Bạn có thể mong đợi một giai thoại đáng sợ như vậy đến từ một nhà thám hiểm, nhưng Tiến sĩ Reimer là một nhà toán học và giảng viên tại Đại học Utah, đồng thời là thành viên của cộng đồng đã đổi những lớp học ấm cúng để đến một số vùng hoang dã khắc nghiệt nhất Trái đất. , trong nỗ lực sử dụng các con số để hiểu sự nóng lên toàn cầu.
Cuộc phiêu lưu của họ cho phép họ quan sát trực tiếp các quá trình thúc đẩy sự thay đổi ở các vùng cực và xác nhận các lý thuyết toán học của họ về băng biển cũng như vai trò của nó như một thành phần quan trọng trong hệ thống khí hậu Trái đất.
Độ dày và phạm vi của băng biển ở Bắc Cực đã giảm nhanh chóng kể từ khi các phép đo vệ tinh lần đầu tiên được thực hiện vào năm 1979.
Băng biển là tủ lạnh của Trái đất, phản chiếu ánh sáng mặt trời trở lại không gian. Sự hiện diện lâu dài của nó rất quan trọng đối với tương lai của hành tinh chúng ta bởi vì, khi băng tan nhiều hơn, sẽ có nhiều nước tối màu hơn hấp thụ nhiều ánh sáng mặt trời hơn. Nước được làm ấm bằng ánh nắng mặt trời này làm tan chảy nhiều băng hơn trong một chu trình tự tăng cường gọi là suất phản chiếu băng thông tin phản hồi.
Trong khi sự suy giảm băng biển có lẽ là một trong những thay đổi quy mô lớn dễ thấy nhất liên quan đến sự nóng lên của hành tinh trên bề mặt Trái đất, việc phân tích, lập mô hình và dự đoán hành vi của nó cũng như phản ứng của hệ thống cực mà nó hỗ trợ là vô cùng khó khăn, nhưng các nhà toán học có thể giúp đỡ.
Kenneth Golden, giáo sư toán học nổi tiếng và giáo sư phụ trợ về kỹ thuật y sinh tại Đại học Utah, đã xây dựng một chương trình băng biển độc đáo trong hơn 30 năm. Sự kết hợp giữa nghiên cứu toán học, mô hình khí hậu và các cuộc thám hiểm thực địa thú vị đã thu hút sinh viên và nhà nghiên cứu sau tiến sĩ, bao gồm cả Tiến sĩ Reimer, những người đang tập trung sử dụng loại hình khoa học này để giúp giải quyết những thách thức cấp bách của khí hậu đang thay đổi nhanh chóng.
Tiến sĩ Reimer đã nghiên cứu cách gấu Bắc cực và hải cẩu phản ứng với những thay đổi trong môi trường băng giá của chúng. Trong khi sử dụng các mô hình toán học để hiểu sự tương tác giữa những sinh vật này và môi trường sống của chúng, cô cũng lấy số đo và lấy mẫu từ những con gấu ở Bắc Cực, đây là điều mà cô chưa bao giờ mong đợi làm với tư cách là một nhà toán học. “Họ không hoàn toàn ngủ khi họ được an thần; họ đang lảo đảo,” cô giải thích. “Một trong số chúng làm tôi hoảng sợ vì có vẻ như nó có thể thức dậy vào một lúc nào đó.”
Tiến sĩ Reimer lấy số đo từ một con gấu Bắc Cực đang được an thần ở Bắc Cực.
Môi trường sống bị thu hẹp của chúng có nghĩa là gấu Bắc cực đang đi trên lớp băng mỏng, nhưng người ta hy vọng rằng những nghiên cứu như của Tiến sĩ Reimer sẽ giúp các chuyên gia hiểu cách bảo vệ những kẻ săn mồi hùng vĩ.
Tuy nhiên, chính thế giới vi khuẩn và tảo cực nhỏ sống trong các túi nước mặn bên trong băng biển mới khiến cô phấn khích. Quần xã sinh học này và môi trường sống của nó bị ảnh hưởng bởi những thay đổi về nhiệt độ, độ mặn và ánh sáng, gây khó khăn cho việc lập mô hình chính xác. Trong công việc hiện tại của mình, Tiến sĩ Reimer xây dựng các mô hình để hiểu cách các yếu tố này tương tác nhằm xác định hoạt động sinh học trong băng. Cô giải thích: “Hiểu được cách các quá trình ở quy mô nhỏ này đóng góp vào các mô hình cấp vĩ mô là rất quan trọng để mô hình hóa tác động của khí hậu ấm lên đối với hệ sinh thái biển vùng cực”.
Giáo sư Golden quan tâm đến thách thức tìm hiểu cấu trúc vi mô của băng biển ảnh hưởng như thế nào đến hoạt động của những vùng băng rộng lớn. Anh ấy đã đến thăm các vùng cực của Trái đất 18 lần, bất chấp những cơn gió tây được gọi là “Những năm bốn mươi gầm thét” để đến Nam Cực bằng tàu và suýt lao xuống vùng nước băng giá trong khi đo băng biển. “Một lần nọ, tôi được một con cá voi khổng lồ cách đó khoảng XNUMX feet ghé thăm. Nó có thể dễ dàng làm vỡ tảng băng mỏng mà tôi đang ở trên đó chỉ bằng một cái búng đuôi ngẫu nhiên,” anh nói.
Giáo sư Golden nghiên cứu cấu trúc vi mô của băng biển để tính toán mức độ dễ dàng mà chất lỏng có thể chảy qua nó. “Băng biển có vị mặn. Nó có cấu trúc vi mô xốp gồm các tạp chất nước muối rất khác với băng nước ngọt,” ông nói.
Giáo sư Golden đã lãnh đạo các nhóm liên ngành dự đoán nhiệt độ tới hạn mà tại đó các thể vùi nước muối kết nối với nhau để chất lỏng có thể chảy qua băng biển và phát triển kỹ thuật chụp cắt lớp tia X đầu tiên để phân tích hình dạng của các thể vùi phát triển như thế nào theo nhiệt độ. Ông giải thích: “Hiểu được cách nước biển thấm qua băng biển là một trong những chìa khóa để giải thích biến đổi khí hậu sẽ diễn ra như thế nào trong môi trường biển vùng cực”.
Việc khám phá ra “công tắc bật tắt” này đã giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về các quá trình như cách thức bổ sung các chất dinh dưỡng nuôi sống cộng đồng tảo sống trong các thể vùi nước muối.
Các nghiên cứu của Giáo sư Golden cho thấy chất lỏng có thể dễ dàng chảy qua băng biển, nơi có cấu trúc vi mô xốp chứa các vùi nước muối (ảnh). WF Weeks và A. Assur, CRREL (Phòng thí nghiệm Kỹ thuật và Nghiên cứu Vùng Lạnh của Quân đội Hoa Kỳ) Báo cáo 269, 1969
Nước muối trong băng biển cũng ảnh hưởng đến tín hiệu radar của nó, ảnh hưởng đến các phép đo vệ tinh về các thông số như độ dày băng được sử dụng để xác nhận các mô hình khí hậu. Những mô hình này rất quan trọng vì chúng dự đoán những thay đổi trong tương lai đối với khí hậu của chúng ta và được các nhà lãnh đạo và nhà khoa học thế giới sử dụng để đưa ra các chiến lược giảm thiểu.
Sự đa dạng của các loại băng là một thách thức nhưng sự đa dạng giữa các nhà nghiên cứu, giáo viên và sinh viên sẽ tạo ra môi trường hoàn hảo cho những ý tưởng mới. Ở Mỹ, chỉ 2015/XNUMX bằng tiến sĩ về toán học và khoa học máy tính được trao cho phụ nữ vào năm XNUMX, nhưng các chương trình như Đại học Utah VỊ TRÍ CỦA CHÚNG TÔI đang nuôi dưỡng các nhà toán học nữ tài năng bằng cách giúp họ mở ra các cơ hội như cố vấn và nghiên cứu thực hành. Các chuyến thám hiểm đến Bắc Cực không chỉ mang đến cho sinh viên trải nghiệm nâng cao mà còn đảm bảo các nhà toán học được tham gia vào các nghiên cứu và giải pháp tiên tiến cùng với các nhà khoa học và kỹ sư khí hậu.
Khi họ không phải chiến đấu với bão tuyết, Tiến sĩ Reimer và Giáo sư Golden làm việc trong các dự án hợp tác, liên ngành và đồng cố vấn là nữ sinh viên đại học như một phần của chương trình ACCESS. Sau khi làm mới thành phần toán học vào năm 2018 để bao gồm biến đổi khí hậu, Giáo sư Golden đã nhận thấy số lượng sinh viên ACCESS quan tâm đến việc học chuyên ngành toán hoặc vị trí nghiên cứu tăng gần gấp ba lần so với trước đây.
Rebecca Hardenbrook, một trong những nghiên cứu sinh tiến sĩ của Giáo sư Golden, cho biết: “việc tập trung vào các vấn đề cấp bách như biến đổi khí hậu sẽ thu hút nhiều người mà chúng ta muốn quan tâm đến toán học hơn, đó là tất cả mọi người, nhưng đặc biệt là phụ nữ, người da màu, người đồng tính; bất kỳ ai có hoàn cảnh xuất thân không được đại diện đầy đủ.”
Hardenbrook tham gia chương trình ACCESS trước năm đầu tiên là sinh viên đại học, dành cả mùa hè trong phòng thí nghiệm vật lý thiên văn, điều này đã mở ra cho cô khả năng thực hiện nghiên cứu. Cô nói: “Cuộc sống thực sự đã thay đổi,” cô nói, đặc biệt là vì cô quyết định theo đuổi bằng tiến sĩ toán học với Giáo sư Golden sau khi nghiên cứu về vận chuyển nhiệt qua băng biển khi còn là sinh viên.
Rebecca Hardenbrook dạy toán cho sinh viên tại Đại học Utah ở Thành phố Salt Lake.
Hiện cô đang truyền cảm hứng cho các sinh viên trẻ hơn về chương trình ACCESS với tư cách là trợ giảng cũng như mô hình hóa các ao tan chảy, tức là các hồ nước trên băng biển Bắc Cực. Những ao này đóng vai trò quyết định trong việc xác định tốc độ tan chảy lâu dài của lớp băng biển Bắc Cực bằng cách hấp thụ bức xạ mặt trời thay vì phản xạ nó. Khi chúng phát triển và kết hợp với nhau, chúng trải qua quá trình chuyển đổi trong hình học fractal, tạo ra một mô hình không bao giờ kết thúc một cách hiệu quả mà các nhà toán học có thể mô hình hóa được.
Hardenbrook đang xây dựng dựa trên một thập kỷ nghiên cứu về ao tan chảy của Giáo sư Golden cùng các sinh viên và nhà nghiên cứu trước đây tại trường đại học bằng cách điều chỉnh mô hình Ising cổ điển, được phát triển hơn một thế kỷ trước và giải thích cách vật liệu có thể tăng hoặc giảm từ tính, để mô hình hóa sự tan chảy. hình học ao. Cô giải thích: “Tôi hy vọng có thể làm cho mô hình băng biển chính xác hơn về mặt vật lý để có thể đưa nó vào các mô hình khí hậu toàn cầu nhằm tạo ra cách tiếp cận chính xác hơn trong việc giải quyết các ao tan chảy, vốn có tác động đáng ngạc nhiên đến suất phản chiếu của Bắc Cực”.
Các nhà toán học đã giải quyết được câu hỏi hóc búa về cách xác định chiều rộng của vùng băng biển biên nhấp nhô, kéo dài từ lõi bên trong dày đặc của băng gói đến rìa bên ngoài, nơi sóng có thể phá vỡ lớp băng trôi.
Court Strong, một nhà khoa học khí quyển và là một trong những đồng nghiệp của Giáo sư Golden tại Đại học Utah, đã lấy cảm hứng từ một nguồn khác thường: vỏ não của não chuột. Ông nhận ra rằng họ có thể sử dụng phương pháp toán học tương tự để đo chiều rộng của vùng băng biên giống như cách họ đo độ dày của bộ não gập ghềnh của loài gặm nhấm, vốn cũng có rất nhiều biến thể. Với sự hỗ trợ của mô hình đơn giản hóa này, nhóm nghiên cứu đã có thể chứng minh rằng vùng băng biên đã mở rộng khoảng 40% khi khí hậu của chúng ta ấm lên.
Chương trình ACCESS của trường đại học Utah, bao gồm cả nghiên cứu thực hành, đưa sinh viên vào một môi trường liên ngành, nơi toán học là một phần của bức tranh lớn hơn. Nó khuyến khích sự thụ phấn chéo, trong đó các phương pháp và ý tưởng từ các lĩnh vực khoa học dường như không liên quan có thể được sử dụng để giải quyết các vấn đề khi toán học cơ bản về cơ bản giống nhau.
Giáo sư Golden cho biết: “Khi bạn gặp một tình huống bất thường, bạn cần có những bộ óc khác nhau để xem xét vấn đề một cách rõ ràng và đưa ra giải pháp”.
Sự mất băng biển ở Bắc Cực đã xảy ra chỉ trong vài thập kỷ và tiếp tục ở mức đáng báo động.
Ông nói: “Chúng ta cần tất cả những bộ não tốt và những cách suy nghĩ khác nhau mà chúng ta có thể có được, và chúng ta cần họ thật nhanh”.
Bài viết này đã được Elvis Bahati Orlendo, Quỹ Khoa học Quốc tế, Stockholm và Tiến sĩ Magdalena Stoeva, FIOMP, FIUPESM xem xét cho Đại học Utah, Quỹ Khoa học Quốc gia và Văn phòng Nghiên cứu Hải quân.
Đọc thêm về Tham gia Năm Địa cực Quốc tế lần thứ 5 
Đọc thêm về Kêu gọi đấu thầu để đăng cai Văn phòng điều phối quốc tế IPY-5 | hạn chót: 6 tháng 2 Đọc thêm về Lời kêu gọi thành lập Ủy ban quốc gia IPY-5 
