Þú gætir búist við því að svona naglabítur saga komi frá landkönnuði, en Dr Reimer er stærðfræðingur og lektor við háskólann í Utah, auk þess að vera hluti af samfélagi sem hefur skipt út notalegum kennslustofum fyrir sumar af ógeðsælustu víðernum jarðar. , í tilraun til að nota tölur til að skilja hlýnun jarðar.
Ævintýri þeirra gera þeim kleift að fylgjast með fyrstu hendi ferlunum sem knýja fram breytingar á heimskautasvæðum og sannreyna stærðfræðilegar kenningar þeirra um hafís og hlutverk hans sem mikilvægan þátt í loftslagskerfi jarðar.
Þykkt og útbreiðsla hafíss á norðurslóðum hefur minnkað hratt síðan gervihnattamælingar voru fyrst teknar í 1979.
Hafís er ísskápur jarðar og endurkastar sólarljósi aftur út í geiminn. Viðvarandi nærvera þess er mikilvæg fyrir framtíð plánetunnar okkar vegna þess að eftir því sem meiri ís bráðnar, verður meira dökkt vatn sem gleypir meira sólarljós. Þetta sólhita vatn bræðir meiri ís í sjálfstyrkjandi hringrás sem kallast ice albedo viðbrögð.
Þó að hnignun hafíss sé kannski ein sýnilegasta umfangsmikla breyting sem tengist hlýnun plánetu á yfirborði jarðar, þá er ótrúlega erfitt að greina, búa til líkan og spá fyrir um hegðun hans og viðbrögð pólkerfisins sem hann styður við, en stærðfræðingar geta hjálpað.
Kenneth Golden, virtur prófessor í stærðfræði og aðjunkt í lífeðlisfræði við háskólann í Utah, hefur byggt upp einstakt hafísáætlun í 30 ár. Sambland af stærðfræðirannsóknum, loftslagslíkönum og spennandi vettvangsleiðöngrum hefur laðað að nemendur og nýdoktora, þar á meðal Dr Reimer, sem einbeita sér að því að nota þessa tegund vísinda til að hjálpa til við að takast á við brýn áskoranir í loftslagi sem breytast hratt.
Dr Reimer hefur rannsakað hvernig ísbirnir og selir bregðast við breytingum á frosnu umhverfi sínu. Á meðan hún notaði stærðfræðileg líkön til að skilja samskipti þessara skepna og búsvæði þeirra tók hún einnig mælingar og sýni úr birni á norðurslóðum, sem var eitthvað sem hún bjóst aldrei við að gera sem stærðfræðingur. „Þeir eru ekki alveg sofandi þegar þeir eru róandi; þeir eru gruggugir,“ útskýrir hún. „Einn þeirra hræddi mig vegna þess að það virtist sem það gæti vaknað á einhverjum tímapunkti.
Dr Reimer tekur mælingar frá róandi ísbirni á norðurslóðum.
Minnkandi búsvæði þeirra þýðir að ísbirnir ganga á þunnum ís, en vonast er til að rannsóknir eins og Dr Reimer muni hjálpa sérfræðingum að skilja hvernig eigi að vernda hin glæsilegu rándýr.
Hins vegar er það hinn „hugvekjandi“ smásæi heimur baktería og þörunga sem búa í söltum vatnsvösum inni í hafísnum sem æsir hana núna. Þetta líffræðilega samfélag og búsvæði þess eru undir áhrifum af breytingum á hitastigi, seltu og birtu, sem gerir það erfitt að reikna nákvæmlega. Í núverandi verkum sínum smíðar Dr Reimer líkön til að skilja hvernig þessir þættir hafa samskipti til að ákvarða líffræðilega virkni innan íssins. „Að skilja hvernig ferlar á þessum litlu mælikvarða stuðla að mynstrum á þjóðhagsstigi er mikilvægt til að reikna út áhrif hlýnandi loftslags á vistfræði pólshafsins,“ útskýrir hún.
Það er áskorunin við að skilja hvernig smásæ uppbygging hafíss hefur áhrif á hegðun gríðarlegra ísafla sem vekur áhuga prófessors Golden. Hann hefur heimsótt heimskautasvæði jarðar 18 sinnum, þraukað vestanvindinn sem kallast „Örandi fjórða áratugurinn“ til að komast til Suðurskautslandsins með skipi og forðast naumlega að sökkva sér í ískalt vatn á meðan hann mælir hafís. „Einu sinni heimsótti ég gríðarstór hval í um átta feta fjarlægð, sem hefði auðveldlega getað brotið þunnu flöguna sem ég var á með því að kippa hala hans af lausu,“ segir hann.
Prófessor Golden rannsakar örbyggingu hafíss til að reikna út hversu auðveldlega vökvi getur streymt í gegnum hann. „Hafís er saltur. Það hefur gljúpa örbyggingu af saltvatnsinnihaldi sem er mjög ólíkt ferskvatnsís,“ segir hann.
Prófessor Golden hefur leitt þverfagleg teymi til að spá fyrir um mikilvæga hitastigið þar sem saltvatnsinnihaldið tengist þannig að vökvi geti streymt í gegnum hafís, og til að þróa fyrstu röntgensneiðmyndatæknina til að greina hvernig rúmfræði innifalanna þróast með hitastigi. „Að skilja hvernig sjór síast í gegnum hafísinn er einn af lykillunum til að túlka hvernig loftslagsbreytingar munu koma fram í pólum hafsins,“ útskýrir hann.
Uppgötvun þessa „slökkvarofa“ hefur hjálpað vísindamönnum að skilja betur ferla eins og hvernig næringarefni sem fæða þörungasamfélög sem búa í saltvatnsinnihaldinu eru endurnýjuð.
Prófessor Golden rannsóknir sýna hversu auðveldlega vökvi getur streymt í gegnum hafís, sem hefur gljúpa örbyggingu af saltvatnsinnihaldi (mynd). WF Weeks og A. Assur, CRREL (US Army Cold Regions Research and Engineering Lab) skýrsla 269, 1969
Saltvatnið í hafísnum hefur einnig áhrif á ratsjármerki hans, sem hefur áhrif á gervihnattamælingar á breytum eins og ísþykkt sem notuð eru til að sannreyna loftslagslíkön. Þessi líkön eru mikilvæg vegna þess að þau spá fyrir um framtíðarbreytingar á loftslagi okkar og eru notuð af leiðtogum og vísindamönnum heimsins til að koma með mótvægisaðgerðir.
Fjölbreytileiki íssins býður upp á áskorun, en fjölbreytileiki meðal vísindamanna, kennara og nemenda skapar hið fullkomna umhverfi fyrir ferskar hugmyndir. Í Bandaríkjunum var aðeins fjórðungur doktorsgráðu í stærðfræði og tölvunarfræði veitt konum árið 2015, en kerfi eins og University of Utah's ACCESS forritið er að hlúa að hæfileikaríkum kvenkyns stærðfræðingum með því að hjálpa þeim að opna tækifæri eins og handleiðslu og praktískar rannsóknir. Leiðangrar til norðurslóða veita nemendum ekki aðeins aukna reynslu heldur tryggja að stærðfræðingar taki þátt í fremstu röð rannsókna og lausna ásamt loftslagsvísindamönnum og verkfræðingum.
Þegar þeir eru ekki að berjast við snjóbyl, vinna Dr Reimer og prófessor Golden að þverfaglegum samstarfsverkefnum og leiðbeina kvenkyns grunnnemum sem hluta af ACCESS áætluninni. Eftir að hafa endurnýjað stærðfræðiþáttinn árið 2018 til að fela í sér loftslagsbreytingar, hefur prófessor Golden séð um það bil þrefalda fjölda ACCESS nemenda sem hafa áhuga á að taka stærðfræðibraut eða rannsóknanám en áður.
Rebecca Hardenbrook, sem er einn af doktorsnemum prófessors Golden, segir: „Að einbeita sér að brýnum málum eins og loftslagsbreytingum laðar fleiri af því fólki sem við viljum inn í stærðfræði, sem er allir, en sérstaklega konur, litað fólk, hinsegin fólk; hvern sem er með undirfulltrúa bakgrunn.“
Hardenbrook gekk til liðs við ACCESS námið á undan fyrsta ári sínu sem grunnnám og eyddi sumrinu í stjarneðlisfræðistofu, sem opnaði augu hennar fyrir möguleikanum á rannsóknum. „Þetta breytti í raun og veru lífi,“ segir hún, ekki síst vegna þess að hún ákvað frekar að stunda doktorsgráðu í stærðfræði hjá prófessor Golden eftir að hafa stundað nám í varmaflutningum í gegnum hafís sem grunnnám.
Rebecca Hardenbrook kennir stærðfræði nemendum við háskólann í Utah í Salt Lake City.
Hún veitir nú yngri nemendum innblástur í ACCESS kerfinu sem aðstoðarkennari, auk þess að búa til líkan af bræðslutjörnum, sem eru vatnslaugar á norðurskautshafísnum. Þessar tjarnir gegna afgerandi hlutverki við að ákvarða langtímabráðnunarhraða hafísþekju norðurskautsins með því að gleypa sólargeislun í stað þess að endurkasta henni. Þegar þeir vaxa og sameinast, ganga þeir í gegnum umskipti í rúmfræði brota, sem skapa í raun endalaus mynstur sem stærðfræðingar geta mótað.
Hardenbrook byggir á áratug vinnu við bræðslutjarnir prófessors Golden og fyrri nemenda og vísindamanna við háskólann með því að aðlaga klassíska Ising líkanið, sem var þróað fyrir meira en öld og útskýrir hvernig efni geta fengið eða tapað segulmagni, að líkanbráðnun. tjarnar rúmfræði. „Ég vonast til að gera líkanið fyrir hafís líkamlega nákvæmara þannig að hægt sé að setja það inn í hnattræn loftslagslíkön til að búa til nákvæmari nálgun til að takast á við bræðslutjarnir, sem hafa óvænt áhrif á albedo norðurslóða,“ útskýrir hún.
Stærðfræðingar hafa þegar leyst gátuna um hvernig eigi að skilgreina breidd bylgjulaga jaðarhafíssvæðisins, sem nær frá þéttum innri kjarna pakkíssins til ytri jaðra, þar sem öldur geta brotið fljótandi ísinn.
Court Strong, sem er loftslagsvísindamaður og einn af samstarfsmönnum prófessors Golden við háskólann í Utah, sótti innblástur frá óvenjulegri heimild: heilaberki rottuheila. Hann áttaði sig á því að þeir gætu notað sömu stærðfræðilegu aðferðina til að mæla breidd jaðaríssvæðisins og þeir gera til að mæla þykkt ójafnan heila nagdýrsins, sem hefur einnig mikla breytileika. Með hjálp þessa einfalda líkans tókst teymið að sýna fram á að jaðaríssvæðið hefur stækkað um 40% eftir því sem loftslag okkar hefur hlýnað.
ACCESS kerfi háskólans í Utah, þar á meðal praktískar rannsóknir hans, sökkva nemendum í þverfaglegt umhverfi þar sem stærðfræði er hluti af stærri mynd. Það hvetur til krossfrævunar, þar sem hægt er að nota aðferðir og hugmyndir frá að því er virðist óskyldum sviðum vísinda til að leysa vandamál þegar undirliggjandi stærðfræði er í meginatriðum sú sama.
„Þegar þú stendur fyrir óvenjulegum aðstæðum þarftu mismunandi hugarfar til að skoða vandamál skýrt og finna lausnir,“ segir prófessor Golden.
Tap hafíss sem sést hefur á norðurslóðum hefur átt sér stað á örfáum áratugum og heldur áfram á ógnarhraða.
„Við þurfum alla góða heila og mismunandi hugsunarhátt sem við getum fengið og við þurfum á þeim að halda,“ segir hann.
Þessi grein hefur verið skoðuð fyrir University of Utah, National Science Foundation og Office of Naval Research af Elvis Bahati Orlendo, International Foundation for Science, Stokkhólmi og Dr Magdalena Stoeva, FIOMP, FIUPESM.
Lestu meira um Taktu þátt í 5. alþjóðlega heimskautaárinu 
Lesa meira um tilboðsgjöf til að hýsa alþjóðlega samhæfingarskrifstofu IPY-5 | Skilafrestur: 6. febrúar 
Lesa meira um útkall til IPY-5 landsnefnda 
