Efallai y byddech chi’n disgwyl i hanesyn mor frathog ddod gan fforiwr, ond mae Dr Reimer yn fathemategydd ac yn ddarlithydd ym Mhrifysgol Utah, yn ogystal â bod yn rhan o gymuned sydd wedi cyfnewid ystafelloedd dosbarth clyd am rai o anialwch mwyaf digroeso’r Ddaear. , mewn ymgais i ddefnyddio rhifau i ddeall cynhesu byd-eang.
Mae eu hanturiaethau yn eu galluogi i arsylwi drostynt eu hunain y prosesau sy'n gyrru newid yn y rhanbarthau pegynol a dilysu eu damcaniaethau mathemategol o iâ môr a'i rôl fel elfen hollbwysig yn system hinsawdd y Ddaear.
Mae trwch a maint y rhew môr yn yr Arctig wedi gostwng yn gyflym ers cymryd mesuriadau lloeren gyntaf 1979.
Iâ môr yw oergell y Ddaear, sy'n adlewyrchu golau'r haul yn ôl i'r gofod. Mae ei bresenoldeb parhaol yn bwysig i ddyfodol ein planed oherwydd, wrth i fwy o iâ doddi, mae mwy o ddŵr tywyll yn cael ei amlygu sy'n amsugno mwy o olau'r haul. Mae'r dŵr hwn sy'n cael ei gynhesu gan yr haul yn toddi mwy o iâ mewn cylch hunan-atgyfnerthol o'r enw iâ albedo adborth.
Tra bod dirywiad rhew môr efallai yn un o'r newidiadau mawr mwyaf gweladwy sy'n gysylltiedig â chynhesu planedol ar wyneb y Ddaear, mae dadansoddi, modelu a rhagfynegi ei hymddygiad ac ymateb y system begynol y mae'n ei chynnal yn anhygoel o anodd, ond gall mathemategwyr helpu.
Mae Kenneth Golden, athro mathemateg o fri ac athro atodol peirianneg fiofeddygol ym Mhrifysgol Utah, wedi adeiladu rhaglen rhew môr unigryw dros 30 mlynedd. Mae ei gyfuniad o ymchwil mathemateg, modelu hinsawdd a theithiau maes cyffrous, wedi denu myfyrwyr ac ymchwilwyr ôl-ddoethurol, gan gynnwys Dr Reimer, sy'n canolbwyntio ar ddefnyddio'r math hwn o wyddoniaeth i helpu i fynd i'r afael â heriau enbyd hinsawdd sy'n newid yn gyflym.
Mae Dr Reimer wedi astudio sut mae eirth gwynion a morloi yn ymateb i newidiadau yn eu hamgylchedd rhewllyd. Tra roedd hi’n defnyddio modelau mathemategol i ddeall y rhyngweithiadau rhwng y creaduriaid hyn a’u cynefin, cymerodd hefyd fesuriadau a samplau o eirth yn yr Arctig, rhywbeth nad oedd hi byth yn disgwyl ei wneud fel mathemategydd. “Dydyn nhw ddim yn cysgu'n llwyr pan maen nhw'n dawel; maen nhw'n grogi,” eglura. “Fe wnaeth un ohonyn nhw fy ffroeni oherwydd roedd yn ymddangos y gallai ddeffro ar ryw adeg.”
Mae Dr Reimer yn cymryd mesuriadau o arth wen dawel yn yr Arctig.
Mae eu cynefin crebachu yn golygu bod eirth gwynion yn cerdded ar rew tenau, ond y gobaith yw y bydd astudiaethau fel un Dr Reimer yn helpu arbenigwyr i ddeall sut i amddiffyn yr ysglyfaethwyr mawreddog.
Fodd bynnag, byd microsgopig “chwythu’r meddwl” o facteria ac algâu sy’n byw mewn pocedi dŵr hallt y tu mewn i iâ’r môr sydd bellach yn ei chyffroi. Mae'r gymuned fiolegol hon a'i chynefin yn cael eu dylanwadu gan newidiadau mewn tymheredd, halltedd a golau, sy'n ei gwneud hi'n anodd modelu'n gywir. Yn ei gwaith presennol, mae Dr Reimer yn llunio modelau i ddeall sut mae'r ffactorau hyn yn rhyngweithio i bennu gweithgaredd biolegol yn yr iâ. “Mae deall sut mae prosesau ar y graddfeydd bach hyn yn cyfrannu at batrymau lefel macro yn hanfodol i fodelu effaith hinsawdd gynhesu ar ecoleg forol begynol,” eglura.
Yr her o ddeall sut mae adeiledd microsgopig iâ môr yn effeithio ar ymddygiad ehangder enfawr o iâ sydd o ddiddordeb i'r Athro Golden. Mae wedi ymweld â rhanbarthau pegynol y Ddaear 18 o weithiau, gan herio'r gwyntoedd gorllewinol a adwaenir fel y “Roaring Forties” i gyrraedd Antarctica ar long ac osgoi plymio i ddyfroedd rhewllyd wrth fesur iâ môr. “Un tro fe ymwelodd morfil anferth tua wyth troedfedd i ffwrdd â mi, a allai yn hawdd fod wedi torri'r fflôc tenau roeddwn i arno gyda fflic achlysurol o'i gynffon,” meddai.
Mae'r Athro Golden yn astudio microstrwythur iâ môr i gyfrifo pa mor hawdd y gall hylif lifo drwyddo. “Mae rhew môr yn hallt. Mae ganddo ficrostrwythur mandyllog o gynhwysiant heli sy'n wahanol iawn i iâ dŵr croyw,” meddai.
Mae'r Athro Golden wedi arwain timau rhyngddisgyblaethol i ragfynegi'r tymheredd critigol y mae'r cynhwysiant heli yn cysylltu ag ef fel y gall hylif lifo trwy iâ'r môr, ac i ddatblygu'r dechneg tomograffi pelydr-X cyntaf i ddadansoddi sut mae geometreg y cynhwysion yn esblygu gyda thymheredd. “Mae deall sut mae dŵr môr yn trylifo trwy iâ môr yn un o’r allweddi i ddehongli sut y bydd newid hinsawdd yn chwarae allan yn yr amgylchedd morol pegynol,” eglurodd.
Mae darganfod y “switsh i ffwrdd” hwn wedi helpu gwyddonwyr i ddeall prosesau fel sut mae maetholion sy'n bwydo cymunedau algaidd sy'n byw yn y cynhwysiant heli yn cael eu hailgyflenwi yn well.
Mae astudiaethau’r Athro Golden yn dangos pa mor hawdd y gall hylif lifo drwy iâ môr, sydd â microstrwythur mandyllog o gynhwysiant heli (yn y llun). WF Weeks ac A. Assur, CRREL (Labordy Ymchwil a Pheirianneg Rhanbarthau Oer y Fyddin UDA) 269, 1969
Mae'r heli mewn rhew môr hefyd yn effeithio ar ei lofnod radar, sy'n effeithio ar fesuriadau lloeren o baramedrau fel trwch iâ a ddefnyddir i ddilysu modelau hinsawdd. Mae'r modelau hyn yn bwysig oherwydd eu bod yn rhagweld newidiadau i'n hinsawdd yn y dyfodol ac yn cael eu defnyddio gan arweinwyr y byd a gwyddonwyr i lunio strategaethau lliniaru.
Mae amrywiaeth yr iâ yn her, ond mae amrywiaeth ymhlith ymchwilwyr, athrawon a myfyrwyr yn creu'r amgylchedd perffaith ar gyfer syniadau ffres. Yn yr Unol Daleithiau, dim ond chwarter y graddau doethuriaeth mewn mathemateg a gwyddorau cyfrifiadurol a ddyfarnwyd i fenywod yn 2015, ond mae cynlluniau fel Prifysgol Utah MYNEDIAD yn meithrin mathemategwyr benywaidd dawnus trwy eu helpu i ddatgloi cyfleoedd fel mentora ac ymchwil ymarferol. Mae alldeithiau i'r Arctig nid yn unig yn rhoi profiad dyrchafedig i fyfyrwyr, ond hefyd yn sicrhau bod mathemategwyr yn cymryd rhan mewn ymchwil a datrysiadau blaengar, ochr yn ochr â gwyddonwyr a pheirianwyr hinsawdd.
Pan nad ydynt yn brwydro yn erbyn stormydd eira, mae Dr Reimer a'r Athro Golden yn gweithio ar brosiectau cydweithredol, rhyngddisgyblaethol ac yn cyd-fentora myfyrwyr israddedig benywaidd fel rhan o'r rhaglen MYNEDIAD. Ar ôl adnewyddu’r gydran fathemateg yn 2018 i gynnwys newid yn yr hinsawdd, mae’r Athro Golden wedi gweld tua threblu’r nifer o fyfyrwyr MYNEDIAD sydd â diddordeb mewn cymryd lleoliad mathemateg mawr neu leoliad ymchwil nag o’r blaen.
Dywed Rebecca Hardenbrook, sy’n un o fyfyrwyr PhD yr Athro Golden: “Mae canolbwyntio ar faterion dybryd fel newid yn yr hinsawdd yn denu mwy o’r bobl rydyn ni eu heisiau i mewn i fathemateg, sef pawb, ond yn arbennig, menywod, pobl o liw, pobl queer; unrhyw un o gefndir heb gynrychiolaeth ddigonol.”
Ymunodd Hardenbrook â rhaglen ACCESS cyn ei blwyddyn gyntaf fel myfyriwr israddedig, gan dreulio’r haf mewn labordy astroffiseg, a agorodd ei llygaid i’r posibilrwydd o wneud ymchwil. “Roedd yn wir newid bywyd,” meddai, yn bennaf oherwydd iddi benderfynu ymhellach ddilyn PhD mewn mathemateg gyda'r Athro Golden ar ôl astudio trafnidiaeth thermol trwy iâ môr fel myfyriwr israddedig.
Mae Rebecca Hardenbrook yn dysgu mathemateg i fyfyrwyr ym Mhrifysgol Utah yn Salt Lake City.
Mae hi bellach yn ysbrydoli myfyrwyr iau ar y cynllun MYNEDIAD fel cynorthwyydd addysgu, yn ogystal â modelu pyllau tawdd, sef pyllau o ddŵr ar iâ môr yr Arctig. Mae'r pyllau hyn yn chwarae rhan bendant wrth bennu cyfraddau toddi hirdymor gorchudd iâ môr yr Arctig trwy amsugno ymbelydredd solar yn hytrach na'i adlewyrchu. Wrth iddynt dyfu ac ymuno â'i gilydd, maent yn mynd trwy drawsnewidiad mewn geometreg ffractal, gan greu patrwm di-ddiwedd i bob pwrpas y gellir ei fodelu gan fathemategwyr.
Mae Hardenbrook yn adeiladu ar ddegawd o waith ar byllau tawdd gan yr Athro Golden a myfyrwyr blaenorol ac ymchwilwyr yn y brifysgol trwy addasu model clasurol Ising, a ddatblygwyd dros ganrif yn ôl ac sy'n esbonio sut y gall deunyddiau ennill neu golli magnetedd, i fodelu toddi. geometreg pwll. “Rwy’n gobeithio gwneud y model ar gyfer rhew môr yn fwy manwl gywir fel y gellir ei roi mewn modelau hinsawdd byd-eang i greu dull mwy cywir o fynd i’r afael â phyllau tawdd, sy’n cael effaith syfrdanol ar albedo’r Arctig,” eglura.
Mae mathemategwyr eisoes wedi datrys y penbleth o sut i ddiffinio lled y parth iâ môr ymylol tonnog, sy'n ymestyn o graidd mewnol trwchus iâ pecyn i'r ymylon allanol, lle gall tonnau dorri'r iâ arnofiol.
Cafodd Court Strong, sy'n wyddonydd atmosfferig ac yn un o gydweithwyr yr Athro Golden ym Mhrifysgol Utah, ysbrydoliaeth o ffynhonnell anarferol: cortecs cerebral ymennydd llygoden fawr. Sylweddolodd y gallent ddefnyddio'r un dull mathemategol i fesur lled y parth iâ ymylol ag y maent ar gyfer mesur trwch ymennydd anwastad y cnofilod, sydd hefyd â llawer o amrywiad. Gyda chymorth y model symlach hwn, roedd y tîm yn gallu dangos bod y parth iâ ymylol wedi lledu tua 40% wrth i'n hinsawdd gynhesu.
Mae cynllun MYNEDIAD prifysgol Utah, gan gynnwys ei hymchwil ymarferol, yn trochi myfyrwyr mewn amgylchedd rhyngddisgyblaethol lle mae mathemateg yn rhan o ddarlun mwy. Mae'n annog croesbeillio, lle gellir defnyddio dulliau a syniadau o feysydd gwyddoniaeth sy'n ymddangos yn amherthnasol i ddatrys problemau pan fo'r fathemateg sylfaenol yr un peth yn ei hanfod.
“Pan gyflwynir sefyllfa anarferol i chi, mae angen gwahanol fathau o feddyliau arnoch i edrych ar broblem yn glir a dod o hyd i atebion,” meddai'r Athro Golden.
Mae’r golled o iâ môr a welwyd yn yr Arctig wedi digwydd dros ychydig ddegawdau yn unig ac mae’n parhau ar gyflymder brawychus.
“Mae angen yr holl ymennydd da a gwahanol ffyrdd o feddwl y gallwn ni eu cael, ac rydyn ni eu hangen yn gyflym,” meddai.
Mae'r erthygl hon wedi'i hadolygu ar gyfer Prifysgol Utah, y Sefydliad Gwyddoniaeth Cenedlaethol a'r Swyddfa Ymchwil Llyngesol gan Elvis Bahati Orlendo, Sefydliad Rhyngwladol Gwyddoniaeth, Stockholm a Dr Magdalena Stoeva, FIOMP, FIUPESM.
Darllen mwy am Ymuno â 5ed Flwyddyn Ryngwladol y Pegynau 
Darllenwch fwy am y Galwad am Gynigion i gynnal Swyddfa Gydlynu Ryngwladol IPY-5 | dyddiad cau: 6 Chwefror 
Darllenwch fwy am y Galwad am Bwyllgorau Cenedlaethol IPY-5 
