Jy sal dalk verwag dat so 'n naelbyt-staaltjie van 'n ontdekkingsreisiger sal kom, maar dr Reimer is 'n wiskundige en dosent aan die Universiteit van Utah, en is ook deel van 'n gemeenskap wat gesellige klaskamers verruil het vir sommige van die aarde se mees onherbergsame wildernis. , in 'n poging om getalle te gebruik om aardverwarming te verstaan.
Hul avonture stel hulle in staat om eerstehands die prosesse wat verandering in die poolstreke dryf waar te neem en hul wiskundige teorieë van see-ys en die rol daarvan as 'n kritieke komponent in die Aarde se klimaatstelsel te bekragtig.
Die dikte en omvang van see-ys in die Arktiese gebied het vinnig afgeneem sedert satellietmetings die eerste keer in 1979.
See-ys is die Aarde se yskas en weerkaats sonlig terug in die ruimte. Die blywende teenwoordigheid daarvan is belangrik vir ons planeet se toekoms, want namate meer ys smelt, word meer donker water blootgestel wat meer sonlig absorbeer. Hierdie sonverwarmde water smelt meer ys in 'n selfversterkende siklus genaamd ice albedo terugvoer.
Terwyl see-ys-afname miskien een van die sigbaarste grootskaalse veranderinge is wat verband hou met planetêre verwarming op die aarde se oppervlak, is die ontleding, modellering en voorspelling van die gedrag daarvan en die reaksie van die poolstelsel wat dit ondersteun, ongelooflik moeilik, maar wiskundiges kan help.
Kenneth Golden, 'n vooraanstaande professor in wiskunde en adjunkprofessor in biomediese ingenieurswese aan die Universiteit van Utah, het 'n unieke see-ys-program oor 30 jaar gebou. Die kombinasie van wiskundenavorsing, klimaatmodellering en opwindende veldekspedisies het studente en nadoktorale navorsers gelok, insluitend dr Reimer, wat daarop gefokus is om hierdie tipe wetenskap te gebruik om die dringende uitdagings van 'n vinnig veranderende klimaat aan te pak.
Dr Reimer het bestudeer hoe ysbere en robbe reageer op veranderinge in hul bevrore omgewing. Terwyl sy wiskundige modelle gebruik het om die interaksies tussen hierdie wesens en hul habitat te verstaan, het sy ook metings en monsters van bere in die Arktiese gebied geneem, wat sy nooit verwag het om as wiskundige te doen nie. “Hulle slaap nie heeltemal as hulle rustig is nie; hulle is groggy,” verduidelik sy. "Een van hulle het my bang gemaak omdat dit gelyk het of dit een of ander tyd kon wakker word."
Dr Reimer neem metings van 'n verdoofde ysbeer in die Arktiese gebied.
Hul krimpende habitat beteken dat ysbere op dun ys loop, maar daar word gehoop dat studies soos dr Reimer s'n kundiges sal help om te verstaan hoe om die majestueuse roofdiere te beskerm.
Dit is egter die “verswelgende” mikroskopiese wêreld van bakterieë en alge wat in soutwatersakke binne die see-ys leef wat haar nou opgewonde maak. Hierdie biologiese gemeenskap en sy habitat word beïnvloed deur veranderinge in temperatuur, soutgehalte en lig, wat dit moeilik maak om akkuraat te modelleer. In haar huidige werk bou dr Reimer modelle om te verstaan hoe hierdie faktore interaksie het om biologiese aktiwiteit binne die ys te bepaal. "Om te verstaan hoe prosesse op hierdie klein skale bydra tot makrovlakpatrone is van kritieke belang om die impak van 'n verwarmende klimaat op polêre mariene ekologie te modelleer," verduidelik sy.
Dit is die uitdaging om te verstaan hoe die mikroskopiese struktuur van see-ys die gedrag van massiewe ysvlakke beïnvloed wat prof Golden interesseer. Hy het die Aarde se poolstreke 18 keer besoek en die westewinde wat bekend staan as die “Brullende Veertigers” trotseer om Antarktika per skip te bereik en het noukeurig vermy om in ysige water te duik terwyl hy see-ys meet. "Een keer is ek besoek deur 'n massiewe walvis sowat agt voet verder, wat maklik die dun skottel waarop ek was, kon gebreek het met 'n terloopse knip van sy stert," sê hy.
Prof Golden bestudeer die mikrostruktuur van see-ys om te bereken hoe maklik vloeistof daardeur kan vloei. “See-ys is sout. Dit het ’n poreuse mikrostruktuur van pekelinsluitings wat baie verskil van varswaterys,” sê hy.
Prof Golden het interdissiplinêre spanne gelei om die kritieke temperatuur te voorspel waarteen die pekelinsluitings aansluit sodat vloeistof deur see-ys kan vloei, en om die eerste X-straaltomografietegniek te ontwikkel om te ontleed hoe die geometrie van die insluitings met temperatuur ontwikkel. "Om te verstaan hoe seewater deur see-ys perkoleer, is een van die sleutels om te interpreteer hoe klimaatsverandering in die polêre mariene omgewing sal afspeel," verduidelik hy.
Die ontdekking van hierdie "aan-af-skakelaar" het wetenskaplikes gehelp om prosesse beter te verstaan, soos hoe voedingstowwe wat algegemeenskappe wat in die pekelinsluitings woon, aangevul word.
Professor Golden-studies toon hoe maklik vloeistof deur see-ys kan vloei, wat 'n poreuse mikrostruktuur van pekelinsluitings het (foto). WF Weeks en A. Assur, CRREL (US Army Cold Regions Research and Engineering Lab) Verslag 269, 1969
Die pekelwater in see-ys beïnvloed ook sy radarhandtekening, wat satellietmetings van parameters soos ysdikte wat gebruik word om klimaatmodelle te valideer, beïnvloed. Hierdie modelle is belangrik omdat hulle toekomstige veranderinge in ons klimaat voorspel en deur wêreldleiers en wetenskaplikes gebruik word om met versagtingstrategieë vorendag te kom.
Die verskeidenheid ys bied 'n uitdaging, maar diversiteit onder navorsers, onderwysers en studente skep die perfekte omgewing vir vars idees. In die VSA is net een kwart van doktorsgrade in wiskunde en rekenaarwetenskap in 2015 aan vroue toegeken, maar skemas soos die Universiteit van Utah se TOEGANG program koester talentvolle vroulike wiskundiges deur hulle te help om geleenthede soos mentorskap en praktiese navorsing te ontsluit. Ekspedisies na die Arktiese gebied gee studente nie net 'n verhewe ervaring nie, maar verseker dat wiskundiges saam met klimaatwetenskaplikes en ingenieurs betrokke is by voorpuntnavorsing en oplossings.
Wanneer hulle nie sneeustorms sukkel nie, werk dr Reimer en prof Golden aan samewerkende, interdissiplinêre projekte en medementor vroulike voorgraadse studente as deel van die ACCESS-program. Nadat die wiskunde-komponent in 2018 verfris is om klimaatsverandering in te sluit, het prof Golden gesien dat die aantal ACCESS-studente wat daarin belangstel om 'n wiskunde-hoofvak of navorsingsplasing te neem, ongeveer verdriedubbel het as voorheen.
Rebecca Hardenbrook, wat een van professor Golden se PhD-studente is, sê: “Om op dringende kwessies soos klimaatsverandering te fokus, lok meer van die mense wat ons wil na wiskunde toe, wat almal is, maar veral vroue, gekleurdes, vreemde mense; enigiemand van ’n onderverteenwoordigde agtergrond.”
Hardenbrook het by die ACCESS-program aangesluit voor haar eerste jaar as 'n voorgraadse student en het die somer in 'n astrofisika-laboratorium deurgebring, wat haar oë oopgemaak het vir die moontlikheid om navorsing te doen. “Dit was werklik lewensveranderend,” sê sy, nie die minste nie omdat sy verder besluit het om 'n PhD in wiskunde by prof Golden te volg nadat sy as 'n voorgraadse student termiese vervoer deur see-ys studeer het.
Rebecca Hardenbrook leer wiskunde aan studente aan die Universiteit van Utah in Salt Lake City.
Sy inspireer nou jonger studente op die TOEGANG-skema as onderwysassistent, asook modelleer smeltdamme, wat poele water op die Arktiese see-ys is. Hierdie damme speel 'n deurslaggewende rol in die bepaling van die langtermyn-smelttempo's van die Arktiese see-ysbedekking deur sonstraling te absorbeer in plaas daarvan om dit te reflekteer. Soos hulle groei en saamvoeg, ondergaan hulle 'n oorgang in fraktale meetkunde, wat effektief 'n nimmereindigende patroon skep wat deur wiskundiges gemodelleer kan word.
Hardenbrook bou voort op 'n dekade se werk aan smeltdamme deur prof Golden en vorige studente en navorsers aan die universiteit deur die klassieke Ising-model, wat meer as 'n eeu gelede ontwikkel is en verduidelik hoe materiale magnetisme kan verkry of verloor, aan te pas om smelt te modelleer dam geometrie. "Ek hoop om die model vir see-ys meer fisies presies te maak sodat dit in globale klimaatmodelle geplaas kan word om 'n meer akkurate benadering te skep om smeltdamme aan te spreek, wat 'n verrassende effek op die albedo van die Arktiese gebied het," verduidelik sy.
Wiskundiges het reeds die raaisel opgelos oor hoe om die breedte van die golwende marginale see-yssone te definieer, wat strek vanaf die digte binnekern van pakys tot by die buitenste rande, waar golwe die drywende ys kan breek.
Court Strong, 'n atmosferiese wetenskaplike en een van prof Golden se kollegas aan die Universiteit van Utah, het inspirasie uit 'n ongewone bron geput: die serebrale korteks van 'n rot se brein. Hy het besef hulle kan dieselfde wiskundige metode gebruik om die breedte van die marginale yssone te meet as om die dikte van die knaagdier se stamperige brein te meet, wat ook baie variasie het. Met behulp van hierdie vereenvoudigde model kon die span aantoon dat die marginale yssone met ongeveer 40% verbreed het namate ons klimaat warm geword het.
Die Universiteit van Utah se TOEGANG-skema, insluitend sy praktiese navorsing, dompel studente in 'n interdissiplinêre omgewing waar wiskunde deel is van 'n groter prentjie. Dit moedig kruisbestuiwing aan, waar metodes en idees uit oënskynlik onverwante gebiede van die wetenskap gebruik kan word om probleme op te los wanneer die onderliggende wiskunde in wese dieselfde is.
“Wanneer jy voor 'n ongewone situasie gestel word, het jy verskillende soorte verstand nodig om duidelik na 'n probleem te kyk en met oplossings vorendag te kom,” sê prof Golden.
Die verlies van see-ys wat in die Arktiese gebied gesien is, het oor net 'n paar dekades plaasgevind en gaan voort in 'n kommerwekkende tempo.
"Ons het al die goeie breine en verskillende maniere van dink nodig wat ons kan kry, en ons het hulle vinnig nodig," sê hy.
Hierdie artikel is hersien vir die Universiteit van Utah, Nasionale Wetenskapstigting en Kantoor vir Vlootnavorsing deur Elvis Bahati Orlendo, Internasionale Stigting vir Wetenskap, Stockholm en dr Magdalena Stoeva, FIOMP, FIUPESM.
Lees meer oor Raak betrokke by die 5de Internasionale Pooljaar 
Lees meer oor die oproep vir tenders om die IPY-5 Internasionale Koördineringskantoor aan te bied | sperdatum: 6 Februarie Lees meer oor die oproep vir IPY-5 Nasionale Komitees 
