção de carbono da atmosfera pelas florestas globais a cada ano. Como resultado, grandes perdas da cobertura florestal amazônica podem piorar a mudança climática global.

No passado, pesquisadores descobriram que uma grande parte da floresta amazônica é suscetível a um ponto de inflexão. O sinal revelador são dados de satélite que mostram áreas de savana e floresta coexistindo nas mesmas condições ambientais. As teorias da dinâmica não linear sugeririam então que ambos os estados são resultados estáveis ​​alternativos. Essa chamada biestabilidade significa que choques como derrubada de floresta ou seca podem levar a um aumento dramático na ocorrência de incêndios e derrubar uma área de floresta tropical em savana. As áreas que passaram por essa transição permaneceriam presas neste estado de savana até que aumentos suficientemente grandes de chuva e liberação de pressões humanas permitissem que as florestas voltassem a crescer mais rápido do que são perdidas por incêndios intermitentes.

Bert Wuyts, estudante de doutorado do quarto ano no Centro de Ciências da Complexidade de Bristol e autor principal do artigo, disse:"Decidi dar uma nova olhada nos dados e uma imagem muito diferente surgiu quando controlei a sazonalidade e tirei todos os pontos de dados de imagens de satélite que representavam locais que haviam sido submetidos à influência humana. De repente, a propriedade de biestabilidade desapareceu quase completamente. "

Bert, que fez essa descoberta no primeiro ano de seu doutorado, pensei que parecia mais intrigante, então ele se juntou ao professor Alan Champneys, um teórico do Departamento de Engenharia Matemática, e Dr. Jo House, um especialista em mudança de uso do solo da Escola de Ciências Geográficas. Nos últimos dois anos, eles examinaram essas descobertas com rigor.

Alan Champneys, Professor de Matemática Não Linear Aplicada, acrescentou:"Quando concordei em co-supervisionar o doutorado de Bert, Eu estava preocupado por não ter nenhum conhecimento da matemática necessária para estudar os efeitos observados nos dados de satélite. Felizmente, Bert é um aluno extraordinariamente independente e Jo estava disponível como especialista em campo.

"Mal percebi, porém, que a chave para entender as observações de Bert era a mesma teoria de formação de padrões que usei extensivamente antes. Para mim, isso mostra o poder da colaboração interdisciplinar e também a onipresença da matemática e da ciência de dados na explicação de fenômenos aparentemente não relacionados."

Pesquisas anteriores parecem não ter levado em consideração a interação espacial e os efeitos de borda entre zonas vizinhas, tipicamente por meio de incêndios florestais que ocorrem naturalmente. Levar esses termos em consideração leva à teoria da reação-difusão, amplamente utilizado na previsão da formação de padrões espaciais na física e na química. De acordo com a teoria, deve haver uma fronteira distinta entre floresta e savana previsível a partir do clima e dos solos.

A chave era reconhecer que a proximidade com os cultivos humanos atua como um terceiro fator determinante. As florestas mais próximas aos cultivos humanos estão sujeitas à extração de madeira e à erosão por incêndios originados das áreas cultivadas ao ar livre. Isso causa uma mudança na fronteira floresta-savana para áreas mais úmidas.

A boa notícia é que enquanto houver alguma floresta sobrando, o desmatamento não bloqueará as áreas atualmente florestadas em um estado de savana. Isso significa que a recuperação da floresta em áreas desmatadas deve acontecer assim que essas áreas forem liberadas das pressões antrópicas. No entanto, existe um segundo mecanismo que pode levar à biestabilidade da cobertura florestal amazônica, o que não foi levado em consideração nesta pesquisa.

Pesquisas anteriores mostraram por meio de simulações que a floresta amazônica pode ter um efeito positivo nas chuvas regionais. Por meio desse mecanismo, a perda de floresta pode levar à diminuição das chuvas, causando mais perda de floresta. Se as mudanças climáticas ou o desmatamento ainda podem transformar permanentemente a floresta amazônica em uma savana depende da importância desse segundo mecanismo e é assunto para novas pesquisas.