Maaari mong asahan na magmumula sa isang explorer ang gayong nakakagat-labis na anekdota, ngunit si Dr Reimer ay isang mathematician at lecturer sa Unibersidad ng Utah, pati na rin bilang bahagi ng isang komunidad na nagpalit ng mga maaliwalas na silid-aralan para sa ilan sa mga pinaka-hindi magiliw na kagubatan sa Earth. , sa isang bid na gumamit ng mga numero upang maunawaan ang global warming.
Ang kanilang mga pakikipagsapalaran ay nagbibigay-daan sa kanila na obserbahan mismo ang mga prosesong nagtutulak ng pagbabago sa mga rehiyon ng polar at mapatunayan ang kanilang mga teorya sa matematika ng yelo sa dagat at ang papel nito bilang isang kritikal na bahagi sa sistema ng klima ng Earth.
Ang kapal at lawak ng yelo sa dagat sa Arctic ay mabilis na bumaba mula noong unang ginawa ang mga pagsukat ng satellite 1979.
Ang yelo sa dagat ay ang refrigerator ng Earth, na sumasalamin sa sikat ng araw pabalik sa kalawakan. Ang pangmatagalang presensya nito ay mahalaga sa kinabukasan ng ating planeta dahil, habang mas maraming yelo ang natutunaw, mas maraming madilim na tubig ang nakalantad na sumisipsip ng mas maraming sikat ng araw. Ang tubig na pinainit ng araw na ito ay natutunaw ng mas maraming yelo sa isang self-reinforcing cycle na tinatawag na ice albedo feedback.
Habang ang pagbaba ng yelo sa dagat ay marahil ang isa sa mga nakikitang malakihang pagbabago na konektado sa pag-init ng planeta sa ibabaw ng Earth, ang pagsusuri, pagmomodelo at paghula sa gawi nito at ang tugon ng polar system na sinusuportahan nito ay napakahirap, ngunit makakatulong ang mga mathematician.
Si Kenneth Golden, isang kilalang propesor ng matematika at adjunct na propesor ng biomedical engineering sa Unibersidad ng Utah, ay bumuo ng isang natatanging programa ng yelo sa dagat sa loob ng 30 taon. Ang kumbinasyon ng pananaliksik sa matematika, pagmomodelo ng klima at kapana-panabik na mga ekspedisyon sa larangan, ay umakit sa mga mag-aaral at postdoctoral na mga mananaliksik, kabilang si Dr Reimer, na nakatutok sa paggamit ng ganitong uri ng agham upang tumulong sa pagharap sa mga hamon ng mabilis na pagbabago ng klima.
Pinag-aralan ni Dr Reimer kung paano tumutugon ang mga polar bear at seal sa mga pagbabago sa kanilang nagyelo na kapaligiran. Habang gumagamit siya ng mga mathematical na modelo upang maunawaan ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga nilalang na ito at ng kanilang tirahan, kumuha din siya ng mga sukat at sample mula sa mga oso sa Arctic, na isang bagay na hindi niya inaasahang gagawin bilang isang mathematician. "Hindi sila ganap na natutulog kapag sila ay tranquilized; sila ay groggy,” paliwanag niya. "Ang isa sa kanila ay natakot sa akin dahil tila ito ay maaaring magising sa isang punto."
Gumagawa ng mga sukat si Dr Reimer mula sa isang sedated polar bear sa Arctic.
Ang kanilang lumiliit na tirahan ay nangangahulugan na ang mga polar bear ay naglalakad sa manipis na yelo, ngunit inaasahan na ang mga pag-aaral tulad ng Dr Reimer ay makakatulong sa mga eksperto na maunawaan kung paano protektahan ang mga maringal na mandaragit.
Gayunpaman, ito ay ang "nakakagulat" na mikroskopiko na mundo ng bakterya at algae na naninirahan sa maalat na mga bulsa ng tubig sa loob ng yelo sa dagat na ngayon ay nasasabik sa kanya. Ang biyolohikal na komunidad na ito at ang tirahan nito ay naiimpluwensyahan ng mga pagbabago sa temperatura, kaasinan at liwanag, na nagpapahirap sa pag-modelo nang tumpak. Sa kanyang kasalukuyang trabaho, si Dr Reimer ay gumagawa ng mga modelo upang maunawaan kung paano nakikipag-ugnayan ang mga salik na ito upang matukoy ang biological na aktibidad sa loob ng yelo. "Ang pag-unawa kung paano nag-aambag ang mga proseso sa maliliit na kaliskis na ito sa mga pattern sa antas ng macro ay kritikal sa pagmomodelo ng epekto ng isang umiinit na klima sa polar marine ecology," paliwanag niya.
Ito ay ang hamon ng pag-unawa kung paano ang mikroskopiko na istraktura ng yelo sa dagat ay nakakaapekto sa pag-uugali ng napakalaking expanses ng yelo na interes Prof Golden. Siya ay bumisita sa mga polar na rehiyon ng Earth nang 18 beses, na tinakasan ang hanging pakanluran na kilala bilang "Roaring Forties" upang maabot ang Antarctica sa pamamagitan ng barko at bahagyang iniiwasang bumulusok sa nagyeyelong tubig habang sinusukat ang yelo sa dagat. "Isang pagkakataon ay binisita ako ng isang napakalaking balyena mga walong talampakan ang layo, na madaling nabasag ang manipis na floe na sinasakyan ko sa isang kaswal na pagpitik ng buntot nito," sabi niya.
Pinag-aaralan ni Prof Golden ang microstructure ng sea ice para kalkulahin kung gaano kadaling dumaloy ang fluid dito. “Ang sea ice ay maalat. Mayroon itong porous microstructure ng brine inclusions na ibang-iba sa freshwater ice," sabi niya.
Pinangunahan ni Prof Golden ang mga interdisciplinary team na hulaan ang kritikal na temperatura kung saan kumonekta ang mga brine inclusion upang ang fluid ay dumaloy sa sea ice, at bumuo ng unang X-ray tomography technique upang suriin kung paano nagbabago ang geometry ng mga inklusyon sa temperatura. "Ang pag-unawa kung paano tumatagos ang tubig-dagat sa pamamagitan ng yelo sa dagat ay isa sa mga susi sa pagbibigay-kahulugan kung paano maglalaro ang pagbabago ng klima sa polar marine environment," paliwanag niya.
Ang pagtuklas sa "on-off switch" na ito ay nakatulong sa mga siyentipiko na mas maunawaan ang mga proseso tulad ng kung paano nire-replenished ang mga nutrients na nagpapakain sa mga komunidad ng algal na naninirahan sa mga brine inclusion.
Ipinakikita ng mga pag-aaral ni Propesor Golden kung gaano kadaling dumaloy ang likido sa pamamagitan ng yelo sa dagat, na may porous na microstructure ng brine inclusions (nakalarawan). WF Weeks at A. Assur, CRREL (Ulat ng US Army Cold Regions Research and Engineering Lab) 269, 1969
Naaapektuhan din ng brine sa sea ice ang radar signature nito, na nakakaapekto sa satellite measurements ng mga parameter tulad ng kapal ng yelo na ginamit upang patunayan ang mga modelo ng klima. Ang mga modelong ito ay mahalaga dahil hinuhulaan nila ang mga pagbabago sa hinaharap sa ating klima at ginagamit ng mga pinuno ng mundo at mga siyentipiko upang makabuo ng mga diskarte sa pagpapagaan.
Ang pagkakaiba-iba ng yelo ay nagpapakita ng isang hamon, ngunit ang pagkakaiba-iba sa mga mananaliksik, guro at mag-aaral ay lumilikha ng perpektong kapaligiran para sa mga sariwang ideya. Sa US, isang-kapat lamang ng mga digri ng doktor sa matematika at computer science ang iginawad sa mga kababaihan noong 2015, ngunit ang mga iskema gaya ng University of Utah's ACCESS Ang programa ay nag-aalaga ng mga mahuhusay na babaeng mathematician sa pamamagitan ng pagtulong sa kanila na i-unlock ang mga pagkakataon tulad ng mentoring at hands-on na pananaliksik. Ang mga ekspedisyon sa Arctic ay hindi lamang nagbibigay sa mga mag-aaral ng mataas na karanasan, ngunit tiyakin na ang mga mathematician ay kasangkot sa makabagong pananaliksik at mga solusyon, kasama ang mga siyentipiko at inhinyero ng klima.
Kapag hindi nila nilalabanan ang blizzard, nagtatrabaho sina Dr Reimer at Prof Golden sa mga collaborative, interdisciplinary na proyekto at co-mentor na babaeng undergraduate na estudyante bilang bahagi ng ACCESS program. Pagkatapos i-refresh ang bahagi ng matematika noong 2018 upang isama ang pagbabago ng klima, nakita ni Prof Golden ang halos triple ng bilang ng mga mag-aaral ng ACCESS na interesadong kumuha ng major sa matematika o placement ng pananaliksik kaysa dati.
Si Rebecca Hardenbrook, na isa sa mga mag-aaral ng PhD ng Propesor Golden, ay nagsabi: “Ang pagtutuon sa mga mahahalagang isyu tulad ng pagbabago ng klima ay nakakaakit ng higit pa sa mga taong gusto natin sa matematika, na lahat ng tao, ngunit sa partikular, mga kababaihan, mga taong may kulay, mga kakaibang tao; sinuman mula sa isang hindi gaanong kinatawan na background.”
Sumali si Hardenbrook sa programa ng ACCESS bago ang kanyang unang taon bilang isang undergraduate, na ginugugol ang tag-araw sa isang lab ng astrophysics, na nagbukas ng kanyang mga mata sa posibilidad ng pagsasaliksik. "Ito ay talagang pagbabago ng buhay," sabi niya, hindi bababa sa dahil nagpasya siyang ituloy ang isang PhD sa matematika kasama si Prof Golden pagkatapos mag-aral ng thermal transport sa pamamagitan ng sea ice bilang isang undergraduate.
Si Rebecca Hardenbrook ay nagtuturo ng matematika sa mga estudyante sa University of Utah sa Salt Lake City.
Binibigyang-inspirasyon niya ngayon ang mga mas batang mag-aaral sa ACCESS scheme bilang isang katulong sa pagtuturo, pati na rin ang pagmomodelo ng mga natutunaw na pond, na mga pool ng tubig sa Arctic sea ice. Ang mga pond na ito ay gumaganap ng isang mapagpasyang papel sa pagtukoy sa mga pangmatagalang rate ng pagkatunaw ng takip ng yelo sa dagat ng Arctic sa pamamagitan ng pagsipsip ng solar radiation sa halip na ipakita ito. Habang lumalaki sila at nagsasama-sama, sumasailalim sila sa isang transition sa fractal geometry, na epektibong lumilikha ng walang katapusang pattern na maaaring imodelo ng mga mathematician.
Si Hardenbrook ay nagtatayo sa isang dekada ng trabaho sa mga melt pond ni Prof Golden at ng mga nakaraang mag-aaral at mananaliksik sa unibersidad sa pamamagitan ng pag-angkop sa klasikal na modelong Ising, na binuo mahigit isang siglo na ang nakalipas at ipinapaliwanag kung paano makakakuha o mawawalan ng magnetism ang mga materyales, para matunaw ang modelo. pond geometry. "Umaasa ako na gawing mas tumpak ang modelo para sa yelo sa dagat upang mailagay ito sa mga modelo ng klima sa mundo upang lumikha ng isang mas tumpak na diskarte sa pagtugon sa mga natutunaw na lawa, na may nakakagulat na epekto sa albedo ng Arctic," paliwanag niya.
Nalutas na ng mga mathematician ang palaisipan kung paano tukuyin ang lapad ng undulating marginal sea ice zone, na umaabot mula sa siksik na panloob na core ng pack ice hanggang sa mga panlabas na palawit , kung saan maaaring basagin ng mga alon ang lumulutang na yelo.
Si Court Strong, na isang atmospheric scientist at isa sa mga kasamahan ni Prof Golden sa University of Utah, ay nakakuha ng inspirasyon mula sa hindi pangkaraniwang pinagmulan: ang cerebral cortex ng utak ng daga. Napagtanto niya na maaari nilang gamitin ang parehong pamamaraan ng matematika upang sukatin ang lapad ng marginal ice zone tulad ng ginagawa nila para sa pagsukat ng kapal ng bumpy brain ng rodent, na mayroon ding maraming pagkakaiba-iba. Sa tulong ng pinasimpleng modelong ito, naipakita ng team na ang marginal ice zone ay lumawak nang humigit-kumulang 40% habang umiinit ang ating klima.
Ang pamamaraan ng ACCESS ng unibersidad ng Utah, kabilang ang mga hands-on na pananaliksik nito, ay naglulubog sa mga mag-aaral sa isang interdisciplinary na kapaligiran kung saan ang matematika ay bahagi ng isang mas malaking larawan. Hinihikayat nito ang cross pollination, kung saan ang mga pamamaraan at ideya mula sa tila hindi nauugnay na mga lugar ng agham ay maaaring gamitin upang malutas ang mga problema kapag ang pinagbabatayan ng matematika ay mahalagang pareho.
"Kapag ipinakita sa iyo ang isang hindi pangkaraniwang sitwasyon, kailangan mo ng iba't ibang uri ng pag-iisip upang tingnan nang malinaw ang isang problema at magkaroon ng mga solusyon," sabi ni Prof Golden.
Ang pagkawala ng yelo sa dagat na nakikita sa Arctic ay nangyari sa loob lamang ng ilang dekada at nagpapatuloy sa isang nakababahala na bilis.
"Kailangan natin ang lahat ng magagandang utak at iba't ibang paraan ng pag-iisip na makukuha natin, at kailangan natin sila nang mabilis," sabi niya.
Ang artikulong ito ay nasuri para sa University of Utah, National Science Foundation at Office of Naval Research ni Elvis Bahati Orlendo, International Foundation for Science, Stockholm at Dr Magdalena Stoeva, FIOMP, FIUPESM.
Magbasa pa tungkol sa Makilahok sa 5th International Polar Year 
Magbasa nang higit pa tungkol sa Call for Bid to host the IPY-5 International Coordination Office | deadline: 6 Pebrero Magbasa pa tungkol sa Call for IPY-5 National Committees 
