Τα μαθηματικά ως ασπίδα απέναντι στις συνέπειες της κλιματικής αλλαγής
Ο διδακτορικός φοιτητής Robbin Bastiaansen εφαρμόζει τα μαθηματικά με σκοπό να πάρει απαντήσεις σε πρακτικά προβλήματα.
Συγκρίνοντας μαθηματικά μοντέλα με τον τρόπο με τον οποίο εξελίσσονται τα υπάρχοντα οικοσυστήματα, ελπίζει να αποκωδικοποιήσει τη διαδικασία της ερημοποίησης.
Η έρευνά του δημοσιεύεται στο επιστημονικό περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), γεγονός που αποτελεί σπάνιο επίτευγμα για έναν μαθηματικό.
Ερημοποίηση είναι μια διεργασία που στερεί μια άνυδρη ή ημιάνυδρη περιοχή από τις δυνατότητες που είχε παλαιότερα να συντηρήσει τη ζωή. Η διεργασία αυτή χαρακτηρίζεται από την πτώση του υδροφόρου ορίζοντα, τον εμπλουτισμό σε άλατα της επιφάνειας του εδάφους και του νερού, την ελάττωση των επιφανειακών νερών, αυξανόμενη διάβρωση και την εξαφάνιση της βλάστησης. Το κύριο στοιχείο που πρέπει να συγκρατήσει κανείς είναι ότι η ερημοποίηση ως φυσική διεργασία οφείλεται σε κλιματικές μεταβολές.
Κατά την διαδικασία της ερημοποίησης, η έκταση μιας ήδη ξηρής περιοχής-ερήμου εξαπλώνεται ή δημιουργείται μια νέα έρημος. Η ενδιάμεση κατάσταση, δηλαδή στην περίπτωση που βρισκόμαστε πριν την “πλήρη ερημοποίηση”, απαντάται με μοτίβα βλάστησης – όπου βλάστηση και ξηρές περιοχές, εναλλάσσονται.
Στην έρευνά του, ο Bastiaansen μελέτησε τις ιδιότητες αυτών των μοτίβων. Ενώνοντας τις δυνάμεις του και με άλλους μαθηματικούς αλλά και με οικολόγους, εξέτασε μαθηματικά μοντέλα και την εφαρμογή τους σε πραγματικά οικοσυστήματα.
Έχοντας στη διάθεσή τους σύνολα δεδομένων από τους δορυφόρους, συνέλεξαν πολύτιμες πληροφορίες – για παράδειγμα σχετικά με τη βιομάζα αυτών των μοτίβων. Αυτό επέτρεψε στον Bastiaansen και τους συν-συγγραφείς της μελέτης να κάνουν μια λεπτομερή σύγκριση μεταξύ των προβλέψεων των μαθηματικών μοντέλων που χρησιμοποίησαν με την πραγματικότητα.
Ένα από τα σημαντικότερα ευρήματα είναι η «σταθερότητα» που δείχνουν οι περιοχές. “Στις περιοχές κοντά στην έρημο, δεν υπάρχει κάποιο κυρίαρχο πρότυπο, αλλά συναντά κανείς μια ολόκληρη σειρά σχεδίων”, εξηγεί ο Bastiaansen. “Αυτό σημαίνει ότι αυτές οι περιοχές είναι πολύ πιο εύρωστες και ανθεκτικές από ό,τι πιστεύαμε στο παρελθόν και συνεπώς θα μετασχηματιστούν με πιο αργό -από τον αναμενόμενο- ρυθμό, σε μια γυμνή, άγονη έρημο”.
Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό, καθώς μια τέτοια κατάσταση ερημοποίησης είναι σχεδόν μη αναστρέψιμη: μια περιοχή που έχει ξηραθεί εντελώς είναι μάλλον αδύνατο να αποκτήσει ξανά γόνιμο έδαφος – ακόμα κι αν οι κλιματικές συνθήκες βελτιωθούν.
Ο Bastiaansen θεωρεί ότι η χρήση των μαθηματικών για την αντιμετώπιση κοινωνικών προβλημάτων αποτελεί πρόκληση: “Υπάρχουν πολλές περιοχές που απειλούνται με ερημοποίηση – περιοχές, όπου υπάρχουν και πολλοί άνθρωποι που εξαρτώνται από τα κοπάδια και τις καλλιέργειες για την προμήθεια των τροφίμων τους. Και αυτό απαιτεί γόνιμο έδαφος. Επομένως, η ερημοποίηση αποτελεί ένα πολύ σημαντικό ζήτημα».
Η συνεργασία των μαθηματικών με οικολόγους ήταν απαραίτητη για την έρευνα. “Μόνο μέσω αυτής της συνεργασίας ήταν δυνατό να συμπεριληφθεί η γενική συμπεριφορά των μοντέλων από τη μία πλευρά και να μεταφραστεί η συμπεριφορά τους, σε μετρήσιμη οικολογία από την άλλη”, αναφέρει ο Bastiaansen.
Παρόλο που οι ερευνητές έκαναν το καλύτερο δυνατό ώστε να πραγματοποιήσουν μετρήσιμες συγκρίσεις, αντιμετώπισαν δυσκολίες λόγω έλλειψης δεδομένων. “Η διαδικασία ερημοποίησης είναι σχετικά αργή. Θα θέλαμε να εξετάσουμε την πορεία αυτής της διαδικασίας, ωστόσο υπάρχουν πολύ λίγα διαθέσιμα δεδομένα για αυτό: οι λεπτομερείς δορυφορικές εικόνες που έχουμε στη διάθεσή μας είναι φωτογραφίες μόλις των τελευταίων 40 χρόνων”, αναφέρει ο Bastiaansen.
Τα βασικά μοντέλα έχουν επίσης κάποιες ελλείψεις. Ως εκ τούτου, η πρόκληση είναι να βελτιωθούν ώστε να ανταποκρίνονται καλύτερα στην πραγματικότητα. “Επιπλέον, χρειάζεται περισσότερη γνώση για τα ακριβή βήματα της διαδικασίας της ερημοποίησης, προκειμένου να αποφευχθεί τελικά η εξάπλωση των ερήμων παγκοσμίως”, καταλήγει ο Bastiaansen.
