Ph.D. eleven Robbin Bastiaansen tillämpar matematik för att få insikt i praktiska problem. Genom att jämföra matematiska modeller med utvecklingen i befintliga ekosystem, han hoppas kunna avmystifiera processen med ökenspridning. Hans forskning har publicerats i Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), en sällsynt prestation för en matematiker.

Under ökenspridningen, ett ökenområde utvidgas eller en ny öken skapas. Mellanprodukter av denna process är "nästan öknar, " med vegetationsmönster där vegetation och kala fläckar alternerar (se bannerbild). Bastiaansen studerade för sin forskning egenskaperna hos dessa mönster. Genom att gå samman med matematiker och ekologer, han tittade på det typiska beteendet hos modeller och konsekvenserna av detta på verkliga ekosystem. Nya tillgängliga datamängder från satelliter ger värdefull information, till exempel om biomassan av dessa mönster. Detta gjorde det möjligt för Bastiaansen och medförfattare att göra en grundlig jämförelse mellan modellförutsägelser och verklighet.

Oåterkallelig

Ett av de viktigaste fynden är den 'multistabilitet' som områdena uppvisar. "I de nära ökenområdena, inte ett specifikt mönster är dominerande, men en hel rad mönster är möjliga, ", förklarar Bastiaansen. "Detta betyder att dessa områden är mycket mer robusta och motståndskraftiga än tidigare känt och kommer därför mindre snabbt än väntat att kollapsa till en kal, karg öken." Detta är särskilt viktigt eftersom en sådan kollaps är praktiskt taget oåterkallelig:ett helt visst område kommer att vara mycket svårt att få igen igen – även om det inte störs ytterligare och/eller klimatförhållandena förbättras igen.

Bastiaansen tycker att det är en utmaning att använda matematik för att ta itu med sociala problem. Ökenspridning är en av dessa:"Det finns många områden på jorden som är hotade av ökenspridning. I dessa områden finns också många människor som är beroende av boskap och grödor för sin matförsörjning, och detta kräver bördig jord. Att förhindra sådan irreversibel "ökenspridning" är därför mycket viktigt för befolkningen."

Det unika samarbetet mellan matematiker och ekologer har varit avgörande för forskningen. "Det var bara genom detta samarbete som det var möjligt att inkludera det allmänna beteendet hos modeller å ena sidan och översätta beteendet till mätbar ekologi å andra sidan, " säger Bastiaansen. Men, detta samarbete innebar också utmaningar:koncept från en disciplin var inte alltid kända i den andra, eller ibland har en lite annan betydelse. "Det kräver mycket konsultation, koordination och tålamod, " Nu vet Bastiaansen.

Även om forskarna har gjort sitt bästa för att göra mätbara jämförelser möjliga, många saker var ännu inte genomförbara på grund av brist på data. "Ökenspridningsprocessen, till exempel, är relativt långsam. Vi skulle ha velat ha tittat på processens gång, men det finns fortfarande för lite data tillgängligt för detta:detaljerade satellitbilder går bara fyrtio år tillbaka i tiden." Standardmodellerna har också vissa brister. Utmaningen är därför att förbättra dessa, för att få dem att bättre överensstämma med verkligheten. "Dessutom, mer kunskap om de exakta stegen i ökenspridningsprocessen behövs, för att i slutändan förhindra spridningen av öknar över hela världen."