Можеби очекувате таква анегдота која гризе нокти да дојде од истражувач, но д-р Рајмер е математичар и предавач на Универзитетот во Јута, како и дел од заедницата која ги замени пријатни училници за некои од најнегостопримливите дивини на Земјата. , во обид да се користат бројки за да се разбере глобалното затоплување.
Нивните авантури им овозможуваат од прва рака да ги набљудуваат процесите кои предизвикуваат промени во поларните региони и да ги потврдат нивните математички теории за морскиот мраз и неговата улога како критична компонента во климатскиот систем на Земјата.
Дебелината и обемот на морскиот мраз на Арктикот брзо се намалија откако за прв пат беа направени сателитски мерења 1979.
Морскиот мраз е ладилник на Земјата, кој ја рефлектира сончевата светлина назад во вселената. Нејзиното трајно присуство е важно за иднината на нашата планета бидејќи, како што се топи повеќе мраз, се изложува повеќе темна вода која апсорбира повеќе сончева светлина. Оваа вода загреана од сонцето топи повеќе мраз во самозајакнувачкиот циклус наречен мраз албедо повратна информација.
Додека падот на морскиот мраз е можеби една од највидливите големи промени поврзани со планетарното затоплување на површината на Земјата, анализата, моделирањето и предвидувањето на неговото однесување и одговорот на поларниот систем што го поддржува е неверојатно тешко, но математичарите можат да помогнат.
Кенет Голден, истакнат професор по математика и дополнителен професор по биомедицинско инженерство на Универзитетот во Јута, изгради уникатна програма за морски мраз во текот на 30 години. Нејзината комбинација на математички истражувања, климатско моделирање и возбудливи теренски експедиции, привлече студенти и постдокторски истражувачи, вклучително и д-р Рајмер, кои се фокусирани на користење на овој тип на наука за да помогнат во справувањето со итни предизвици на климата што брзо се менува.
Д-р Рајмер проучувал како поларните мечки и фоките реагираат на промените во нивната замрзната средина. Додека користела математички модели за да ги разбере интеракциите помеѓу овие суштества и нивното живеалиште, таа земала мерења и примероци од мечки на Арктикот, што никогаш не очекувала да го направи како математичар. „Тие не спијат целосно кога се смирени; тие се грогирани“, објаснува таа. „Еден од нив ме преплаши затоа што се чинеше дека може да се разбуди во одреден момент“.
Д-р Рајмер зема мерења од седативна поларна мечка на Арктикот.
Нивното намалување на живеалиштето значи дека поларните мечки одат по тенок мраз, но се надеваме дека студиите како онаа на д-р Рајмер ќе им помогнат на експертите да разберат како да ги заштитат величествените предатори.
Меѓутоа, сега ја возбудува „воодушевувачкиот“ микроскопски свет на бактерии и алги кои живеат во џебовите со солена вода во морскиот мраз. Оваа биолошка заедница и нејзиното живеалиште се под влијание на промените во температурата, соленоста и светлината, што го отежнува прецизното моделирање. Во нејзината сегашна работа, д-р Рајмер конструира модели за да разбере како овие фактори комуницираат за да ја одредат биолошката активност во мразот. „Разбирањето како процесите на овие мали размери придонесуваат за моделите на макро ниво е од клучно значење за моделирање на влијанието на затоплувањето на климата врз поларната морска екологија“, објаснува таа.
Предизвикот е да се разбере како микроскопската структура на морскиот мраз влијае на однесувањето на огромните ледени пространства што го интересира проф. Голден. Тој ги посетил поларните региони на Земјата 18 пати, храбрејќи се со западните ветрови познати како „Румрени четириесетти“ за да стигне до Антарктикот со брод и за влакно избегнувајќи да се нурне во ледените води додека го мери морскиот мраз. „Едно време ме посети огромен кит на околу осум метри, кој лесно можеше да ја скрши тенката плочка на која се наоѓав со случајно движење на опашката“, вели тој.
Професорот Голден ја проучува микроструктурата на морскиот мраз за да пресмета колку лесно течност може да тече низ него. „Морскиот мраз е солен. Има порозна микроструктура на подмножества од саламура што е многу различно од слатководниот мраз“, вели тој.
Проф. „Разбирањето како морската вода се пробива низ морскиот мраз е еден од клучевите за толкување на тоа како климатските промени ќе се одвиваат во поларната морска средина“, објаснува тој.
Откривањето на овој „прекинувач за вклучување-исклучување“ им помогна на научниците подобро да ги разберат процесите како на пример како се надополнуваат хранливите материи што ги хранат заедниците на алгите што живеат во подмножества на саламура.
Студиите на Професор Голден покажуваат колку лесно течноста може да тече низ морскиот мраз, кој има порозна микроструктура на подмножества од саламура (на сликата). WF Weeks и A. Assur, CRREL (Лабораторија за истражување и инженерство за студени региони на американската армија) Извештај 269, 1969 г.
Саламурата во морскиот мраз, исто така, влијае на неговиот радарски потпис, што влијае на сателитски мерења на параметрите како дебелината на мразот што се користи за потврдување на климатските модели. Овие модели се важни затоа што предвидуваат идни промени на нашата клима и се користат од светските лидери и научници за да дојдат до стратегии за ублажување.
Разновидноста на мраз претставува предизвик, но различноста меѓу истражувачите, наставниците и учениците создава совршена средина за свежи идеи. Во САД, само една четвртина од докторските дипломи по математика и компјутерски науки беа доделени на жени во 2015 година, но шеми како што е Универзитетот во Јута ПРИСТАПИ Програмата негува талентирани математичари помагајќи им да ги отклучат можностите како што се менторство и практично истражување. Експедициите на Арктикот не само што им даваат на студентите високо искуство, туку обезбедуваат математичарите да бидат вклучени во најсовремените истражувања и решенија, заедно со климатските научници и инженери.
Кога не се борат со снежните бури, д-р Рајмер и проф Голден работат на колаборативни, интердисциплинарни проекти и коменторираат студентки на додипломски студии како дел од програмата ACCESS. По освежувањето на математичката компонента во 2018 година за да ги вклучи климатските промени, проф. Голден забележа приближно тројно поголем број на студенти од ACCESS заинтересирани да полагаат математика или истражување, отколку порано.
Ребека Харденбрук, која е една од докторантите на професорката Голден, вели: „Фокусирањето на итни прашања како климатските промени привлекува повеќе луѓе што ги сакаме во математиката, а тоа се сите, но особено жените, обоените луѓе, квир луѓето; секој од недоволно застапено потекло“.
Харденбрук се приклучи на програмата ACCESS пред нејзината прва година како додипломски, поминувајќи го летото во лабораторија за астрофизика, што и ги отвори очите за можноста за истражување. „Тоа беше навистина менување на животот“, вели таа, не само затоа што дополнително одлучи да докторира по математика кај проф Голден откако студираше термички транспорт низ морскиот мраз како додипломски.
Ребека Харденбрук им предава математика на студентите на Универзитетот во Јута во Солт Лејк Сити.
Таа сега ги инспирира помладите студенти на шемата ACCESS како наставничка асистент, како и моделирање на езерца за топење, кои се базени со вода на арктичкиот морски мраз. Овие езерца играат одлучувачка улога во одредувањето на долгорочните стапки на топење на ледената покривка на арктичкото море со апсорпција на сончевото зрачење наместо да го рефлектираат. Како што растат и се здружуваат, тие претрпуваат транзиција во фракталната геометрија, ефективно создавајќи бескрајна шема што може да се моделира од математичарите.
Харденбрук се надоврзува на децениската работа на езерата за топење од страна на професорот Голден и претходните студенти и истражувачи на универзитетот со адаптирање на класичниот модел на Исинг, кој беше развиен пред повеќе од еден век и објаснува како материјалите можат да добијат или изгубат магнетизам, за да го моделираат топењето. геометрија на езерцето. „Се надевам дека ќе го направам моделот за морскиот мраз физички попрецизен за да може да се стави во глобалните климатски модели за да се создаде попрецизен пристап за решавање на бари со топење, кои имаат изненадувачки ефект врз албедото на Арктикот“, објаснува таа.
Математичарите веќе ја решија загатката за тоа како да ја дефинираат ширината на брановидната маргинална зона на морски мраз, која се протега од густото внатрешно јадро на мразот до надворешните рабови, каде што брановите можат да го скршат лебдечкиот мраз.
Корт Стронг, кој е атмосферски научник и еден од колегите на проф. Голден на Универзитетот во Јута, црпеше инспирација од необичен извор: церебралниот кортекс на мозокот на стаорец. Тој сфатил дека можат да го користат истиот математички метод за мерење на ширината на маргиналната ледена зона како што прават за мерење на дебелината на нерамниот мозок на глодарот, кој исто така има многу варијации. Со помош на овој поедноставен модел, тимот успеа да демонстрира дека маргиналната ледена зона се проширила за околу 40% додека нашата клима се затоплувала.
Пристапната шема на Универзитетот во Јута, вклучувајќи го и неговото практично истражување, ги потопува студентите во интердисциплинарна средина каде што математиката е дел од поголемата слика. Го поттикнува вкрстеното опрашување, каде методите и идеите од навидум неповрзани области на науката може да се користат за решавање на проблеми кога основната математика е суштински иста.
„Кога ќе ви се најде необична ситуација, потребни ви се различни видови умови за јасно да го разгледате проблемот и да најдете решенија“, вели проф Голден.
Губењето на морскиот мраз забележано на Арктикот се случи во текот на само неколку децении и продолжува со алармантно темпо.
„Потребни ни се сите добри мозоци и различни начини на размислување што можеме да ги добиеме, и тие ни требаат брзо“, вели тој.
Оваа статија е прегледана за Универзитетот во Јута, Националната научна фондација и Канцеларијата за поморски истражувања од Елвис Бахати Орлендо, Меѓународна фондација за наука, Стокхолм и д-р Магдалена Стоева, FIOMP, FUIPESM.
Прочитајте повеќе за Вклучете се во 5-тата Меѓународна поларна година 
Прочитајте повеќе за Повикот за поднесување понуди за домаќинство на Меѓународната канцеларија за координација IPY-5 | рок: 6 февруари Прочитајте повеќе за Повикот за Национални комитети на IPY-5 
