Galite tikėtis, kad tokį skaudų anekdotą pateiks tyrinėtojas, tačiau daktaras Reimeris yra matematikas ir Jutos universiteto dėstytojas, taip pat yra bendruomenės, kuri iškeitė jaukias klases į kai kurias nepalankiausias Žemės dykumas. , siekiant panaudoti skaičius globaliniam atšilimui suprasti.
Jų nuotykiai leidžia jiems tiesiogiai stebėti procesus, skatinančius pokyčius poliariniuose regionuose, ir patvirtinti savo matematines teorijas apie jūros ledą ir jo, kaip svarbios Žemės klimato sistemos sudedamosios dalies, vaidmenį.
Jūros ledo storis ir dydis Arktyje greitai sumažėjo nuo tada, kai pirmą kartą buvo atlikti palydoviniai matavimai 1979.
Jūros ledas yra Žemės šaldytuvas, atspindintis saulės šviesą atgal į kosmosą. Nuolatinis jo buvimas yra svarbus mūsų planetos ateičiai, nes, tirpstant ledui, atsiranda daugiau tamsaus vandens, kuris sugeria daugiau saulės šviesos. Šis saulės sušildytas vanduo ištirpdo daugiau ledo savaime sustiprėjančiame cikle, vadinamame ledo albedu grįžtamasis ryšys.
Nors jūros ledo mažėjimas yra bene vienas iš labiausiai matomų didelio masto pokyčių, susijusių su planetos atšilimu Žemės paviršiuje, analizuoti, modeliuoti ir numatyti jo elgesį bei palaikomos poliarinės sistemos reakciją yra neįtikėtinai sunku, tačiau matematikai gali padėti.
Kennethas Goldenas, žymus matematikos profesorius ir biomedicinos inžinerijos profesorius Jutos universitete, per 30 metų sukūrė unikalią jūros ledo programą. Jo matematinių tyrimų, klimato modeliavimo ir įdomių lauko ekspedicijų derinys pritraukė studentus ir doktorantūros studijas baigusius tyrėjus, įskaitant dr. Reimerį, kurie daugiausia dėmesio skiria šio tipo mokslams, kad padėtų spręsti neatidėliotinus greitai kintančio klimato iššūkius.
Dr. Reimeris ištyrė, kaip baltieji lokiai ir ruoniai reaguoja į užšalusios aplinkos pokyčius. Nors ji naudojo matematinius modelius, kad suprastų šių būtybių ir jų buveinių sąveiką, ji taip pat atliko matavimus ir paėmė mėginius iš lokių Arktyje, ko ji niekada nesitikėjo padaryti kaip matematikė. „Jie visiškai nemiega, kai yra ramūs; jie aptingę“, – aiškina ji. „Vienas iš jų mane išgąsdino, nes atrodė, kad jis kada nors gali pabusti.
Daktaras Reimeris atlieka matavimus iš raminamo baltojo lokio Arktyje.
Mažėjanti jų buveinė reiškia, kad baltieji lokiai vaikšto plonu ledu, tačiau tikimasi, kad tokie tyrimai kaip dr. Reimeris padės ekspertams suprasti, kaip apsaugoti didingus plėšrūnus.
Tačiau dabar ją jaudina „protą pučiantis“ mikroskopinis bakterijų ir dumblių pasaulis, gyvenantis sūraus vandens kišenėse jūros ledo viduje. Šią biologinę bendruomenę ir jos buveinę įtakoja temperatūros, druskingumo ir šviesos pokyčiai, todėl sunku tiksliai modeliuoti. Savo dabartiniame darbe dr. Reimer kuria modelius, kad suprastų, kaip šie veiksniai sąveikauja, kad nustatytų biologinį aktyvumą lede. „Supratimas, kaip šių mažų mastelių procesai prisideda prie makrolygio modelių, yra labai svarbūs modeliuojant šylančio klimato poveikį poliarinei jūrų ekologijai“, – aiškina ji.
Prof. Golden yra iššūkis suprasti, kaip mikroskopinė jūros ledo struktūra veikia didžiulių ledo plotų elgesį. Jis 18 kartų lankėsi Žemės poliariniuose regionuose, atlaikydamas vakarų vėjus, vadinamus „riaumojančiais keturiasdešimtaisiais“, kad laivu pasiektų Antarktidą, ir vos vengdamas pasinerti į ledinį vandenį matuodamas jūros ledą. „Vieną kartą mane aplankė didžiulis banginis, esantis maždaug už aštuonių pėdų, kuris būtų nesunkiai sulaužęs ploną slėnį, ant kurios aš buvau, atsitiktinai uodegos brūkštelėjimu“, – pasakoja jis.
Prof. Golden tiria jūros ledo mikrostruktūrą, siekdamas apskaičiuoti, kaip lengvai per jį gali tekėti skystis. „Jūros ledas sūrus. Jis turi porėtą sūrymo inkliuzų mikrostruktūrą, kuri labai skiriasi nuo gėlavandenio ledo“, – sako jis.
Prof. Golden vadovavo tarpdisciplininėms grupėms, kurios numatė kritinę temperatūrą, kurioje sūrymo intarpai susijungia, kad skystis galėtų tekėti per jūros ledą, ir sukūrė pirmąjį rentgeno tomografijos metodą, skirtą analizuoti, kaip inkliuzų geometrija kinta priklausomai nuo temperatūros. „Supratimas, kaip jūros vanduo prasiskverbia per jūros ledą, yra vienas iš raktų aiškinant, kaip klimato kaita pasireikš poliarinėje jūrų aplinkoje“, – aiškina jis.
Šio „įjungimo-išjungimo“ jungiklio atradimas padėjo mokslininkams geriau suprasti procesus, pavyzdžiui, kaip papildomos maistinės medžiagos, maitinančios sūrymo inkliuzuose gyvenančias dumblių bendruomenes.
Profesoriaus Golden tyrimai rodo, kaip lengvai skystis gali tekėti per jūros ledą, turintį porėtą sūrymo inkliuzų mikrostruktūrą (nuotraukoje). WF Weeks ir A. Assur, CRREL (US Army Cold Regions Research and Engineering Lab) ataskaita 269, 1969 m.
Jūros lede esantis sūrymas taip pat veikia jo radaro parašą, kuris turi įtakos palydoviniams parametrų, tokių kaip ledo storis, matavimams, naudojamiems klimato modeliams patvirtinti. Šie modeliai yra svarbūs, nes jie numato būsimus mūsų klimato pokyčius, o pasaulio lyderiai ir mokslininkai juos naudoja siekdami sušvelninimo strategijų.
Ledo įvairovė yra iššūkis, tačiau mokslininkų, dėstytojų ir studentų įvairovė sukuria puikią aplinką naujoms idėjoms. JAV 2015 m. moterims buvo suteiktas tik ketvirtadalis matematikos ir informatikos mokslų daktaro laipsnių, tačiau tokios schemos kaip Jutos universitetas TEISĖ programa ugdo talentingas moteris matematikes, padėdamas joms atverti tokias galimybes kaip kuravimas ir praktiniai tyrimai. Ekspedicijos į Arktį ne tik suteikia studentams daugiau patirties, bet ir užtikrina, kad matematikai kartu su klimato mokslininkais ir inžinieriais dalyvautų pažangiausiuose tyrimuose ir sprendimuose.
Kai jie nekovoja su pūgomis, dr. Reimeris ir prof. Golden dirba su bendradarbiavimo, tarpdalykiniais projektais ir pagal ACCESS programą bendradarbiauja su bakalauro studentėmis. 2018 m. atnaujinęs matematikos komponentą, įtraukdamas klimato kaitą, prof. Golden pastebėjo, kad ACCESS studentų, norinčių studijuoti matematikos specialybę arba mokslinę praktiką, skaičius išaugo maždaug trigubai nei anksčiau.
Rebecca Hardenbrook, viena iš profesoriaus Golden doktorantūros studentų, sako: „susitelkimas į tokias neatidėliotinas problemas kaip klimato kaita pritraukia daugiau norimų žmonių į matematiką, ty visus, bet ypač moteris, spalvotus žmones, keistus žmones; bet kas iš nepakankamai atstovaujamos aplinkos“.
Hardenbrook prisijungė prie ACCESS programos prieš pirmuosius bakalauro metus ir vasarą praleido astrofizikos laboratorijoje, kuri atvėrė jai akis į galimybę atlikti mokslinius tyrimus. „Tai tikrai pakeitė gyvenimą“, – sako ji, be kita ko, dėl to, kad po bakalauro studijų šiluminio transporto per jūros ledą studijas nusprendė toliau studijuoti matematikos daktaro laipsnį pas prof. Golden.
Rebecca Hardenbrook dėsto matematikos studentams Jutos universitete Solt Leik Sityje.
Dabar ji įkvepia jaunesnius mokinius dalyvauti programoje ACCESS kaip mokytojo padėjėja, taip pat modeliuoja tirpsmo tvenkinius, kurie yra vandens telkiniai ant Arkties jūros ledo. Šie tvenkiniai atlieka lemiamą vaidmenį nustatant ilgalaikius Arkties jūros ledo dangos tirpimo tempus, nes sugeria saulės spinduliuotę, o ne ją atspindi. Kai jie auga ir jungiasi kartu, jie pereina į fraktalinę geometriją, efektyviai sukurdami nesibaigiamą modelį, kurį gali modeliuoti matematikai.
Hardenbrookas remiasi dešimtmetį profesoriaus Golden ir ankstesnių universiteto studentų ir tyrėjų darbu ties lydymosi tvenkiniais, pritaikydamas klasikinį Ising modelį, kuris buvo sukurtas daugiau nei prieš šimtmetį ir paaiškina, kaip medžiagos gali įgyti arba prarasti magnetizmą, kad būtų galima modeliuoti lydalą. tvenkinio geometrija. „Tikiuosi, kad jūros ledo modelis bus fiziškai tikslesnis, kad jį būtų galima įtraukti į pasaulinius klimato modelius ir sukurti tikslesnį požiūrį į tirpstančius tvenkinius, kurie turi stebėtiną poveikį Arkties albedui“, – aiškina ji.
Matematikai jau išsprendė mįslę, kaip apibrėžti banguotos ribinės jūros ledo zonos plotį, kuris tęsiasi nuo tankaus vidinio ledo šerdies iki išorinių pakraščių, kur bangos gali sulaužyti plūduriuojantį ledą.
Court Strong, atmosferos mokslininkas ir vienas iš prof. Goldeno kolegų Jutos universitete, įkvėpimo sėmėsi iš neįprasto šaltinio: žiurkės smegenų smegenų žievės. Jis suprato, kad jie gali naudoti tą patį matematinį metodą ribinės ledo zonos pločiui išmatuoti, kaip ir graužikų nelygių smegenų storiui, kuris taip pat turi daug skirtumų. Naudodama šį supaprastintą modelį, komanda sugebėjo parodyti, kad ribinė ledo zona išsiplėtė maždaug 40%, kai mūsų klimatas atšilo.
Jutos universiteto ACCESS schema, įskaitant praktinius tyrimus, panardina studentus į tarpdisciplininę aplinką, kurioje matematika yra platesnio vaizdo dalis. Tai skatina kryžminį apdulkinimą, kai sprendžiant problemas gali būti naudojami metodai ir idėjos iš iš pažiūros nesusijusių mokslo sričių, kai pagrindinė matematika iš esmės yra ta pati.
„Kai susiduriate su neįprasta situacija, jums reikia įvairių minčių, kad galėtumėte aiškiai pažvelgti į problemą ir rasti sprendimus“, - sako prof. Golden.
Jūros ledo praradimas Arktyje įvyko vos per kelis dešimtmečius ir tęsiasi nerimą keliančiu tempu.
„Mums reikia visų gerų smegenų ir skirtingų mąstymo būdų, kuriuos galime gauti, ir mums jų reikia greitai“, - sako jis.
Šį straipsnį Jutos universitete, Nacionaliniame mokslo fonde ir Karinio jūrų laivyno tyrimų biure peržiūrėjo Elvis Bahati Orlendo, Tarptautinis mokslo fondas, Stokholmas, ir dr. Magdalena Stoeva, FIOMP, FIUPESM.
Skaitykite daugiau apie dalyvavimą 5-ųjų tarptautinių poliarinių metų veikloje 
Skaitykite daugiau apie kvietimą teikti pasiūlymus dėl IPY-5 tarptautinio koordinavimo biuro įkūrimo | galutinis terminas: vasario 6 d. Skaitykite daugiau apie kvietimą steigti IPY-5 nacionalinius komitetus 
