Amazonas skogen lagrar ungefär hälften av den globala tropiska skogens kol och står för ungefär en fjärdedel av kolupptaget från atmosfären av globala skogar varje år. Som ett resultat, stora förluster av Amazonas skogstäcke kan göra den globala klimatförändringen värre.

Förr, forskare har funnit att en stor del av Amazonas skogen är känslig för en tipppunkt. Kontrolltecknet är satellitdata som visar områden med savann och regnskog som samexisterar under samma miljöförhållanden. Teorier från olinjär dynamik skulle då föreslå att båda staterna är alternativa stabila resultat. Denna så kallade bistabilitet innebär att chocker som skogsröjning eller torka kan leda till en dramatisk ökning av bränder och tippa ett område med regnskog till savannen. Områden som har upplevt denna övergång skulle sedan förbli låsta i detta savanntillstånd tills tillräckligt stora ökningar av nederbörd och utsläpp av mänskligt tryck gör att skogarna kan växa tillbaka snabbare än de går förlorade av intermittenta bränder.

Bert Wuyts, en fjärdeårs doktorand vid Bristol Center for Complexity Sciences och huvudförfattare på tidningen, sa:"Jag bestämde mig för att ta en ny titt på data och en helt annan bild dök upp när jag kontrollerade för säsongsvariationer och tog ut alla datapunkter från satellitbilder som representerade platser som hade utsatts för mänsklig påverkan. Plötsligt egenskapen bistabilitet försvann nästan helt."

Bert, som gjorde denna upptäckt under det första året av sin doktorsexamen, tyckte det verkade mest förbryllande, så han samarbetade med professor Alan Champneys, en teoretiker vid Institutionen för teknisk matematik, och Dr Jo House, en expert på markanvändningsförändring från Geografiska skolan. Under de senaste två åren har de undersökt dessa fynd noggrant.

Alan Champneys, Professor i tillämpad icke-linjär matematik, tillade:"När jag först gick med på att vara medhandledare för Berts doktorsexamen, Jag var orolig att jag inte hade någon expertis i den matematik som krävs för att studera de observerade effekterna i satellitdata. Lyckligtvis är Bert en utmärkt självständig student och Jo var till hands som fältexpert.

"Företaget insåg jag dock att nyckeln till att förstå Berts observationer var samma mönsterbildningsteori som jag har använt flitigt tidigare. För mig visar detta kraften i tvärvetenskapligt samarbete och även matematikens och datavetenskapens allestädes närvarande när det gäller att förklara till synes orelaterade fenomen."

Tidigare forskning verkar ha misslyckats med att ta hänsyn till rumslig interaktion och kanteffekter mellan närliggande zoner, vanligtvis genom naturligt förekommande skogsbränder. Att ta hänsyn till sådana termer leder till reaktion-diffusionsteori, används i stor utsträckning för att förutsäga bildandet av rumsliga mönster inom fysik och kemi. Enligt teorin, det bör finnas en tydlig gräns mellan skog och savann som är förutsägbar utifrån klimat och jordar.

Nyckeln var att inse att närhet till mänskliga odlingar fungerar som en tredje avgörande faktor. Skogar närmare mänskliga odlingar utsätts för avverkning och erosion av bränder som härrör från de öppna odlade områdena. Detta medför en förskjutning av gränsen mellan skog och savann mot blötare områden.

Den goda nyheten är att så länge det finns lite skog kvar, avskogning kommer inte att låsa för närvarande skogsområden till en savannstat. Detta innebär att återhämtning av skogen i avskogade områden bör ske så snart dessa områden frigörs från mänskligt tryck. Ändå, det finns en andra mekanism som kan leda till bistabilitet hos Amazonas skogstäckning, som inte beaktades i denna forskning.

Tidigare forskning har via simuleringar visat att Amazonasskogen kan ha en positiv effekt på regional nederbörd. Genom denna mekanism, skogsförlust kan leda till minskad nederbörd och orsaka ytterligare skogsförlust. Om klimatförändringar eller avskogning fortfarande permanent kan förvandla Amazonas skog till en savann beror på vikten av denna andra mekanism och är föremål för ytterligare forskning.