Ruimtelijke patroonvorming door algen en mosselen op een getijdenplaat. Door die patroonvorming zouden kantelpunten door zeespiegelstijging kunnen worden omzeild. (afb: ©Johan van de Koppel / Ulco Glimmerveen)
Als het over het klimaat gaat hoor je nogal eens dat we dicht in de buurt van een kantelpunt zijn. Als we dat overschrijden zouden de zaken afstormen op voor mensen onleefbare omstandigheden. Nieuw onderzoek zou duidelijk maken dat onze aarde niet zo ‘wankelmoedig’ is. Het idee van kantelpunten zou te simplistisch zijn.
Voorbij dat kantelpunt zouden savannes plotsklaps verwoestijnen of de warme golfstroom ineens ophouden met stromen met alle kwalijke gevolgen van dien. Die waarschuwingen zouden zijn gebaseerd op ruimtelijke patronen die fungeren als waarschuwingssignalen voor kantelpunten. De Nederlandse onderzoekers van, vooral, de universiteit van Utrecht hebben die patronen bestudeerd en hebben zo hun bedenkingen. “We moeten inderdaad alles doen om de klimaatverandering tegen te gaan”, schrijven de auteurs, “maar de aarde is veel robuuster dan altijd gedacht. Het idee van kantelpunt is te eenvoudig.”
De onderzoekers benaderden het kantelpuntidee binnen de ruimtelijk context. “De vorming van ruimtelijke patronen, zoals het spontane ontstaan van vegetatiepatronen, is vaak gezien als waarschuwingssignaal voor een gevaarlijke overgang”, zegt Max Rietkerk van de universiteit van Utrecht, “maar dergelijke patronen bieden ecosystemen in feite de mogelijkheid die kantelpunten te voorkomen.” De onderzoekers komen tot die conclusie op basis van wiskundige analyses van ruimtelijke modellen en nieuwe waarnemingen van ecosystemen.
Spontaan ontstane patronen in de natuur worden vaak Turingpatronen genoemd, naar de Britse wiskundige Alan Turing. In 1952 beschreef hij hoe patronen in de natuur, zoals strepen op zebra’s of tijgers, kunnen ontstaan uit een homogene uitgangspositie.
“In de ecologie worden die Turingpatronen beschouwd al vroege waarschuwingtekenen, aangezien ze op verstoring zouden duiden”, zegt medeonderzoeker en wiskundige Arjen Doelman van de universiteit van Leiden. “Dat mechanisme van patroonvorming wordt niet ter discussie gesteld, maar dat een patroon zich vormt wil niet noodzakelijkerwijs zeggen dat er een evenwicht verstoord wordt voorbij het kantelpunt.” Rietkerk verwijst naar de verandering van een savanne in een woestijn. “Daar kun je allerlei complexe, ruimtelijke vormen zien. Dat is een nieuwe indeling van de ruimte, maar niet per se een kantelpunt. Integendeel. Die Turingpatronen vormen in feite een teken van veerkracht.”
Multistabiliteit
De onderzoekers zouden een nieuw verschijnsel in de ecologie hebben ontdekt: multistabiliteit. Dat houdt in dat er veel verschillende patronen tegelijkertijd kunnen bestaan onder dezelfde omstandigheden. Rietkerk: “Elk van die patronen kan stabiel zijn onder uiteenlopende omstandigheden en klimaatverandering. We vonden ook dat elk complex systeem dat groot genoeg is om ruimtelijke patronen te vormen ook kantelpunten zou kunnen voorkomen. Alleen dan kunnen we bepalen welke condities en ruimtelijke patronen leiden tot kantelpunten en welke niet.”
Bron: Science Daily