Можда бисте очекивали да ће таква анегдота за нокте доћи од истраживача, али др Реимер је математичар и предавач на Универзитету Јута, а такође је и део заједнице која је заменила удобне учионице за неке од најнегостољубивијих дивљина на Земљи. , у покушају да користимо бројеве за разумевање глобалног загревања.
Њихове авантуре им омогућавају да из прве руке посматрају процесе који покрећу промене у поларним регионима и потврде своје математичке теорије о морском леду и његовој улози као критичној компоненти у климатском систему Земље.
Дебљина и обим морског леда на Арктику је брзо опао од када су сателитска мерења први пут извршена 1979.
Морски лед је Земљин фрижидер, који рефлектује сунчеву светлост назад у свемир. Његово трајно присуство је важно за будућност наше планете јер, што се више леда топи, изложено је више тамне воде која упија више сунчеве светлости. Ова вода загрејана сунцем топи више леда у циклусу који се самопојачава званом ледени албедо povratne информације.
Док је смањење морског леда можда једна од највидљивијих промена великих размера повезаних са загревањем планета на површини Земље, анализирање, моделирање и предвиђање његовог понашања и одговора поларног система који подржава је невероватно тешко, али математичари могу помоћи.
Кенет Голден, угледни професор математике и ванредни професор биомедицинског инжењерства на Универзитету Јута, изградио је јединствени програм морског леда током 30 година. Његова комбинација истраживања математике, климатског моделирања и узбудљивих експедиција на терену, привукла је студенте и постдокторске истраживаче, укључујући др Реимера, који су фокусирани на коришћење ове врсте науке како би помогли у суочавању са хитним изазовима климе која се брзо мења.
Др Реимер је проучавао како поларни медведи и фоке реагују на промене у свом смрзнутом окружењу. Док је користила математичке моделе да разуме интеракцију између ових створења и њиховог станишта, такође је узимала мерења и узорке од медведа на Арктику, што није очекивала да ће урадити као математичар. „Они не спавају потпуно када су смирени; они су гроги“, објашњава она. „Један од њих ме је престрашио јер се чинило да би се у једном тренутку могао пробудити.
Др Реимер врши мерења са седативног поларног медведа на Арктику.
Њихово станиште које се смањује значи да поларни медведи ходају по танком леду, али се надамо да ће студије попут Др Реимера помоћи стручњацима да схвате како да заштите величанствене предаторе.
Међутим, сада је узбуђује „запањујући“ микроскопски свет бактерија и алги које живе у џеповима слане воде унутар морског леда. Ова биолошка заједница и њено станиште су под утицајем промена температуре, салинитета и светлости, што отежава прецизно моделирање. У свом тренутном раду, др Реимер конструише моделе како би разумела како ови фактори интерагују како би одредили биолошку активност унутар леда. „Разумевање како процеси на овим малим скалама доприносе обрасцима на макро нивоу је кључно за моделирање утицаја климе загревања на поларну екологију мора“, објашњава она.
Професор Голден занима изазов разумевања како микроскопска структура морског леда утиче на понашање огромних леда. Он је 18 пута посетио поларне регионе Земље, храбривши се западним ветровима познатим као „Рујеће четрдесете“ да бродом стигну до Антарктика и за длаку избегавајући урањање у ледене воде док је мерио морски лед. „Једном ме је посетио масивни кит удаљен око осам стопа, који је лако могао да сломи танку плаву на којој сам се налазио уз повремени покрет репа“, каже он.
Професор Голден проучава микроструктуру морског леда да би израчунао колико лако течност може да тече кроз њега. „Морски лед је слан. Има порозну микроструктуру инклузија слане воде која се веома разликује од слатководног леда“, каже он.
Професор Голден је водио интердисциплинарне тимове да предвиде критичну температуру на којој се инклузије слане воде спајају тако да течност може да тече кроз морски лед, и да развију прву технику рендгенске томографије за анализу како се геометрија инклузија развија са температуром. „Разумевање како морска вода продире кроз морски лед је један од кључева за тумачење како ће се климатске промене одиграти у поларном морском окружењу“, објашњава он.
Откривање овог „прекидача за укључивање-искључивање“ помогло је научницима да боље разумеју процесе као што је начин на који се хранљиви састојци који хране заједнице алги које живе у инклузијама слане воде обнављају.
Студије професора Голдена показују како лако течност може да тече кроз морски лед, који има порозну микроструктуру инклузија слане воде (на слици). ВФ Веекс и А. Ассур, ЦРРЕЛ (Лабораторија за истраживање и инжењеринг хладних региона америчке војске) Извештај 269, 1969.
Сланица у морском леду такође утиче на његов радарски потпис, што утиче на сателитска мерења параметара као што је дебљина леда која се користи за валидацију климатских модела. Ови модели су важни јер предвиђају будуће промене наше климе и користе их светски лидери и научници да осмисле стратегије ублажавања.
Разноликост леда представља изазов, али разноликост међу истраживачима, наставницима и студентима ствара савршено окружење за свеже идеје. У САД је само једна четвртина докторских диплома из математике и рачунарских наука додељена женама 2015. године, али шеме као што је Универзитет Јута АЦЦЕСС програм негује талентоване математичарке помажући им да откључају могућности као што су менторство и практична истраживања. Експедиције на Арктик не само да студентима пружају узвишено искуство, већ осигуравају да су математичари укључени у најсавременија истраживања и решења, заједно са научницима и инжењерима о клими.
Када се не боре са мећавама, др Рајмер и проф. Голден раде на сарадничким, интердисциплинарним пројектима и коментирају студенткиње основних студија у оквиру програма АЦЦЕСС. Након што је 2018. освежио математичку компоненту како би укључио климатске промене, професор Голден је приметио да је отприлике утростручио број студената АЦЦЕСС-а који су заинтересовани за математику или истраживачку праксу него раније.
Ребека Харденбрук, која је једна од студената докторских студија професора Голдена, каже: „Фокусирање на хитна питања попут климатских промена привлачи више људи које желимо да се баве математиком, а то су сви, али посебно жене, обојени људи, куеер људи; било ко из недовољно заступљеног порекла.”
Харденбрук се придружила програму АЦЦЕСС пре прве године студија, проводећи лето у лабораторији за астрофизику, што јој је отворило очи за могућност истраживања. „То је заиста променило живот“, каже она, не само зато што је одлучила да настави докторат из математике код професора Голдена након што је студирала термални транспорт кроз морски лед као додипломски.
Ребека Харденбрук предаје математику студентима на Универзитету Јута у Солт Лејк Ситију.
Она сада инспирише млађе ученике на шеми АЦЦЕСС као асистент у настави, као и моделирањем отопљених језера, који су базени воде на арктичком морском леду. Ова језера играју одлучујућу улогу у одређивању дугорочне стопе топљења арктичког леденог покривача тако што апсорбују сунчево зрачење уместо да га рефлектују. Како расту и спајају се, пролазе кроз прелаз у фракталној геометрији, ефективно стварајући бескрајни образац који математичари могу моделирати.
Харденброок гради деценију рада на топљеним језерцима професора Голдена и претходних студената и истраживача на универзитету прилагођавањем класичног Изинговог модела, који је развијен пре више од једног века и објашњава како материјали могу добити или изгубити магнетизам, за моделирање топљења. геометрија рибњака. „Надам се да ћу модел морског леда учинити физички прецизнијим како би се могао ставити у глобалне климатске моделе како би се створио прецизнији приступ решавању топљених језера, која имају изненађујући ефекат на албедо Арктика“, објашњава она.
Математичари су већ решили загонетку како да дефинишу ширину таласасте маргиналне зоне морског леда, која се протеже од густог унутрашњег језгра омотаног леда до спољних рубова, где таласи могу да разбију плутајући лед.
Корт Стронг, који је атмосферски научник и један од колега професора Голдена на Универзитету у Јути, црпио је инспирацију из необичног извора: церебралног кортекса мозга пацова. Схватио је да би могли да користе исту математичку методу за мерење ширине маргиналне ледене зоне као што то раде за мерење дебљине квргавог мозга глодара, који такође има много варијација. Уз помоћ овог поједностављеног модела, тим је успео да покаже да се маргинална ледена зона проширила за око 40% како се наша клима загрејала.
АЦЦЕСС шема Универзитета у Јути, укључујући практична истраживања, урања студенте у интердисциплинарно окружење где је математика део шире слике. Подстиче унакрсно опрашивање, где се методе и идеје из наизглед неповезаних области науке могу користити за решавање проблема када је основна математика у суштини иста.
„Када се нађете у необичној ситуацији, потребне су вам различите врсте умова да јасно сагледате проблем и дођете до решења“, каже проф.
Губитак морског леда уочен на Арктику десио се током само неколико деценија и наставља се алармантним темпом.
„Потребни су нам сви добри мозгови и различити начини размишљања које можемо добити, а потребни су нам брзо“, каже он.
Овај чланак су прегледали Елвис Бахати Орлендо, Међународна фондација за науку, Стокхолм, и др Магдалена Стоева, ФИОМП, ФИУПЕСМ, за Универзитет Јута, Националну научну фондацију и Канцеларију за поморска истраживања.
Прочитајте више о томе како се укључити у 5. Међународну поларну годину 
Више о позиву за подношење понуда за домаћинство Међународне координационе канцеларије за IPY-5 | рок: 6. фебруар 
Више о позиву за националне комитете за IPY-5 
