Spelen met water en vuur in de Amazone: “This Is Spiral Death”

Het Amazoneregenwoud stabiliseert zichzelf, met name in droge periodes”, aldus een nieuwe studie van de Wageningen Universiteit en de Universiteit Utrecht, in samenwerking met de Universiteit van Göttingen in Duitsland en de Open Universiteit, deze week gepubliceerd in Nature Climate Change.

Foto: Raphael Alves

De waterkringloop van het Amazonegebied wordt wel een van de grootste wonderen van de natuur genoemd, maar het bos staat onder druk, van de houtindustrie, de landbouw en de gevolgen van klimaatverandering.

“Een groot deel van de Amazone krijgt in de komende eeuw te maken met een dodelijke spiraal van ontbossing en droogte.” Dit staat te lezen in een studie, ‘Self-amplified Amazon forest loss due to vegetation-atmosphere feedbacks’, die een jaar geleden werd gepubliceerd. Verwachte afnames van regenval zouden weliswaar niet meteen leiden tot een volledige Amazone-terugval, maar grote delen van het uitgestrekte gebied zijn zeker in gevaar, aldus een van de onderzoekers. (bron: The Independent)

Maart 2017. Ik lees via een van mijn Facebookcontacten – een donateur van mijn ‘Kantelende Amazone’ campagne – een artikel in de Britse krant The Independent: Amazon jungle faces death spiral of drought and deforestation, warn scientists.’ Bij de link naar het artikel staat een opmerking: “Aangezien ik medeauteur ben van de studie waar dit artikel over gaat ben ik het aan mijn stand verplicht om, als ik ooit een band ga oprichten, die Death Spiral te noemen.”

Ik reageer: “Er is nog geen band met die naam?”

Antwoord: “Zo te zien geen die populairder is dan die van mij zou worden.”

Ik: “Als bandnaam zou ik de woorden omdraaien: Spiral Death. Overgang van Death naar Spiral klinkt niet lekker.”

Antwoord: “Dan maak ik een documentaire genaamd This Is Spiral Death.”

Ik: “Ah, je kent je *geschiedenis. Mooi.”

Foto: C. Cornell Evers

Twee maanden later, het is mei 2017, ontmoet ik promovendus Arie Staal van de Wageningen Universiteit, waar hij als onderzoeker met water én vuur ‘speelt’. Hij is een actieve datasurfer over de vliegende rivieren, de immense verdampingsstromen die boven het Amazone regenwoud ontstaan en vandaar door de atmosfeer ‘stromen’ om elders als regen neer te vallen.

Arie: “Ik heb mij daar inderdaad mee bezig gehouden, zowel voor mijn eigen promotie onderzoek als voor die death spiral publicatie. Mijn onderzoek richt zich op drie aspecten. Wat is de maandelijkse bijdrage van de hele Amazone aan de verdamping die bossen leveren, een simulatie van waar dat verdampingswater neerregent en ten derde proberen we een inschatting te maken van de hypothetische afname van regenval door verlies aan bos, rekening houdend met de veerkracht van datzelfde bos. Die drie samen moeten antwoord geven op de vraag: Kunnen delen van de Amazone gaan kantelen als er op andere plekken ontbossing plaatsvindt?”

Je gaat promoveren op…

Arie: “De veerkracht van tropisch bos en savanne, met een speciale focus op de Amazone. Van de vier hoofdstukken gaat er een over vliegende rivieren. Een ander richt zich op vuurecologie. We kijken op lokale schaal hoe er – met positieve terugkoppelingen tussen bosbedekking en vuur – in situaties waarbij er minder bos is en meer gras ook meer brandstof is. Wat dan weer negatief is voor het bos. We hebben het hier over een lokale positieve terugkoppeling. Die verschillende positieve terugkoppelingen kunnen in beginsel tot kanteling leiden.”

Meekoppeling of positieve terugkoppeling is een vorm van terugkoppeling die een bepaald proces positief beïnvloedt, met “positief” in de zin van versterkend, los van de vraag of dit gunstig of ongunstig is. Het tegenovergestelde is tegenkoppeling, dat het proces juist afremt of uitdempt (bron: wikipedia).

Waarom de Amazone en wat maakt jouw onderzoek anders?

Arie: “De Amazone, omdat daar de grootste veranderingen plaatsvinden, ontbossing met name, een aandachtspunt vanuit mijn achtergrond van milieuwetenschappen. Ik begon ooit met studeren om de wereld te redden, maar uiteindelijk wilde ik me daar ook meer academisch mee bezighouden. De terugkoppeling tussen gras en vuur en het effect op bomen is weliswaar, voor de tropen althans, universeel, maar om het systeem te begrijpen is het ook interessant om naar de verschillen te kijken.

“De tweede vraag: Mijn niche, van mij en mijn collega’s, de begeleiders, zit in de kennis van de theorie van de kanteling. Mijn hoogleraar Marten Scheffer is daarmee beroemd geworden, door zijn studie van de kanteling van ondiepe meren met helder en plantenrijk water naar een troebel door algen gedomineerd meer (‘Ecology of Shallow Lakes’ – CCE). In onze groep houden mensen zich weliswaar met verschillende systemen bezig, maar ze doen dat vanuit dezelfde theoretische invalshoek en dezelfde typen wiskundige modellen. Ik gebruik eenvoudige modellen om te begrijpen hoe kantelpunten kunnen plaatsvinden.”

Verwacht jij een bijdrage te kunnen leveren aan een beter begrijpen van het systeem?

Arie: “Ja. Op verschillende manieren. Aan de ene kant, als het gaat om de vliegende rivieren, is mijn bijdrage, maar die is nog niet gepubliceerd, een inschatting van welke bossen in de Amazone voor hun stabiliteit het meest afhankelijk zijn van de Amazone als geheel. Dat is nieuw, die bijdrage. Nu ben ik bezig met het vuur-ecologisch aspect. Ik wil een bijdrage leveren aan de kennis over de omstandigheden – dan heb ik het over regenval, klimaat – waaronder er een death spiral kan ontstaan, waarbij een bos brandt en daardoor weer de kans op brand vergroot, met een potentieel onherstelbaar verlies aan bos en een instabiel ecosysteem als gevolg, zelfs als mensen daarbij niet betrokken zijn.”

Je zegt: “Welke stukken bos het meest afhankelijk zijn.” De impact van verlies van bos is dus niet overal hetzelfde?

Arie: “Hoe zuidelijker hoe groter het belang van het bos is voor ander bos. Omdat het daar droger is en dat heeft effect op de stabiliteit; de bijdrage van bomen aan verdamping is tijdens het droge seizoen groter.”

Maar de zogenaamde gordel van ontbossing in de Amazone speelt vooral in het zuiden.

Arie: “Ja.”

Een dubbele destructie…

Arie: “Klopt. Dat correleert met elkaar.”

Foto: Alberto César Araújo

“Er wordt al een tijd gevreesd dat er in de Amazone onherstelbare veranderingen plaats kunnen vinden van een bos- naar een savanne-ecosysteem. Onze analyses laten zien dat het Amazonewoud met name het zuidwestelijke deel van het stroomgebied, zulke kantelpunten afhoudt.” (Arie Staal)

Zijn er al delen van de Amazone dicht bij een kantelpunt?

Arie: “Ik denk het wel. Vooral doordat de droge delen met een neerslag tot 1500 millimeter per jaar, waarbij er nog wel bos is, vatbaar zijn voor een permanente verandering, ingezet door vuur, naar een niet-bossig, savane-achtig ecosysteem. Maar dat is op lokale schaal. Savannes kunnen bij hoge neerslag stabiel zijn door een terugkoppeling tussen de grassen en het vuur, als er een droog seizoen is die het vuur toelaat. Dat laatste is wel een voorwaarde. Veel bossen in de Amazone lijken daar aan te voldoen. Die kennen een droog seizoen waarin er een lokale transitie plaatsvindt naar een savannesysteem.”

Zijn er ook al gebieden echt gekanteld?

Arie: “Ja. Een goed voorbeeld is te vinden in het onderzoek van mijn collega Bernardo Flores, door hem beschreven in Floodplains as an Achilles’ heel of Amazonian forest resilience’. Dat gaat over overstromingsgebieden in de Amazone. Hij heeft geconstateerd dat twee keer branden van het hetzelfde bos in de overstromingsgebieden leidt tot gebrek aan herstel. Bij een keer lijkt het nog goed te gaan met de bossen in de Amazone, maar als er binnen een aantal jaren twee keer een brand overheen gaat lijken ze daar niet op aangepast. In tegenstelling tot de savannes, daar hebben de bomen zich wel aangepast aan vuur.”

Heeft dat ook met de bodem te maken?

Arie: “In dit geval zeker. Die overstromingsgebieden zijn zo gevoelig voor kanteling, omdat de wortels van de bomen daar aan de oppervlakte zitten en gemakkelijk branden. Verder spoelen de voedingsstoffen van de bomen weg als er brand is geweest.”

In hoeverre is bodemonderzoek onderdeel van jouw werk?

Arie: “We weten eigenlijk heel weinig van de bodem. Ook hier is er gebrek aan data.”

Wat is er de oorzaak van dat er nu pas wordt begonnen met gedegen bodemonderzoek?

Arie: “Praktische zaken als bereikbaarheid. Er zijn gebieden op de wereld waar de bodem goed in kaart is gebracht, omdat er dichtbij mensen wonen en werken. In de Amazone is dat niet zo.”

In het systeem van de waterkringloop is de bodem toch belangrijk, zoniet belangrijker?

Arie: “Dat is een van de blinde vlekken die er nog zijn, door gebrek aan onderzoek. Bodemonderzoek is gewoon heel veel werk, praktisch. Je moet metingen doen, in de grond boren en zo, op onbegaanbare plekken. Bodems kunnen we niet vanuit de ruimte meten, veel andere dingen wel.”

“Gedurende droge periodes blijven bomen toegang hebben tot het diepe grondwater, waardoor de verdamping op gang gehouden wordt.” (Stefan Dekker, universitair hoofddocent aan de Universiteit Utrecht en hoogleraar aan de Open Universiteit)

Speelt de invloed van de mens in jouw onderzoek nog een rol?

Arie: “De menselijke factor is er altijd, maar speelt in mijn onderzoek geen grote rol. Mijn onderzoek is meer relevant in de context van de veranderingen die mensen in het systeem brengen dan dat ik specifiek kijk naar de invloed van mensen in het systeem.”

Onderzoekers van onder andere Naturalis in Leiden hebben in kaart gebracht in hoeverre de menselijke invloed van vroeger nu nog te zien is in de soortensamenstelling. Dat levert reacties op als: “Ah, het is dus geen oerwoud maar een botanische tuin”.

Arie: “Het systeem wordt er alleen maar interessanter van, en mooier op een bepaalde manier.”

Foto: C. Cornell Evers

Een jaar later, het is mei 2018, ontmoet ik Arie Staal weer. Het mede door hem geschreven artikel Forest-rainfall cascades buffer against drougt across the Amazon’ bij Nature Climate Change staat op het punt van publicatie. Eind vorig jaar was hij in het plaatsje Barcelos, bekend om de handel in tropische aquariumvissen en gelegen aan de Negro-rivier in Amazonas. Hij was daar met Bernardo Flores van het eerder genoemde artikel ‘Floodplains as an Achilles’ heel of Amazonian forest resilience’.

Arie: “Ik ben een week met hem meegelopen, bij zijn veldwerk. Zijn promotie-onderzoek ging over de gevoeligheid van de overstromingsvlaktes van de Amazone, of in dit geval de Rio Negro (Negro-rivier – CCE) na verbranding. Hoe brandbaar zijn ze en hoe goed herstellen ze na een brand? Hij heeft wat bomen geplant in verbrande overstromingsvlaktes, op plekken die niet zijn verbrand, een keer zijn verbrand en twee keer, om te kijken hoe die zich herstellen. En om beter te begrijpen waarom die verbrande bossen – dat was de conclusie van zijn promotie onderzoek – als ze twee keer zijn verbrand, niet meer lijken te herstellen. Dat was de vraag. Dit ging over het monitoren van een experiment om vervolgvragen te beantwoorden. We hebben metingen gedaan op plekken die een keer waren verbrand, zeven jaar geleden, en op plekken die twee keer waren verbrand, zeven jaar geleden en veertien jaar geleden. En dat is een wereld van verschil, die twee plekken. Bij een brand van zeven jaar geleden zie je veel open landschap, maar er is wel houtachtige begroeiing die terugkeert. Het is ook duidelijk dat het een licht ontvlambaar ecosysteem is, met veel grassen, droog, warm. Als het een tijdje met rust wordt gelaten, zou dat wel weer kunnen herstellen naar bos. Op de plekken die twee keer zijn verbrand was er weinig indicatie in die richting. Daar groeiden amper bomen terug, er waren kruiden en grassen. Daarvan zou ik zeggen, puur visueel, dat daar een kantelpunt is geweest.”

Amazone – De ondergang van het regenwoud
De vraagstukken waarmee het Amazone-gebied kampt, bestaan uit een complex samenspel van factoren. De Britse schrijver George Monbiot schreef hierover al begin jaren negentig in zijn boek ‘Amazone – De ondergang van het regenwoud’. Hij gaat daarin onder andere de route na die het illegaal, in reservaten, gekapt tropisch hardhout volgt, tot aan de detailhandel in Europa. Ook staat hij uitgebreid stil bij de beplantingsmethoden waarmee de inheemse volken, en dan met name de Kayapó, het woud naar hun hand zetten, en ontzenuwt daarmee tegelijkertijd het sprookje als zou het regenwoud in Brazilië ongerepte natuur zijn.

George Monbiot betoogt in zijn boek ‘Amazone – De ondergang van het regenwoud’ dat het Amazonewoud minder maagdelijk is als vaak wordt beweerd en zelfs ooit in zijn totaliteit is verbrand. En toch is er regenwoud.

Arie: “Het is ook een kwestie van naar welke tijdschalen je kijkt. Het punt dat ik maak met ‘er is een kantelpunt geweest’ wil zeggen dat onder de huidige omstandigheden, klimatologisch, maar je kunt ook zeggen met de huidige mate van emissies, van brand, het systeem, die lage bosbedekking, stabiel is.”

Foto: C. Cornell Evers

Is hoge bosbedekking vochtiger?

Arie: “Dat is een van de componenten. Het bladerdek houdt het microklimaat vochtig en die grassen die in het open veld wel kunnen groeien maar niet onder het bladerdek, omdat er veel schaduw is, zijn veel brandbaarder, drogen gemakkelijk uit, en mits er een relatief droog seizoen is, kunnen die veel gemakkelijker ontvlammen.”

En bij gemakkelijker ontvlammen is de kans op herstel van de hoge bosbedekking bijna nihil, omdat er waarschijnlijk vaker en gemakkelijker branden voorkomen?

Arie: “Dat nihil, daar moet ik voorzichtig mee zijn. In sommige gevallen gebeurt dat inderdaad niet. In andere gevallen wel, maar dat hangt ook weer van de omstandigheden af. Hoe langer het droge seizoen duurt, hoe gemakkelijker het gras ontvlamt en hoe moeilijker het bos terugkomt.”

“Nieuw in dit onderzoek is dat we op een niet eerder vertoond detailniveau deze vochtstromen in de atmosfeer boven de Amazone konden analyseren. Op deze manier konden wij precies in kaart brengen waar en wanneer bossen in de Amazone regen genereren.” (Obbe Tuinenburg, universitair docent aan de Universiteit Utrecht en expert in atmosferische vochttransporten)

Arie: “We hebben over de hele Amazone berekend hoeveel water de bosbedekking die er is maandelijks uit de grond pompt, hoeveel water de bomen extra in de atmosfeer brengen ten opzichte van de situatie als ze er niet waren geweest. Op basis van die patronen simuleerden we waar die watermoleculen heen worden gebracht – de vliegende rivieren. Vervolgens hebben we dat ook weer gerelateerd aan de mate van stabiliteit van het bos op de plek waar die regen neervalt. We hebben een schatting van iedere 25 kilometer bij 25 kilometer in de Amazone waar op maandelijkse basis is te zien hoeveel het bos daar aan de regen bijdraagt en wat de rol van dat water is in de stabiliteit van dat bos ten opzichte van de stabiliteit van savanne.”

Je bedoelt: de ontvangende bossen?

Arie: “Ja, de ontvangende bossen. En omdat wij dat op maandelijkse basis hebben gedaan, gedurende een heel aantal jaren, hebben we ook gevonden dat als de maanden en de jaren droger zijn, de relatieve bijdrage van het bos aan de regenval in de Amazone toeneemt.”

De ontvangende bossen zijn ook verdampende bossen?

Arie: “Dat klopt.”

Foto: Alberto César Araújo

Je zei eerder dat hoe zuidelijker van de evenaar hoe groter de problematiek is.

Arie: “Precies. Ons onderzoek laat zien hoe belangrijk de door het Amazonewoud gegenereerde regenval is voor de ontvangende bossen daar. We zien dat de zuidwestelijke Amazone en het noordelijke puntje van het Braziliaanse Amazonegebied daar het meest afhankelijk van zijn. Zonder de regenval die zij ontvangen van de andere bossen, is de kans dat er savanne ontstaat relatief groot. Daar is savanne stabieler dan bos. Het zuidwestelijke deel van de Amazone is zonder de bijdrage van dat bos veel gevoeliger om in die vuurbosbedekkingsspiraal terecht te komen, waardoor er een savanne-achtig systeem ontstaat. Tegelijkertijd dragen, zo wijst ons onderzoek uit, de zuidelijke bossen het meest bij aan het voorkomen van die spiraal.”

Maar staan die twee zaken niet haaks op elkaar?

Arie: “Niet haaks, maar het is interessant dat de patronen niet helemaal hetzelfde zijn, gedeeltelijk ook weer wel. De ontvangende bossen in de zuidwestelijke Amazone zijn heel gevoelig voor een afname in regenval. Bij onze resultaten heeft dat een groot effect. Waar genereert het bos nou zoveel regenval? Dat is eigenlijk in die hele zuidelijke helft maar ook in het noordoosten. Ik verklaar dat doordat die zuidelijke bossen een groot en langdurig droog seizoen hebben en juist in dat droge seizoen komt er in die bossen relatief veel water uit de grond.”

“We vinden dat juist het gedeelte van de Amazone waar het meest wordt ontbost – het zuidelijke gedeelte – essentieel is voor het in stand houden van de regenval in de gevoeligste bossen in de regio.” (Arie Staal)

Ook de oostelijke staat Pará, met veel ontbossing, onderscheidt zich in dit opzicht van bijvoorbeeld de westelijke staat Amazonas, waar nog veel bos is.

Arie: “Ik vermoed dat er met betrekking tot het bos in Amazonas sprake is van een onderschatting van het model. Een droog seizoen is daar amper een droog seizoen – hoewel dat verandert – en veel verdamping vindt er plaats vanaf het bladerdek zelf in plaats van dat het water wordt opgepompt. Dat laatste komt vooral omdat het daar zo nat is.”

Waarom zou een boom daar nog water oppompen?

Arie: “Dat is wat het model wat we gebruiken ook zegt. Waarom dit patroon zo verschilt? In het droge seizoen is het pompeffect hoog. In de zuidelijke Amazone gaat er in die maanden veel wind naar de zuidwestelijke Amazone en dat is een belangrijke reden dat het patroon er zo uitkomt. Een combinatie van de seizoensgebonden windpatronen van de regenval in de bijdragende bossen en ook vooral de regenval in de ontvangende bossen.”

En wat kan deze balans verstoren?

Arie: “Klimaatverandering kan al de windpatronen of eigenlijk de vochtaanvoer beïnvloeden. We zien nu al een aantal jaren een verminderde aanvoer van regenval vanuit de Atlantische Oceaan. We zien dat in die jaren de bijdrage van het bos aan de regenval groter is, De windpatronen kunnen ook beïnvloed worden door ontbossing en in welke mate dat kan plaatsvinden begrijpen we nog niet goed genoeg. Dat is enorm complex, de atmosfeer is een heel lastig systeem om te modelleren. Om iets echt goed te begrijpen, is het nodig om te experimenteren. Dat zou in dit geval een ontbossing op grote schaal impliceren. Maar dat is natuurlijk geen optie.”

Arie Staal. Zijn onderzoeksvelden voor de toekomst zijn vochtcirculatie en vuur. Maar eerst promoveert hij binnenkort met de verdediging van zijn proefschrift Resilience of tropical forest and savanna: bridging theory and observation’.

‘Forest-rainfall cascades buffer against drought across the Amazon.’ Arie Staal, Obbe A. Tuinenburg, Joyce H.C. Bosmans, Milena Holmgren, Egbert H. van Nes, Marten Scheffer, Delphine Clara Zemp & Stefan C. Dekker. Nature Climate Change, doi:10.1038/s41558-018-0177-y (28 mei 2018)

Nawoord
*Arie Staal refereert met zijn “This Is Spiral Death” aan de legendarische mockumentary “This Is Spinal Tap” uit 1984, “The Funniest Rock Movie Ever Made”.

Ik heb mijn oude analoge synth weer opgeduikeld.

Arie: “Als je er ook nog een versterker bij hebt die helemaal tot 11 kan gaat het synthesizerbandje Spiral Death ongetwijfeld een groot succes worden.”

Ben eigenlijk niet zo van de synthesizerbandjes. Vind Spiral Death ook meer iets voor overstuurde gitaren enzo…

Arie: “Daar heb je wel een punt.”

Screen shot from 1984 mockumentary “This Is Spinal Tap”
Dit artikel is mede mogelijk gemaakt door het Matchingfonds van De Coöperatie, een initia­tief voor freelance journalisten.