Pag-ihap sa mga mathematician aron makatabang sa pagluwas sa planeta

Mahimong magdahom ka nga ang ingon nga anekdota nga makapaak sa lansang magagikan sa usa ka eksplorador, apan si Dr Reimer usa ka matematiko ug magtutudlo sa Unibersidad sa Utah, ingon man bahin sa usa ka komunidad nga nagbaylo sa komportable nga mga lawak-klasehanan alang sa pipila sa labing dili maabiabihon nga mga kamingawan sa Yuta. , sa tinguha nga gamiton ang mga numero aron masabtan ang global warming.

Ang ilang mga panimpalad makapahimo kanila sa pag-obserbar mismo sa mga proseso nga nagduso sa pagbag-o sa mga rehiyon sa polar ug pag-validate sa ilang matematikal nga mga teorya sa yelo sa dagat ug ang papel niini isip usa ka kritikal nga bahin sa sistema sa klima sa Yuta.

Si Propesor Golden, kauban ang ubang mga siyentista ug mga matematiko gikan sa Unibersidad sa Utah nagkuhag mga sampol sa ice core aron masukod ang fluid permeability sa Antarctica.

Usa ka komplikado nga problema

Ang gibag-on ug gilapdon sa yelo sa dagat sa Arctic dali nga mikunhod sukad nga ang mga pagsukod sa satellite unang gikuha 1979.

Ang yelo sa dagat mao ang refrigerator sa Yuta, nga nagpabanaag sa kahayag sa adlaw balik ngadto sa kawanangan. Ang malungtarong presensiya niini importante sa kaugmaon sa atong planeta tungod kay, samtang mas daghang yelo ang matunaw, mas daghang ngitngit nga tubig ang mahayag nga mosuhop sa mas daghang kahayag sa adlaw. Kining init-adlaw nga tubig motunaw ug mas daghang yelo sa usa ka siklo nga nagpalig-on sa kaugalingon nga gitawag ug ice albedo feedback.

Samtang ang pagkunhod sa yelo sa dagat tingali usa sa labing makita nga dagkong mga pagbag-o nga konektado sa pag-init sa planeta sa nawong sa Yuta, pag-analisar, pagmodelo ug pagtagna sa pamatasan niini ug ang tubag sa polar system nga gisuportahan niini lisud kaayo, apan makatabang ang mga mathematician.

Si Kenneth Golden, usa ka inila nga propesor sa matematika ug adjunct nga propesor sa biomedical engineering sa Unibersidad sa Utah, nagtukod og usa ka talagsaon nga programa sa yelo sa dagat sulod sa 30 ka tuig. Ang kombinasyon niini sa panukiduki sa matematika, pagmodelo sa klima ug kulbahinam nga mga ekspedisyon sa natad, nakadani sa mga estudyante ug postdoctoral nga mga tigdukiduki, lakip si Dr Reimer, nga naka-focus sa paggamit niini nga matang sa siyensya aron makatabang sa pag-atubang sa dinalian nga mga hagit sa paspas nga pagbag-o sa klima.

Factoring sa mga mananap

Gitun-an ni Dr Reimer kung giunsa pagtubag sa mga polar bear ug seal ang mga pagbag-o sa ilang nagyelo nga palibot. Samtang gigamit niya ang mga modelo sa matematika aron masabtan ang mga interaksyon tali niini nga mga binuhat ug sa ilang pinuy-anan, nagkuha usab siya mga pagsukod ug mga sample gikan sa mga oso sa Arctic, nga usa ka butang nga wala niya damha nga buhaton ingon usa ka matematiko. “Dili sila bug-os nga matulog kon sila malinawon; nanghupaw sila,” siya mipasabut. "Ang usa kanila nahadlok kanako tungod kay ingon og kini makamata sa usa ka punto."

Gikuha ni Dr Reimer ang mga pagsukod gikan sa usa ka sedated polar bear sa Arctic.

Ang ilang pagkunhod sa pinuy-anan nagpasabut nga ang mga polar bear naglakaw sa nipis nga yelo, apan gilauman nga ang mga pagtuon sama ni Dr Reimer makatabang sa mga eksperto nga masabtan kung giunsa pagpanalipod ang halangdon nga mga manunukob.

Bisan pa, kini ang "makapalibog" nga mikroskopiko nga kalibutan sa bakterya ug lumot nga nagpuyo sa mga bulsa sa parat nga tubig sa sulod sa yelo sa dagat nga karon nakapahinam kaniya. Kini nga biolohikal nga komunidad ug ang pinuy-anan niini naimpluwensyahan sa mga pagbag-o sa temperatura, kaparat ug kahayag, nga nagpalisud sa pagmodelo sa tukma. Sa iyang trabaho karon, si Dr Reimer nagtukod ug mga modelo aron masabtan kung giunsa kini nga mga hinungdan nakig-uban aron mahibal-an ang biolohikal nga kalihokan sa sulod sa yelo. "Ang pagsabut kung giunsa ang mga proseso sa kini nga gagmay nga mga timbangan nakatampo sa mga sumbanan sa lebel sa macro hinungdanon sa pagmodelo sa epekto sa usa ka pag-init nga klima sa polar marine ecology," siya mipasabut.

Pag-crunch sa mga numero sa salty ice

Kini ang hagit sa pagsabut kung giunsa ang mikroskopiko nga istruktura sa yelo sa dagat nakaapekto sa pamatasan sa daghang mga expanses sa yelo nga nakapainteres ni Prof Golden. Gibisitahan niya ang mga polar nga rehiyon sa Yuta sa 18 ka beses, nga nag-isog sa hangin sa kasadpan nga nailhan nga "Roaring Forties" aron makaabot sa Antarctica pinaagi sa barko ug hiktin nga naglikay sa pagkaunlod sa nagyelo nga tubig samtang nagsukod sa yelo sa dagat. "Usa ka higayon nga gibisitahan ako sa usa ka dako nga balyena nga mga walo ka pye ang gilay-on, kinsa dali ra makabuak sa nipis nga floe nga akong gisakyan pinaagi sa usa ka kaswal nga pagpitik sa ikog niini," ingon niya.

Ang mga matematiko nga nagpahigayon og mga eksperimento sa mga polar nga rehiyon makasinati sa katingad-an nga wildlife, lakip ang mga balyena.

Gitun-an ni Prof Golden ang microstructure sa sea ice aron makalkulo kung unsa kadali ang pag-agos sa fluid pinaagi niini. “Ang yelo sa dagat parat. Kini adunay porous microstructure sa brine inclusions nga lahi kaayo sa freshwater ice, "ingon niya.

Gipangulohan ni Prof Golden ang mga interdisciplinary teams sa pagtagna sa kritikal nga temperatura diin ang brine inclusions nagkonektar aron ang fluid makadagayday pinaagi sa sea ice, ug sa pagpalambo sa unang X-ray tomography nga teknik aron analisahon kung giunsa ang geometry sa mga inklusyon nga nagbag-o sa temperatura. "Ang pagsabut kung giunsa nga ang tubig sa dagat molusot sa yelo sa dagat usa sa mga yawe sa paghubad kung giunsa ang pagbag-o sa klima sa polar marine environment," siya mipasabut.

Ang pagdiskobre niini nga "on-off switch" nakatabang sa mga siyentipiko nga mas masabtan ang mga proseso sama sa kung giunsa pagpuno ang mga sustansya nga nagpakaon sa mga komunidad sa algal nga nagpuyo sa mga brine inclusions.

Gipakita sa mga pagtuon ni Propesor Golden kung unsa kadali ang pag-agos sa likido pinaagi sa yelo sa dagat, nga adunay porous nga microstructure sa brine inclusions (gihulagway). WF Weeks ug A. Assur, CRREL (US Army Cold Regions Research and Engineering Lab) Report 269, 1969

Ang brine sa sea ice makaapekto usab sa pirma sa radar niini, nga makaapekto sa mga pagsukod sa satellite sa mga parameter sama sa gibag-on sa yelo nga gigamit sa pag-validate sa mga modelo sa klima. Importante kini nga mga modelo tungod kay gitagna nila ang umaabot nga mga pagbag-o sa atong klima ug gigamit sa mga lider sa kalibutan ug mga siyentista aron makahimo og mga estratehiya sa pagpaminus.

Gikan sa katugnaw

Ang lainlain nga yelo nagpresentar og usa ka hagit, apan ang pagkalain-lain sa mga tigdukiduki, magtutudlo ug estudyante nagmugna sa hingpit nga palibot alang sa lab-as nga mga ideya. Sa US, usa ra ka quarter sa mga degree sa doktor sa matematika ug siyensya sa kompyuter ang gihatag sa mga babaye kaniadtong 2015, apan ang mga laraw sama sa Unibersidad sa Utah Paggamit Ang programa nag-amuma sa mga talento nga babaye nga mathematician pinaagi sa pagtabang kanila sa pag-abli sa mga oportunidad sama sa pagtudlo ug hands-on nga panukiduki. Ang mga ekspedisyon sa Arctic dili lamang naghatag sa mga estudyante og taas nga kasinatian, apan pagsiguro nga ang mga mathematician nalambigit sa mga cutting-edge nga panukiduki ug mga solusyon, kauban ang mga siyentipiko sa klima ug mga inhenyero.

Kung wala sila nakig-away sa blizzard, si Dr Reimer ug Prof Golden nagtrabaho sa kolaborasyon, interdisciplinary nga mga proyekto ug co-mentor nga babaye nga undergraduate nga mga estudyante isip bahin sa programa sa ACCESS. Pagkahuman sa pag-refresh sa bahin sa matematika sa 2018 aron maapil ang pagbag-o sa klima, nakita ni Prof Golden nga halos triple ang gidaghanon sa mga estudyante sa ACCESS nga interesado sa pagkuha sa usa ka mayor nga matematika o pagbutang sa panukiduki kaysa kaniadto.

Si Rebecca Hardenbrook, kinsa usa sa mga estudyante sa PhD ni Propesor Golden, nag-ingon: “Ang pag-focus sa dinalian nga mga isyu sama sa pagbag-o sa klima makadani sa daghang mga tawo nga gusto namon sa matematika, nga mao ang tanan, apan labi na, mga babaye, mga tawo nga kolor, mga tawo nga dili maayo; bisan kinsa gikan sa usa ka gamay nga girepresentahan nga background. ”

Paghiusa sa mga kapanguhaan

Si Hardenbrook miapil sa programa sa ACCESS sa wala pa ang iyang unang tuig isip usa ka undergraduate, nga naggugol sa ting-init sa usa ka lab sa astrophysics, nga nagbukas sa iyang mga mata sa posibilidad sa pagbuhat sa panukiduki. "Kini tinuod nga pagbag-o sa kinabuhi," ingon niya, labi na tungod kay nakahukom pa siya nga magpadayon sa usa ka PhD sa matematika kauban si Prof Golden pagkahuman nagtuon sa thermal transport pinaagi sa sea ice isip usa ka undergraduate.

Si Rebecca Hardenbrook nagtudlo sa matematika sa mga estudyante sa University of Utah sa Salt Lake City.

Gidasig niya karon ang mga batan-ong estudyante sa ACCESS scheme isip katabang sa pagtudlo, ingon man ang pagmodelo sa mga melt pond, nga mga linaw sa tubig sa yelo sa dagat sa Arctic. Kini nga mga lim-aw adunay hinungdanon nga papel sa pagtino sa dugay nga pagtunaw nga rate sa tabon sa yelo sa dagat sa Arctic pinaagi sa pagsuhop sa radyasyon sa adlaw imbes nga ipakita kini. Samtang sila nagtubo ug naghiusa, sila nag-agi sa usa ka transisyon sa fractal geometry, nga epektibo nga naghimo sa usa ka walay katapusan nga sumbanan nga mahimong modelo sa mga mathematician.

Nagtukod si Hardenbrook sa usa ka dekada nga trabaho sa mga melt pond ni Prof Golden ug sa miaging mga estudyante ug tigdukiduki sa unibersidad pinaagi sa pagpahiangay sa klasikal nga modelo sa Ising, nga naugmad kapin sa usa ka siglo ang milabay ug gipatin-aw kung giunsa ang mga materyales makakuha o mawala ang magnetism, aron matunaw ang modelo. pond geometry. "Naglaum ako nga mahimo ang modelo alang sa yelo sa dagat nga labi ka tukma sa pisikal aron kini mabutang sa mga modelo sa klima sa kalibutan aron makahimo usa ka mas tukma nga pamaagi sa pagsulbad sa mga natunaw nga lim-aw, nga adunay usa ka makapakurat nga epekto sa albedo sa Arctic," gipasabut niya.

Pagdugang sa dako nga hulagway

Nasulbad na sa mga mathematician ang kalibog kon unsaon pagtino ang gilapdon sa nag-abay nga marginal sea ice zone, nga gikan sa dasok nga sulod nga kinauyokan sa pack ice ngadto sa gawas nga mga fringes, diin ang mga balud makabuak sa naglutaw nga yelo.

Si Court Strong, kinsa usa ka atmospheric scientist ug usa sa mga kauban ni Prof Golden sa University of Utah, nakakuha og inspirasyon gikan sa dili kasagaran nga tinubdan: ang cerebral cortex sa utok sa ilaga. Nakaamgo siya nga magamit nila ang parehas nga pamaagi sa matematika sa pagsukod sa gilapdon sa marginal ice zone sama sa ilang gihimo sa pagsukod sa gibag-on sa bumpy brain sa rodent, nga adunay daghang kalainan. Uban sa tabang niining gipasimple nga modelo, ang team nakahimo sa pagpakita nga ang marginal ice zone milapad sa mga 40% samtang ang atong klima nag-init.

Ang pamaagi sa ACCESS sa unibersidad sa Utah, lakip ang mga panukiduki sa kamot niini, nagpaunlod sa mga estudyante sa usa ka interdisciplinary nga palibot diin ang matematika bahin sa usa ka mas dako nga litrato. Gidasig niini ang cross pollination, diin ang mga pamaagi ug mga ideya gikan sa daw wala'y kalabutan nga mga bahin sa siyensya mahimong magamit sa pagsulbad sa mga problema kung ang sukaranan nga matematika parehas ra.

"Kung gipresentar ka sa usa ka dili kasagaran nga kahimtang, kinahanglan nimo ang lainlaing mga klase sa hunahuna aron matan-aw ang usa ka problema nga tin-aw ug adunay mga solusyon," ingon ni Prof Golden.

Ang pagkawala sa yelo sa dagat nga nakita sa Arctic nahitabo sulod lang sa pipila ka dekada ug nagpadayon sa makapakurat nga dagan.

"Kinahanglan namon ang tanan nga maayong utok ug lainlaing mga paagi sa paghunahuna nga makuha namon, ug kinahanglan namon kini nga paspas," ingon niya.

Kini nga artikulo girepaso alang sa University of Utah, National Science Foundation ug Office of Naval Research ni Elvis Bahati Orlendo, International Foundation for Science, Stockholm ug Dr Magdalena Stoeva, FIOMP, FIUPESM.