Вы маглі б чакаць, што такі грызучы пазногці анекдот прыйшоў ад даследчыка, але доктар Рэймер з'яўляецца матэматыкам і выкладчыкам Універсітэта штата Юта, а таксама з'яўляецца часткай супольнасці, якая замяніла ўтульныя класы на некаторыя з самых негасцінных глушы Зямлі , каб выкарыстоўваць лічбы для разумення глабальнага пацяплення.
Іх прыгоды дазваляюць ім з першых вуснаў назіраць за працэсамі, якія выклікаюць змены ў палярных рэгіёнах, і пацвярджаюць свае матэматычныя тэорыі аб марскім лёдзе і яго ролі як найважнейшага кампанента ў кліматычнай сістэме Зямлі.
Таўшчыня і памер марскога лёду ў Арктыцы хутка зменшыліся пасля таго, як упершыню былі праведзены спадарожнікавыя вымярэнні ў 1979.
Марскі лёд - гэта халадзільнік Зямлі, які адлюстроўвае сонечнае святло назад у космас. Яе працяглая прысутнасць важная для будучыні нашай планеты, таму што па меры раставання лёду становіцца больш цёмнай вады, якая паглынае больш сонечнага святла. Гэтая нагрэтая сонцам вада растае больш лёду ў самаўзмацняльным цыкле, які называецца ледзяное альбеда зваротная сувязь.
Нягледзячы на тое, што памяншэнне марскога лёду з'яўляецца, бадай, адным з найбольш прыкметных буйнамаштабных змяненняў, звязаных з планетарным пацяпленнем на паверхні Зямлі, аналізаваць, мадэляваць і прагназаваць яго паводзіны і рэакцыю палярнай сістэмы, якую ён падтрымлівае, неверагодна складана, але матэматыкі могуць дапамагчы.
Кэнэт Голдэн, выдатны прафесар матэматыкі і ад'юнкт-прафесар біямедыцынскай інжынерыі ва Універсітэце штата Юта, стварыў унікальную праграму марскога лёду на працягу 30 гадоў. Яе спалучэнне матэматычных даследаванняў, мадэлявання клімату і захапляльных палявых экспедыцый прыцягнула студэнтаў і дактарантаў, у тым ліку доктара Рэймера, якія сканцэнтраваны на выкарыстанні гэтага тыпу навукі для вырашэння надзённых праблем клімату, які хутка змяняецца.
Доктар Рэймер вывучыў, як белыя мядзведзі і цюлені рэагуюць на змены ў іх замарожаным асяроддзі. У той час як яна выкарыстоўвала матэматычныя мадэлі, каб зразумець узаемадзеянне паміж гэтымі істотамі і іх асяроддзем пражывання, яна таксама ўзяла вымярэнні і ўзяла ўзоры ў мядзведзяў у Арктыцы, чаго яна ніколі не чакала рабіць як матэматык. «Яны не спяць цалкам, калі знаходзяцца ў стане супакою; яны дурныя, - тлумачыць яна. «Адзін з іх напалохаў мяне, таму што здавалася, што ён можа прачнуцца ў нейкі момант».
Доктар Рэймер робіць вымярэнні на белым мядзведзі ў Арктыцы пад дзеяннем седатыўных сродкаў.
Іх асяроддзе пражывання скарачаецца азначае, што белыя мядзведзі ходзяць па тонкім лёдзе, але ёсць надзея, што такія даследаванні, як даследаванне доктара Рэймера, дапамогуць экспертам зразумець, як абараніць гэтых велічных драпежнікаў.
Тым не менш, гэта «ашаламляльны» мікраскапічны свет бактэрый і багавіння, якія жывуць у кішэнях салёнай вады ўнутры марскога лёду, што цяпер хвалюе яе. На гэтую біялагічную супольнасць і асяроддзе яе пражывання ўплываюць змены тэмпературы, салёнасці і асветленасці, што ўскладняе дакладнае мадэляванне. У сваёй цяперашняй працы доктар Рэймер стварае мадэлі, каб зразумець, як гэтыя фактары ўзаемадзейнічаюць, каб вызначыць біялагічную актыўнасць у лёдзе. «Разуменне таго, як працэсы ў гэтых невялікіх маштабах спрыяюць мадэлям на макраўзроўні, мае вырашальнае значэнне для мадэлявання ўплыву пацяплення клімату на палярную марскую экалогію», - тлумачыць яна.
Прафесара Голдэна цікавіць задача зразумець, як мікраскапічная структура марскога лёду ўплывае на паводзіны велізарных ледзяных прастораў. Ён наведаў палярныя рэгіёны Зямлі 18 разоў, змагаючыся з заходнімі вятрамі, вядомымі як «Равучыя саракавыя», каб дабрацца да Антарктыды на караблі і ледзь пазбегнуўшы апускання ў ледзяную ваду падчас вымярэння марскога лёду. «Аднойчы мяне наведаў вялізны кіт на адлегласці каля васьмі футаў, які лёгка зламаў тонкую глыбу, на якой я быў, простым рухам хваста», — кажа ён.
Прафесар Голдэн вывучае мікраструктуру марскога лёду, каб вылічыць, наколькі лёгка праз яго цячэ вадкасць. «Марскі лёд салёны. Ён мае кіпрую мікраструктуру ўключэнняў расола, якая вельмі адрозніваецца ад прэснаводнага лёду», - кажа ён.
Прафесар Голдэн узначаліў міждысцыплінарныя групы для прадказання крытычнай тэмпературы, пры якой уключэнні расола злучаюцца, каб вадкасць магла працякаць праз марскі лёд, а таксама для распрацоўкі першай тэхнікі рэнтгенаўскай тамаграфіі для аналізу таго, як геаметрыя ўключэнняў змяняецца з тэмпературай. «Разуменне таго, як марская вада пранікае праз марскі лёд, з'яўляецца адным з ключоў да інтэрпрэтацыі таго, як змяненне клімату будзе адбывацца ў палярным марскім асяроддзі», - тлумачыць ён.
Адкрыццё гэтага «выключальніка» дапамагло навукоўцам лепш зразумець такія працэсы, як папаўненне пажыўных рэчываў, якія сілкуюць супольнасці багавіння, якія жывуць ва ўключэннях расола.
Даследаванні прафесара Голдэна паказваюць, наколькі лёгка вадкасць можа цячы праз марскі лёд, які мае кіпрую мікраструктуру з уключэнняў расола (на фота). WF Weeks і A. Assur, CRREL (Даследчая і інжынерная лабараторыя арміі ЗША ў халодных раёнах) Справаздача 269, 1969
Расол у марскім лёдзе таксама ўплывае на яго радар, што ўплывае на спадарожнікавыя вымярэнні такіх параметраў, як таўшчыня лёду, якія выкарыстоўваюцца для праверкі кліматычных мадэляў. Гэтыя мадэлі важныя, таму што яны прадказваюць будучыя змены клімату і выкарыстоўваюцца сусветнымі лідэрамі і навукоўцамі для распрацоўкі стратэгій змякчэння наступстваў.
Разнастайнасць лёду ўяўляе сабой праблему, але разнастайнасць сярод даследчыкаў, выкладчыкаў і студэнтаў стварае ідэальнае асяроддзе для свежых ідэй. У ЗША толькі адна чвэрць доктарскіх ступеняў у галіне матэматыкі і інфарматыкі была прысуджана жанчынам у 2015 годзе, але такія праграмы, як Універсітэт Юты ACCESS праграмы выхоўваюць таленавітых жанчын-матэматыкаў, дапамагаючы ім адкрыць такія магчымасці, як настаўніцтва і практычныя даследаванні. Экспедыцыі ў Арктыку не толькі даюць студэнтам павышаны вопыт, але гарантуюць, што матэматыкі ўдзельнічаюць у перадавых даследаваннях і рашэннях разам з кліматыкамі і інжынерамі.
Калі яны не змагаюцца з завеямі, доктар Рэймер і прафесар Голдэн працуюць над сумеснымі міждысцыплінарнымі праектамі і выступаюць саментарамі для студэнтаў бакалаўрыяту ў рамках праграмы ACCESS. Пасля абнаўлення матэматычнага кампанента ў 2018 годзе, каб уключыць змяненне клімату, прафесар Голдэн заўважыў, што колькасць студэнтаў ACCESS, зацікаўленых у вывучэнні матэматыкі або даследчай стажыроўцы, павялічылася прыкладна ў тры разы, чым раней.
Рэбека Хардэнбрук, адна з аспірантаў прафесара Голдэна, кажа: «Засяроджванне ўвагі на надзённых праблемах, такіх як змяненне клімату, прыцягвае больш людзей, якіх мы хочам, у матэматыку, а гэта ўсе, але асабліва жанчыны, каляровыя людзі, дзіўныя людзі; хто-небудзь з недастаткова прадстаўленага паходжання».
Хардэнбрук далучылася да праграмы ACCESS напярэдадні першага курса бакалаўрыяту, правёўшы лета ў астрафізічнай лабараторыі, што адкрыла ёй вочы на магчымасць займацца даследаваннем. «Гэта сапраўды змяніла жыццё», — кажа яна, не ў апошнюю чаргу таму, што пасля вывучэння цеплавога транспарту праз марскі лёд у якасці студэнтаў яна вырашыла атрымаць ступень доктара філасофіі па матэматыцы ў прафесара Голдэна.
Рэбека Хардэнбрук выкладае матэматыку студэнтам Універсітэта штата Юта ў Солт-Лэйк-Сіці.
Цяпер яна натхняе малодшых школьнікаў на схему ACCESS у якасці асістэнта настаўніка, а таксама мадэлюе талыя сажалкі, якія ўяўляюць сабой басейны з вадой на марскім лёдзе Арктыкі. Гэтыя сажалкі адыгрываюць вырашальную ролю ў вызначэнні доўгатэрміновай хуткасці раставання ледзянога покрыва Арктыкі, паглынаючы сонечнае выпраменьванне, а не адлюстроўваючы яго. Калі яны растуць і аб'ядноўваюцца, яны перажываюць пераход у фрактальнай геаметрыі, фактычна ствараючы бясконцы ўзор, які могуць мадэляваць матэматыкі.
Хардэнбрук абапіраецца на дзесяцігоддзе працы прафесара Голдэна і папярэдніх студэнтаў і даследчыкаў універсітэта над вадаёмамі раставання, адаптуючы класічную мадэль Ізінга, распрацаваную больш за стагоддзе таму і якая тлумачыць, як матэрыялы могуць атрымаць або страціць магнетызм, для мадэлявання расплаву геаметрыя сажалкі. «Я спадзяюся зрабіць мадэль марскога лёду больш фізічна дакладнай, каб яе можна было ўключыць у глабальныя кліматычныя мадэлі для стварэння больш дакладнага падыходу да вырашэння праблем з вадаёмамі раставання, якія аказваюць дзіўны ўплыў на альбеда Арктыкі», — тлумачыць яна.
Матэматыкі ўжо разгадалі загадку аб тым, як вызначыць шырыню хвалістай краёвай зоны марскога лёду, якая распасціраецца ад шчыльнага ўнутранага ядра пакавага лёду да знешніх ускраін, дзе хвалі могуць разбіць плывучы лёд.
Корт Стронг, навуковец па атмасферы і адзін з калегаў прафесара Голдэна з Універсітэта штата Юта, чэрпаў натхненне з незвычайнай крыніцы: кары галаўнога мозгу пацука. Ён зразумеў, што яны могуць выкарыстаць той жа матэматычны метад для вымярэння шырыні маргінальнай ледзяной зоны, што і для вымярэння таўшчыні няроўнага мозгу грызуна, які таксама мае шмат варыяцый. З дапамогай гэтай спрошчанай мадэлі каманда змагла прадэманстраваць, што маргінальная зона лёду пашырылася прыкладна на 40% з пацяпленнем нашага клімату.
Схема ACCESS ва ўніверсітэце штата Юта, уключаючы практычныя даследаванні, апускае студэнтаў у міждысцыплінарнае асяроддзе, дзе матэматыка з'яўляецца часткай больш шырокай карціны. Гэта заахвочвае перакрыжаванае апыленне, калі метады і ідэі з, здавалася б, не звязаных паміж сабой абласцей навукі могуць быць выкарыстаны для вырашэння праблем, калі матэматыка, якая ляжыць у аснове, па сутнасці аднолькавая.
«Калі вы сутыкаецеся з незвычайнай сітуацыяй, вам патрэбны розныя віды розуму, каб ясна разглядаць праблему і прыдумляць рашэнні», — кажа прафесар Голдэн.
Страта марскога лёду, якая назіраецца ў Арктыцы, адбылася ўсяго за некалькі дзесяцігоддзяў і працягваецца трывожнымі тэмпамі.
«Нам патрэбны ўсе добрыя мазгі і розныя спосабы мыслення, якія мы можам атрымаць, і яны патрэбныя хутка», — кажа ён.
Гэты артыкул быў рэцэнзаваны для Універсітэта Юты, Нацыянальнага навуковага фонду і Упраўлення ваенна-марскіх даследаванняў Элвісам Бахаці Арленда, Міжнародны фонд навукі, Стакгольм, і доктарам Магдаленай Стоевай, FIOMP, FIUPESM.
Чытайце далей пра ўдзел у 5-м Міжнародным палярным годзе 
Больш падрабязна пра конкурс заявак на размяшчэнне Міжнароднага каардынацыйнага бюро IPY-5 | тэрмін: 6 лютага Чытайце больш пра Заклік да ўдзелу ў нацыянальных камітэтах IPY-5 
