ग्रह बचाउन मद्दत गर्न गणितज्ञहरूमा गणना गर्दै

तपाईंले एक अन्वेषकबाट यस्तो नङ काट्ने किस्सा आउने आशा गर्न सक्नुहुन्छ, तर डा रेमर एक गणितज्ञ र युटाह विश्वविद्यालयका लेक्चरर हुन्, साथै एक समुदायको हिस्सा हुनुहुन्थ्यो जसले पृथ्वीको सबैभन्दा दुर्गम उजाडस्थानहरूका लागि आरामदायक कक्षा कोठाहरू बदलेको छ। , ग्लोबल वार्मिङ बुझ्न संख्याहरू प्रयोग गर्ने प्रयासमा।

तिनीहरूको साहसिक कार्यहरूले तिनीहरूलाई ध्रुवीय क्षेत्रहरूमा परिवर्तनहरू चलाउने प्रक्रियाहरू पहिलो हातमा अवलोकन गर्न र तिनीहरूको समुद्री बरफको गणितीय सिद्धान्तहरू र पृथ्वीको मौसम प्रणालीमा महत्त्वपूर्ण घटकको रूपमा यसको भूमिकालाई प्रमाणित गर्न सक्षम बनाउँछ।

भिडियो प्ले गर्नुहोस्

एक जटिल समस्या

आर्कटिकमा समुद्री बरफको मोटाई र विस्तार छिट्टै घटेको छ जब उपग्रह मापन पहिलो पटक लिइएको थियो। 1979.

समुद्रको बरफ पृथ्वीको रेफ्रिजरेटर हो, सूर्यको किरणलाई अन्तरिक्षमा प्रतिबिम्बित गर्दछ। यसको स्थायी उपस्थिति हाम्रो ग्रहको भविष्यको लागि महत्त्वपूर्ण छ किनभने, अधिक बरफ पग्लिँदा, अधिक गाढा पानी पर्दाफास हुन्छ जसले अधिक सूर्यको प्रकाशलाई अवशोषित गर्दछ। यो घामले तातो पानीले आइस अल्बेडो भनिने आत्म-सुदृढिकरण चक्रमा धेरै बरफ पग्लन्छ। प्रतिक्रिया.

जबकि समुद्री बरफ गिरावट पृथ्वीको सतहमा ग्रहको तापक्रमसँग जोडिएको सबैभन्दा ठूलो मात्रामा परिवर्तनहरू मध्ये एक हो, यसको व्यवहार र यसले समर्थन गर्ने ध्रुवीय प्रणालीको प्रतिक्रिया विश्लेषण, मोडेल र भविष्यवाणी गर्न अविश्वसनीय रूपमा गाह्रो छ, तर गणितज्ञहरूले मद्दत गर्न सक्छन्।

केनेथ गोल्डेन, गणितका एक प्रतिष्ठित प्रोफेसर र युटाह विश्वविद्यालयमा बायोमेडिकल इन्जिनियरिङका सहायक प्रोफेसरले 30 वर्षमा एक अद्वितीय समुद्री बरफ कार्यक्रम बनाएका छन्। यसको गणित अनुसन्धान, जलवायु मोडलिङ र रोमाञ्चक क्षेत्र अभियानहरूको संयोजनले विद्यार्थी र पोस्टडक्टोरल अनुसन्धानकर्ताहरूलाई आकर्षित गरेको छ, डा रेमर लगायत, जो द्रुत रूपमा परिवर्तन हुने जलवायुको दबाबपूर्ण चुनौतीहरूको सामना गर्न मद्दत गर्न यस प्रकारको विज्ञान प्रयोग गर्नमा केन्द्रित छन्।

जनावरहरूमा फैक्टरिंग

डा. रेमरले ध्रुवीय भालु र सिलहरूले आफ्नो जमेको वातावरणमा हुने परिवर्तनहरूलाई कसरी प्रतिक्रिया दिन्छन् भन्ने अध्ययन गरेका छन्। जब उनले यी प्राणीहरू र तिनीहरूको बासस्थान बीचको अन्तरक्रिया बुझ्नको लागि गणितीय मोडेलहरू प्रयोग गरे, उनले आर्कटिकका भालुहरूबाट मापन र नमूनाहरू पनि लिइन्, जुन उनले गणितज्ञको रूपमा कहिल्यै आशा गरेनन्। "उनीहरू शान्त हुँदा पूर्ण रूपमा सुतिरहेका छैनन्; तिनीहरू कुरूप छन्," उनी भन्छिन्। "तिनीहरू मध्ये एकले मलाई त्रसित बनायो किनभने यो कुनै बिन्दुमा उठ्न सक्छ जस्तो लाग्थ्यो।"

डा. रेमरले आर्कटिकमा बेहोस भएको ध्रुवीय भालुबाट नाप लिनुहुन्छ।

तिनीहरूको संकुचित वासस्थानको अर्थ ध्रुवीय भालुहरू पातलो बरफमा हिंडिरहेका छन्, तर यो आशा गरिएको छ कि डा रेमरको अध्ययनले विज्ञहरूलाई राजसी शिकारीहरूलाई कसरी जोगाउने भनेर बुझ्न मद्दत गर्नेछ।

यद्यपि, यो ब्याक्टेरिया र शैवालको "दिमाग उडाउने" माइक्रोस्कोपिक संसार हो जुन समुद्री बरफ भित्र नुनिलो पानीको खल्तीमा बस्छ जुन अहिले उनलाई उत्साहित बनाउँछ। यो जैविक समुदाय र यसको बासस्थान तापक्रम, लवणता र प्रकाशको परिवर्तनबाट प्रभावित हुन्छ, जसले यसलाई सही मोडेल गर्न गाह्रो बनाउँछ। उनको हालको काममा, डा रेमरले बरफ भित्र जैविक गतिविधि निर्धारण गर्न यी कारकहरूले कसरी अन्तरक्रिया गर्छन् भनेर बुझ्नको लागि मोडेलहरू निर्माण गर्छिन्। "यी साना तराजूहरूमा भएका प्रक्रियाहरूले म्याक्रो-लेभल ढाँचाहरूमा कसरी योगदान पुर्‍याउँछन् भन्ने कुरा बुझेर ध्रुवीय समुद्री पारिस्थितिकीमा न्यानो जलवायुको प्रभाव मोडेलिङ गर्न महत्त्वपूर्ण छ," उनी बताउँछिन्।

नुनिलो बरफमा नम्बरहरू क्रन्च गर्दै

समुद्री बरफको माइक्रोस्कोपिक संरचनाले बरफको विशाल विस्तारको व्यवहारलाई कसरी असर गर्छ भन्ने कुरा बुझ्नु चुनौती हो जुन प्रो गोल्डेनको रुचि हो। उहाँले पृथ्वीको ध्रुवीय क्षेत्रहरू १८ पटक भ्रमण गर्नुभएको छ, "रोरिङ फोर्टीज" भनेर चिनिने पश्चिमी हावालाई जहाजबाट अन्टार्कटिका पुग्नको लागि र समुद्री बरफ नाप्ने क्रममा हिउँको पानीमा डुब्नबाट जोगिन। "एक पटक मलाई आठ फिट टाढाको ठूलो ह्वेलले भेटेको थियो, जसले आफ्नो पुच्छरको अनौपचारिक झटकाले पातलो फ्लोलाई सजिलै भाँच्न सक्छ," उनी भन्छन्।

भिडियो प्ले गर्नुहोस्

प्रो गोल्डेनले समुद्री बरफको माइक्रोस्ट्रक्चरको अध्ययन गरेर यसबाट तरल पदार्थ कत्तिको सजिलै बग्छ भनेर गणना गर्छन्। “समुद्रको बरफ नुनिलो हुन्छ। यसमा ब्राइन इन्क्लुजनको झरझरा माइक्रोस्ट्रक्चर छ जुन ताजा पानीको बरफभन्दा धेरै फरक छ,” उनी भन्छन्।

प्रो गोल्डेनले अन्तरविषय टोलीहरूलाई महत्त्वपूर्ण तापक्रमको भविष्यवाणी गर्न नेतृत्व गरेका छन् जसमा ब्राइन समावेशहरू जडान हुन्छन् ताकि तरल पदार्थ समुद्री बरफबाट प्रवाह गर्न सकोस्, र समावेशहरूको ज्यामिति तापक्रमसँगै कसरी विकसित हुन्छ भनेर विश्लेषण गर्न पहिलो एक्स-रे टोमोग्राफी प्रविधिको विकास गर्न। "सामुद्रिक बरफको माध्यमबाट समुद्री पानी कसरी झर्छ भनेर बुझ्नु ध्रुवीय समुद्री वातावरणमा जलवायु परिवर्तन कसरी खेल्नेछ भनेर व्याख्या गर्ने कुञ्जीहरू मध्ये एक हो," उनी बताउँछन्।

यो "अन-अफ स्विच" पत्ता लगाउनाले वैज्ञानिकहरूलाई प्रक्रियाहरू अझ राम्ररी बुझ्न मद्दत गरेको छ जस्तै कि ब्राइन समावेशमा बस्ने अल्गल समुदायहरूलाई कसरी पोषक तत्वहरू भरिन्छन्।

प्रोफेसर गोल्डेन अध्ययनहरूले देखाउँदछ कि तरल पदार्थ समुद्री बरफबाट कसरी सजिलैसँग बग्छ, जसमा नमकीन समावेशको छिद्रपूर्ण माइक्रोस्ट्रक्चर हुन्छ (चित्रमा)। WF Weeks र A. Assur, CRREL (US आर्मी कोल्ड क्षेत्र अनुसन्धान र इन्जिनियरिङ ल्याब) रिपोर्ट 269, 1969

समुद्री बरफमा रहेको नमकीनले यसको राडार हस्ताक्षरलाई पनि असर गर्छ, जसले जलवायु मोडेलहरू मान्य गर्न प्रयोग गरिने बरफको मोटाई जस्ता प्यारामिटरहरूको उपग्रह मापनलाई असर गर्छ। यी मोडेलहरू महत्त्वपूर्ण छन् किनभने तिनीहरूले हाम्रो जलवायुमा भविष्यमा हुने परिवर्तनहरूको भविष्यवाणी गर्छन् र विश्व नेताहरू र वैज्ञानिकहरूले शमन रणनीतिहरू ल्याउन प्रयोग गर्छन्।

चिसोबाट भित्र आउँदैछ

बरफको विविधताले चुनौती प्रस्तुत गर्दछ, तर अनुसन्धानकर्ताहरू, शिक्षकहरू र विद्यार्थीहरू बीचको विविधताले ताजा विचारहरूको लागि उत्तम वातावरण सिर्जना गर्दछ। अमेरिकामा सन् २०१५ मा गणित र कम्प्युटर विज्ञानमा डक्टरल डिग्रीको एक चौथाइ मात्र महिलालाई दिइएको थियो, तर यूटा विश्वविद्यालय जस्ता योजनाहरू पहुंच कार्यक्रमले प्रतिभाशाली महिला गणितज्ञहरूलाई मेन्टरिङ र ह्यान्ड-अन रिसर्च जस्ता अवसरहरू अनलक गर्न मद्दत गरेर पोषण गर्दैछ। आर्कटिकको अभियानले विद्यार्थीहरूलाई उन्नत अनुभव मात्र प्रदान गर्दैन, तर गणितज्ञहरू जलवायु वैज्ञानिकहरू र इन्जिनियरहरूको साथसाथै अत्याधुनिक अनुसन्धान र समाधानहरूमा संलग्न भएको सुनिश्चित गर्दछ।

जब तिनीहरू हिमपातसँग लडिरहेका छैनन्, डा रेमर र प्रो गोल्डेनले ACCESS कार्यक्रमको एक भागको रूपमा सहयोगी, अन्तरविषय परियोजनाहरू र सह-निर्देशक महिला स्नातक विद्यार्थीहरूमा काम गर्छन्। जलवायु परिवर्तनलाई समावेश गर्न 2018 मा गणित घटक ताजा गरेपछि, प्रो गोल्डेनले पहिलेको तुलनामा गणित प्रमुख वा अनुसन्धान प्लेसमेन्ट लिन इच्छुक ACCESS विद्यार्थीहरूको संख्या झन्डै तीन गुणा देखेका छन्।

रेबेका हार्डनब्रुक, जो प्रोफेसर गोल्डेनको पीएचडी विद्यार्थीहरू मध्ये एक हुन्, भन्छिन्: "जलवायु परिवर्तन जस्ता दबाबका मुद्दाहरूमा ध्यान केन्द्रित गर्दा हामीले गणितमा धेरै मानिसहरूलाई आकर्षित गर्छ, जुन सबैलाई हो, तर विशेष गरी, महिलाहरू, रङका मानिसहरू, विचित्र मानिसहरू; कम प्रतिनिधित्व गरिएको पृष्ठभूमिबाट जो कोही।"

स्रोतहरू जम्मा गर्ने

हार्डनब्रुकले स्नातकको रूपमा आफ्नो पहिलो वर्ष अगावै ACCESS कार्यक्रममा सामेल भइन्, ग्रीष्म ऋतु एक खगोल भौतिकी प्रयोगशालामा बिताइन्, जसले अनुसन्धान गर्ने सम्भावनाको लागि उनको आँखा खोल्यो। "यो वास्तवमै जीवन परिवर्तन भएको थियो," उनी भन्छिन्, कम्तिमा पनि उनले स्नातकको रूपमा समुद्री बरफबाट थर्मल यातायातको अध्ययन गरेपछि प्रो गोल्डेनसँग गणितमा पीएचडी गर्ने निर्णय गरे।

रेबेका हार्डनब्रुकले साल्ट लेक सिटीको यूटा विश्वविद्यालयमा विद्यार्थीहरूलाई गणित पढाउँछिन्।

उनले अब साना विद्यार्थीहरूलाई ACCESS योजनामा ​​शिक्षण सहायकको रूपमा प्रेरित गर्छिन्, साथसाथै आर्कटिक समुद्री बरफमा पानीको पोखरीहरू पग्लने पोखरीहरूको मोडलिङ गर्छिन्। यी पोखरीहरूले यसलाई प्रतिबिम्बित गर्नुको सट्टा सौर्य विकिरणलाई अवशोषित गरेर आर्कटिक समुद्री बरफको दीर्घकालीन पग्लने दरहरू निर्धारण गर्न निर्णायक भूमिका खेल्छन्। जब तिनीहरू बढ्छन् र एकसाथ जोडिन्छन्, तिनीहरूले फ्र्याक्टल ज्यामितिमा एक संक्रमणबाट गुज्र्छन्, प्रभावकारी रूपमा कहिल्यै अन्त्य नहुने ढाँचा सिर्जना गर्छन् जुन गणितज्ञहरूद्वारा मोडेल गर्न सकिन्छ।

Hardenbrook प्रो गोल्डेन र यस विश्वविद्यालयका अघिल्लो विद्यार्थीहरू र अनुसन्धानकर्ताहरूले पग्लिएको पोखरीमा एक दशकको काममा निर्माण गर्दैछन् क्लासिकल Ising मोडेल, जुन एक शताब्दी भन्दा अघि विकसित गरिएको थियो र कसरी सामग्रीले चुम्बकत्व प्राप्त गर्न वा गुमाउन सक्छ भनेर वर्णन गर्दछ। पोखरी ज्यामिति। "म समुद्री बरफको मोडेललाई अधिक भौतिक रूपमा सटीक बनाउने आशा गर्छु ताकि आर्कटिकको अल्बेडोमा आश्चर्यजनक प्रभाव पार्ने पिघल पोखरीहरूलाई सम्बोधन गर्ने अझ सही दृष्टिकोण सिर्जना गर्न यसलाई विश्वव्यापी जलवायु मोडेलमा राख्न सकिन्छ," उनी बताउँछिन्।

ठूलो तस्वीरमा थप्दै

गणितज्ञहरूले पहिले नै अनडुलेटिंग मार्जिनल समुद्री बरफ क्षेत्रको चौडाइ कसरी परिभाषित गर्ने भन्ने प्रश्नको समाधान गरिसकेका छन्, जुन प्याक आइसको बाक्लो भित्री कोरबाट बाहिरी किनारसम्म फैलिएको छ, जहाँ छालहरूले तैरिरहेको बरफलाई तोड्न सक्छ।

कोर्ट स्ट्रङ, जो वायुमण्डलीय वैज्ञानिक र युटा विश्वविद्यालयका प्रोफेसर गोल्डेनका सहकर्मीहरू मध्ये एक हुन्, एक असामान्य स्रोतबाट प्रेरणा लिएका थिए: मुसाको मस्तिष्कको सेरेब्रल कोर्टेक्स। उनले मार्जिनल बरफ क्षेत्रको चौडाइ नाप्नको लागि उही गणितीय विधि प्रयोग गर्न सक्ने कृन्तकको बम्पी मस्तिष्कको मोटाई नाप्ने काम गर्न सक्ने महसुस गरे, जसमा धेरै भिन्नताहरू छन्। यो सरलीकृत मोडेलको सहायताले, टोलीले हाम्रो हावापानी न्यानो भएकाले सीमान्त बरफ क्षेत्र करिब ४०% फराकिलो भएको देखाउन सफल भयो।

Utah को ACCESS योजनाको विश्वविद्यालय, यसको ह्यान्ड-अन अनुसन्धान सहित, विद्यार्थीहरूलाई अन्तरविषय वातावरणमा डुबाउँछ जहाँ गणित ठूलो तस्वीरको अंश हो। यसले क्रस परागणलाई प्रोत्साहित गर्छ, जहाँ अन्तर्निहित गणित अनिवार्य रूपमा उस्तै हुँदा विज्ञानको असम्बन्धित क्षेत्रका विधिहरू र विचारहरू समस्याहरू समाधान गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।

प्रो गोल्डेन भन्छन्, "जब तपाईलाई असामान्य अवस्था देखाइन्छ, तपाईलाई समस्यालाई स्पष्ट रूपमा हेर्न र समाधानका लागि विभिन्न प्रकारको दिमाग चाहिन्छ," प्रो गोल्डेन भन्छन्।

आर्कटिकमा देखिएको समुद्री बरफको हानि केही दशकमा मात्र भएको छ र चिन्ताजनक गतिमा जारी छ।

"हामीलाई सबै राम्रो दिमाग र सोच्ने विभिन्न तरिकाहरू चाहिन्छ जुन हामीले प्राप्त गर्न सक्छौं, र हामीलाई ती छिटो चाहिन्छ," उनी भन्छन्।

यो लेख युटा विश्वविद्यालय, नेशनल साइन्स फाउन्डेशन र नौसेना अनुसन्धान कार्यालय को लागि एल्विस बहाटी ओर्लेन्डो, इन्टरनेशनल फाउन्डेसन फर साइन्स, स्टकहोम र डा म्याग्डालेना स्टोभा, FIOMP, FIUPESM द्वारा समीक्षा गरिएको छ।