Може да очаквате подобен анекдот да дойде от изследовател, но д-р Раймър е математик и преподавател в университета на Юта, освен това е част от общност, която е заменила уютните класни стаи с някои от най-негостоприемните пустини на Земята , в опит да използваме числа, за да разберем глобалното затопляне.
Техните приключения им позволяват да наблюдават от първа ръка процесите, водещи до промяната в полярните региони, и да потвърдят своите математически теории за морския лед и неговата роля като критичен компонент в климатичната система на Земята.
Дебелината и обхватът на морския лед в Арктика намаля бързо, откакто за първи път бяха направени сателитни измервания през 1979.
Морският лед е хладилникът на Земята, който отразява слънчевата светлина обратно в космоса. Неговото трайно присъствие е важно за бъдещето на нашата планета, защото с топенето на повече ледове се излага повече тъмна вода, която абсорбира повече слънчева светлина. Тази затоплена от слънцето вода топи повече лед в самоподсилващ се цикъл, наречен ледено албедо обратна връзка.
Докато намаляването на морския лед е може би една от най-видимите широкомащабни промени, свързани с планетарното затопляне на повърхността на Земята, анализирането, моделирането и прогнозирането на неговото поведение и реакцията на полярната система, която поддържа, е невероятно трудно, но математиците могат да помогнат.
Кенет Голдън, изтъкнат професор по математика и помощник-професор по биомедицинско инженерство в Университета на Юта, изгради уникална програма за морски лед в продължение на 30 години. Комбинацията от математически изследвания, моделиране на климата и вълнуващи теренни експедиции привлече студенти и постдокторанти, включително д-р Раймър, които са фокусирани върху използването на този тип наука, за да помогнат за справяне с належащите предизвикателства на бързо променящия се климат.
Д-р Раймър е проучил как полярните мечки и тюлените реагират на промените в тяхната замръзнала среда. Въпреки че използва математически модели, за да разбере взаимодействията между тези същества и тяхното местообитание, тя също така взе измервания и проби от мечки в Арктика, което беше нещо, което тя никога не е очаквала да направи като математик. „Те не спят напълно, когато са успокоени; те са гроги“, обяснява тя. „Едно от тях ме изплаши, защото изглеждаше, че може да се събуди в някакъв момент.“
Д-р Раймър прави измервания от упоена полярна мечка в Арктика.
Тяхното свиващо се местообитание означава, че полярните мечки ходят по тънък лед, но се надяваме, че проучвания като това на д-р Раймър ще помогнат на експертите да разберат как да защитят величествените хищници.
Но сега я вълнува „умопомрачителният“ микроскопичен свят на бактерии и водорасли, които живеят в джобове със солена вода в морския лед. Тази биологична общност и нейното местообитание се влияят от промените в температурата, солеността и светлината, което затруднява точното моделиране. В настоящата си работа д-р Раймър конструира модели, за да разбере как тези фактори си взаимодействат, за да определят биологичната активност в леда. „Разбирането на това как процесите в тези малки мащаби допринасят за моделите на макро ниво е от решаващо значение за моделирането на въздействието на затоплящия се климат върху полярната морска екология“, обяснява тя.
Предизвикателството да се разбере как микроскопичната структура на морския лед влияе върху поведението на масивни ледени пространства е това, което интересува проф. Голдън. Той е посетил полярните региони на Земята 18 пъти, борейки се със западните ветрове, известни като „Ревящите четиридесет“, за да достигне Антарктида с кораб и на косъм да избегне потапянето в ледени води, докато измерва морския лед. „Веднъж бях посетен от огромен кит на около осем фута, който лесно можеше да счупи тънката вълна, върху която бях, с небрежно движение на опашката си“, казва той.
Професор Голдън изучава микроструктурата на морския лед, за да изчисли колко лесно може да тече течност през него. „Морският лед е солен. Той има пореста микроструктура от включвания на саламура, която е много различна от сладководния лед“, казва той.
Професор Голдън ръководи интердисциплинарни екипи, за да предскаже критичната температура, при която включванията на саламурата се свързват, така че течността да може да тече през морския лед, и да разработи първата рентгенова томографска техника, за да анализира как геометрията на включванията се развива с температурата. „Разбирането на това как морската вода се просмуква през морския лед е един от ключовете за тълкуване на това как изменението на климата ще се прояви в полярната морска среда“, обяснява той.
Откриването на този „превключвател за включване и изключване“ помогна на учените да разберат по-добре процесите, като например как хранителните вещества, които хранят общностите от водорасли, живеещи в включванията на саламура, се допълват.
Проучванията на професор Голдън показват колко лесно течността може да тече през морския лед, който има пореста микроструктура от включвания на саламура (на снимката). WF Weeks и A. Assur, CRREL (Изследователска и инженерна лаборатория за студени региони на армията на САЩ) Доклад 269, 1969 г.
Саламурата в морския лед също влияе на неговия радар, което засяга сателитните измервания на параметри като дебелината на леда, използвани за валидиране на климатичните модели. Тези модели са важни, защото предвиждат бъдещи промени в нашия климат и се използват от световните лидери и учени за изготвяне на стратегии за смекчаване.
Разнообразието от лед представлява предизвикателство, но разнообразието сред изследователи, учители и студенти създава идеалната среда за свежи идеи. В САЩ само една четвърт от докторските степени по математика и компютърни науки са присъдени на жени през 2015 г., но схеми като тази на Университета на Юта ДОСТЪП програмата подхранва талантливи жени математици, като им помага да отключат възможности като наставничество и практически изследвания. Експедициите до Арктика не само дават на учениците по-добро изживяване, но гарантират, че математиците участват в авангардни изследвания и решения, заедно с климатичните учени и инженери.
Когато не се борят с виелици, д-р Раймър и проф. Голдън работят по съвместни, интердисциплинарни проекти и са ментори на студентки като част от програмата ACCESS. След опресняване на компонента по математика през 2018 г., за да включи изменението на климата, проф. Голдън е видял грубо утрояване на броя на студентите по ACCESS, които се интересуват от специалност по математика или изследователска практика, отколкото преди.
Ребека Харденбрук, която е един от докторантите на професор Голдън, казва: „фокусирането върху належащи проблеми като изменението на климата привлича повече от хората, които искаме, в математиката, което са всички, но по-специално жените, цветнокожите, странните хора; всеки от по-слабо представен произход.“
Харденбрук се присъединява към програмата ACCESS преди първата си година като студент, прекарвайки лятото в лаборатория по астрофизика, което й отваря очите за възможността да прави изследвания. „Това наистина промени живота“, казва тя, не на последно място, защото реши да следва докторска степен по математика при проф. Голдън, след като учи топлинен транспорт през морски лед като бакалавър.
Ребека Харденбрук преподава математика на студенти в Университета на Юта в Солт Лейк Сити.
Сега тя вдъхновява по-младите ученици по схемата ACCESS като асистент в преподаването, както и като моделира езера за топене, които са водни басейни върху леда на Арктика. Тези езера играят решаваща роля при определянето на дългосрочните темпове на топене на ледената покривка на Арктика, като абсорбират слънчевата радиация, вместо да я отразяват. Докато растат и се съединяват, те претърпяват преход във фракталната геометрия, ефективно създавайки безкраен модел, който може да бъде моделиран от математиците.
Харденбрук надгражда върху десетилетие работа върху езера за топене от проф. Голдън и предишни студенти и изследователи в университета, като адаптира класическия модел на Изинг, който е разработен преди повече от век и обяснява как материалите могат да придобият или загубят магнетизъм, за да моделират топенето геометрия на езерото. „Надявам се да направя модела за морския лед по-физически прецизен, така че да може да бъде включен в глобалните климатични модели, за да се създаде по-точен подход за справяне с езерата за топене, които имат изненадващ ефект върху албедото на Арктика“, обяснява тя.
Математиците вече са решили главоблъсканицата как да определят ширината на вълнообразната маргинална зона на морския лед, която се простира от плътното вътрешно ядро на пакетния лед до външните ръбове, където вълните могат да разбият плаващия лед.
Корт Стронг, който е атмосферен учен и един от колегите на проф. Голдън от университета в Юта, черпи вдъхновение от необичаен източник: мозъчната кора на мозъка на плъх. Той разбра, че могат да използват същия математически метод за измерване на ширината на маргиналната ледена зона, както правят за измерване на дебелината на неравния мозък на гризача, който също има много вариации. С помощта на този опростен модел екипът успя да демонстрира, че маргиналната ледена зона се е разширила с около 40%, тъй като нашият климат се е затоплял.
Схемата ACCESS на университета в Юта, включително неговите практически изследвания, потапя студентите в интердисциплинарна среда, където математиката е част от по-голямата картина. Той насърчава кръстосаното опрашване, при което методи и идеи от привидно несвързани области на науката могат да се използват за решаване на проблеми, когато основната математика е по същество една и съща.
„Когато се сблъскате с необичайна ситуация, имате нужда от различни умове, за да разгледате проблема ясно и да измислите решения“, казва проф. Голдън.
Загубата на морски лед, наблюдавана в Арктика, се случи само за няколко десетилетия и продължава с тревожни темпове.
„Имаме нужда от всички добри мозъци и различни начини на мислене, които можем да получим, и имаме нужда от тях бързо“, казва той.
Тази статия е прегледана за Университета на Юта, Национална научна фондация и Служба за военноморски изследвания от Елвис Бахати Орлендо, Международна фондация за наука, Стокхолм и д-р Магдалена Стоева, FIOMP, FIUPESM.
Прочетете повече за Включете се в 5-тата Международна полярна година 
Прочетете повече за поканата за представяне на оферти за домакинство на Международния координационен офис за IPY-5 | краен срок: 6 февруари Прочетете повече за поканата за национални комитети за IPY-5 
