గ్రహాన్ని రక్షించడంలో సహాయపడటానికి గణిత శాస్త్రవేత్తలను లెక్కించడం

అన్వేషకుడి నుండి అటువంటి గోరు కొరికే వృత్తాంతం వస్తుందని మీరు ఆశించవచ్చు, కానీ డాక్టర్ రీమర్ ఉటా విశ్వవిద్యాలయంలో గణిత శాస్త్రజ్ఞుడు మరియు అధ్యాపకుడు, అలాగే భూమి యొక్క అత్యంత ఆదరించని అరణ్యాలలో కొన్ని హాయిగా ఉండే తరగతి గదులను మార్చుకున్న సంఘంలో భాగం. , గ్లోబల్ వార్మింగ్‌ను అర్థం చేసుకోవడానికి సంఖ్యలను ఉపయోగించే ప్రయత్నంలో.

వారి సాహసాలు ధ్రువ ప్రాంతాలలో మార్పును నడిపించే ప్రక్రియలను ప్రత్యక్షంగా గమనించడానికి మరియు సముద్రపు మంచుకు సంబంధించిన వారి గణిత సిద్ధాంతాలను మరియు భూమి యొక్క వాతావరణ వ్యవస్థలో కీలకమైన అంశంగా దాని పాత్రను ధృవీకరించడానికి వీలు కల్పిస్తాయి.

వీడియో ప్లే చేయండి

సంక్లిష్టమైన సమస్య

ఆర్కిటిక్‌లోని సముద్రపు మంచు యొక్క మందం మరియు విస్తీర్ణం మొదట ఉపగ్రహ కొలతలు తీసుకున్నప్పటి నుండి త్వరగా తగ్గింది 1979.

సముద్రపు మంచు అనేది భూమి యొక్క రిఫ్రిజిరేటర్, సూర్యరశ్మిని తిరిగి అంతరిక్షంలోకి ప్రతిబింబిస్తుంది. మన గ్రహం యొక్క భవిష్యత్తుకు దాని శాశ్వత ఉనికి చాలా ముఖ్యం ఎందుకంటే, ఎక్కువ మంచు కరుగుతున్నందున, ఎక్కువ చీకటి నీరు బహిర్గతమవుతుంది, ఇది ఎక్కువ సూర్యరశ్మిని గ్రహిస్తుంది. ఈ సూర్యుని-వేడెక్కిన నీరు ఐస్ ఆల్బెడో అని పిలువబడే స్వీయ-బలపరిచే చక్రంలో ఎక్కువ మంచును కరుగుతుంది చూడు.

సముద్రపు మంచు క్షీణత అనేది భూమి యొక్క ఉపరితలంపై గ్రహాల వేడెక్కడానికి అనుసంధానించబడిన అత్యంత కనిపించే పెద్ద-స్థాయి మార్పులలో ఒకటి అయితే, దాని ప్రవర్తనను విశ్లేషించడం, మోడలింగ్ చేయడం మరియు అంచనా వేయడం మరియు ధ్రువ వ్యవస్థ యొక్క ప్రతిస్పందన చాలా కష్టం, కానీ గణిత శాస్త్రవేత్తలు సహాయపడగలరు.

కెన్నెత్ గోల్డెన్, ఉటా విశ్వవిద్యాలయంలో గణితశాస్త్రం యొక్క విశిష్ట ప్రొఫెసర్ మరియు బయోమెడికల్ ఇంజనీరింగ్ యొక్క అనుబంధ ప్రొఫెసర్, 30 సంవత్సరాలుగా ఒక ప్రత్యేకమైన సముద్రపు మంచు కార్యక్రమాన్ని నిర్మించారు. దాని గణిత పరిశోధన, క్లైమేట్ మోడలింగ్ మరియు ఉత్తేజకరమైన ఫీల్డ్ ఎక్స్‌డిషన్‌ల కలయిక, వేగంగా మారుతున్న వాతావరణం యొక్క ఒత్తిడిని ఎదుర్కోవడంలో సహాయపడటానికి ఈ రకమైన శాస్త్రాన్ని ఉపయోగించడంపై దృష్టి సారించిన డాక్టర్ రీమర్‌తో సహా విద్యార్థులు మరియు పోస్ట్‌డాక్టోరల్ పరిశోధకులను ఆకర్షించింది.

జంతువులలో కారకం

ధృవపు ఎలుగుబంట్లు మరియు సీల్స్ వాటి ఘనీభవించిన వాతావరణంలో మార్పులకు ఎలా స్పందిస్తాయో డాక్టర్ రీమర్ అధ్యయనం చేశారు. ఈ జీవులు మరియు వాటి ఆవాసాల మధ్య పరస్పర చర్యలను అర్థం చేసుకోవడానికి ఆమె గణిత నమూనాలను ఉపయోగించినప్పుడు, ఆమె ఆర్కిటిక్‌లోని ఎలుగుబంట్ల నుండి కొలతలు మరియు నమూనాలను కూడా తీసుకుంది, ఇది గణిత శాస్త్రవేత్తగా ఆమె ఎప్పుడూ ఊహించనిది. "వారు ప్రశాంతంగా ఉన్నప్పుడు వారు పూర్తిగా నిద్రపోరు; వారు గజిబిజిగా ఉన్నారు, ”ఆమె వివరిస్తుంది. "వారిలో ఒకరు నన్ను భయపెట్టారు, ఎందుకంటే అది ఏదో ఒక సమయంలో మేల్కొలపగలదని అనిపించింది."

డాక్టర్ రీమర్ ఆర్కిటిక్‌లోని మత్తులో ఉన్న ధ్రువ ఎలుగుబంటి నుండి కొలతలు తీసుకుంటాడు.

వారి కుంచించుకుపోతున్న ఆవాసం అంటే ధృవపు ఎలుగుబంట్లు సన్నని మంచు మీద నడుస్తున్నాయి, అయితే డాక్టర్ రీమర్స్ వంటి అధ్యయనాలు గంభీరమైన మాంసాహారులను ఎలా రక్షించాలో నిపుణులు అర్థం చేసుకోవడంలో సహాయపడతాయని భావిస్తున్నారు.

అయినప్పటికీ, సముద్రపు మంచు లోపల ఉప్పు నీటి పాకెట్స్‌లో నివసించే బ్యాక్టీరియా మరియు ఆల్గేల యొక్క "మనస్సును కదిలించే" మైక్రోస్కోపిక్ ప్రపంచం ఇప్పుడు ఆమెను ఉత్తేజపరుస్తుంది. ఈ జీవసంబంధమైన సంఘం మరియు దాని ఆవాసాలు ఉష్ణోగ్రత, లవణీయత మరియు కాంతిలో మార్పుల ద్వారా ప్రభావితమవుతాయి, ఇది ఖచ్చితంగా మోడల్ చేయడం కష్టతరం చేస్తుంది. ఆమె ప్రస్తుత పనిలో, మంచు లోపల జీవసంబంధ కార్యకలాపాలను నిర్ణయించడానికి ఈ కారకాలు ఎలా సంకర్షణ చెందుతాయో అర్థం చేసుకోవడానికి డాక్టర్ రీమర్ నమూనాలను నిర్మిస్తారు. "ఈ చిన్న ప్రమాణాలపై ప్రక్రియలు స్థూల-స్థాయి నమూనాలకు ఎలా దోహదపడతాయో అర్థం చేసుకోవడం ధ్రువ సముద్ర జీవావరణ శాస్త్రంపై వేడెక్కుతున్న వాతావరణం యొక్క ప్రభావాన్ని మోడలింగ్ చేయడంలో కీలకం" అని ఆమె వివరిస్తుంది.

ఉప్పగా ఉండే మంచు మీద సంఖ్యలను క్రంచ్ చేయడం

సముద్రపు మంచు యొక్క మైక్రోస్కోపిక్ నిర్మాణం ప్రొఫెసర్ గోల్డెన్‌కు ఆసక్తి కలిగించే మంచు యొక్క భారీ విస్తరణల ప్రవర్తనను ఎలా ప్రభావితం చేస్తుందో అర్థం చేసుకోవడం సవాలు. అతను భూమి యొక్క ధ్రువ ప్రాంతాలను 18 సార్లు సందర్శించాడు, "రోరింగ్ ఫోర్టీస్" అని పిలువబడే పశ్చిమ గాలులను ధైర్యంగా ఎదుర్కొని అంటార్కిటికాను ఓడ ద్వారా చేరుకోవడానికి మరియు సముద్రపు మంచును కొలిచేటప్పుడు మంచుతో కూడిన నీటిలో కూరుకుపోకుండా తృటిలో తప్పించుకున్నాడు. "ఒకసారి నన్ను దాదాపు ఎనిమిది అడుగుల దూరంలో ఉన్న ఒక భారీ తిమింగలం సందర్శించింది, ఇది నేను ఉన్న సన్నని పొట్టును దాని తోకను ఒక సాధారణ విదిలింపుతో సులభంగా విరిచేది" అని ఆయన చెప్పారు.

వీడియో ప్లే చేయండి

ప్రొఫెసర్ గోల్డెన్ సముద్రపు మంచు యొక్క సూక్ష్మ నిర్మాణాన్ని అధ్యయనం చేసి దాని ద్వారా ద్రవం ఎంత సులభంగా ప్రవహిస్తుందో లెక్కించడానికి. “సముద్రపు మంచు ఉప్పగా ఉంటుంది. ఇది ఉప్పునీరు చేరికల యొక్క పోరస్ సూక్ష్మ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంది, ఇది మంచినీటి మంచు నుండి చాలా భిన్నంగా ఉంటుంది" అని ఆయన చెప్పారు.

సముద్రపు మంచు గుండా ద్రవం ప్రవహించేలా ఉప్పునీరు చేరికలు కనెక్ట్ అయ్యే క్లిష్టమైన ఉష్ణోగ్రతను అంచనా వేయడానికి ప్రొఫెసర్ గోల్డెన్ ఇంటర్ డిసిప్లినరీ బృందాలకు నాయకత్వం వహించాడు మరియు ఉష్ణోగ్రతతో చేరికల జ్యామితి ఎలా అభివృద్ధి చెందుతుందో విశ్లేషించడానికి మొదటి ఎక్స్-రే టోమోగ్రఫీ సాంకేతికతను అభివృద్ధి చేసింది. "సముద్రపు మంచు ద్వారా సముద్రపు నీరు ఎలా ప్రవహిస్తుందో అర్థం చేసుకోవడం ధ్రువ సముద్ర వాతావరణంలో వాతావరణ మార్పు ఎలా ఉంటుందో వివరించడానికి కీలకమైన వాటిలో ఒకటి" అని ఆయన వివరించారు.

ఈ "ఆన్-ఆఫ్ స్విచ్"ని కనుగొనడం వలన శాస్త్రవేత్తలు ఉప్పునీరు చేరికలలో నివసించే ఆల్గల్ కమ్యూనిటీలకు ఆహారం అందించే పోషకాలు ఎలా తిరిగి నింపబడతాయో వంటి ప్రక్రియలను బాగా అర్థం చేసుకోవడంలో సహాయపడింది.

ప్రొఫెసర్ గోల్డెన్ అధ్యయనాలు సముద్రపు మంచు ద్వారా ద్రవం ఎంత తేలికగా ప్రవహించగలదో చూపిస్తుంది, ఇది ఉప్పునీరు చేరికల యొక్క పోరస్ సూక్ష్మ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది (చిత్రం). WF వారాలు మరియు A. అసూర్, CRREL (US ఆర్మీ కోల్డ్ రీజియన్స్ రీసెర్చ్ అండ్ ఇంజనీరింగ్ ల్యాబ్) నివేదిక 269, 1969

సముద్రపు మంచులోని ఉప్పునీరు దాని రాడార్ సంతకాన్ని కూడా ప్రభావితం చేస్తుంది, ఇది వాతావరణ నమూనాలను ధృవీకరించడానికి ఉపయోగించే మంచు మందం వంటి పారామితుల ఉపగ్రహ కొలతలను ప్రభావితం చేస్తుంది. ఈ నమూనాలు ముఖ్యమైనవి ఎందుకంటే అవి మన వాతావరణంలో భవిష్యత్ మార్పులను అంచనా వేస్తాయి మరియు ప్రపంచ నాయకులు మరియు శాస్త్రవేత్తలు ఉపశమన వ్యూహాలతో ముందుకు రావడానికి ఉపయోగిస్తారు.

చలి నుండి లోపలికి వస్తోంది

వివిధ రకాల మంచు సవాలును అందిస్తుంది, అయితే పరిశోధకులు, ఉపాధ్యాయులు మరియు విద్యార్థుల మధ్య ఉన్న వైవిధ్యం తాజా ఆలోచనలకు సరైన వాతావరణాన్ని సృష్టిస్తుంది. USలో, 2015లో గణితం మరియు కంప్యూటర్ సైన్సెస్‌లో డాక్టరల్ డిగ్రీలలో కేవలం పావు వంతు మాత్రమే మహిళలకు అందించబడింది, అయితే యూనివర్శిటీ ఆఫ్ ఉటా వంటి పథకాలు ACCESS ఈ ప్రోగ్రామ్ ప్రతిభావంతులైన మహిళా గణిత శాస్త్రజ్ఞులకు మార్గదర్శకత్వం మరియు పరిశోధన వంటి అవకాశాలను అన్‌లాక్ చేయడంలో సహాయపడటం ద్వారా వారిని ప్రోత్సహిస్తుంది. ఆర్కిటిక్ యాత్రలు విద్యార్థులకు ఉన్నతమైన అనుభవాన్ని అందించడమే కాకుండా, వాతావరణ శాస్త్రవేత్తలు మరియు ఇంజనీర్‌లతో పాటు అత్యాధునిక పరిశోధనలు మరియు పరిష్కారాలలో గణిత శాస్త్రజ్ఞులు నిమగ్నమై ఉండేలా చూస్తారు.

వారు మంచు తుఫానులతో పోరాడనప్పుడు, డాక్టర్ రీమర్ మరియు ప్రొఫెసర్ గోల్డెన్ సహకార, ఇంటర్ డిసిప్లినరీ ప్రాజెక్ట్‌లపై పని చేస్తారు మరియు ACCESS ప్రోగ్రామ్‌లో భాగంగా మహిళా అండర్ గ్రాడ్యుయేట్ విద్యార్థులకు సహ-మార్గదర్శి. వాతావరణ మార్పులను చేర్చడానికి 2018లో మ్యాథమెటిక్స్ కాంపోనెంట్‌ను రిఫ్రెష్ చేసిన తర్వాత, ప్రొఫెసర్ గోల్డెన్ మునుపటి కంటే గణిత మేజర్ లేదా రీసెర్చ్ ప్లేస్‌మెంట్ తీసుకోవాలనే ఆసక్తి ఉన్న ACCESS విద్యార్థుల సంఖ్యను దాదాపు మూడు రెట్లు పెంచారు.

ప్రొఫెసర్ గోల్డెన్ యొక్క PhD విద్యార్థులలో ఒకరైన రెబెక్కా హార్డెన్‌బ్రూక్ ఇలా అంటోంది: “వాతావరణ మార్పు వంటి ముఖ్యమైన సమస్యలపై దృష్టి సారించడం వల్ల మనం గణితంలోకి రావాలనుకునే వ్యక్తులను ఎక్కువగా ఆకర్షిస్తుంది, ఇది ప్రతి ఒక్కరూ, కానీ ప్రత్యేకించి, స్త్రీలు, రంగులు, విచిత్రమైన వ్యక్తులు; తక్కువ ప్రాతినిధ్యం లేని నేపథ్యం నుండి ఎవరైనా."

వనరులను పూలింగ్ చేయడం

హార్డెన్‌బ్రూక్ అండర్ గ్రాడ్యుయేట్‌గా తన మొదటి సంవత్సరానికి ముందే ACCESS ప్రోగ్రామ్‌లో చేరారు, వేసవిని ఖగోళ భౌతిక శాస్త్ర ప్రయోగశాలలో గడిపారు, ఇది పరిశోధన చేసే అవకాశంపై ఆమె కళ్ళు తెరిచింది. "ఇది నిజంగా జీవితాన్ని మార్చేస్తోంది," అని ఆమె చెప్పింది, ఎందుకంటే ఆమె అండర్ గ్రాడ్యుయేట్‌గా సముద్రపు మంచు ద్వారా ఉష్ణ రవాణాను అభ్యసించిన తర్వాత ప్రొఫెసర్ గోల్డెన్‌తో గణితంలో PhD చేయాలని నిర్ణయించుకుంది.

రెబెక్కా హార్డెన్‌బ్రూక్ సాల్ట్ లేక్ సిటీలోని ఉటా విశ్వవిద్యాలయంలో విద్యార్థులకు గణితాన్ని బోధిస్తుంది.

ఆమె ఇప్పుడు టీచింగ్ అసిస్టెంట్‌గా ACCESS స్కీమ్‌పై యువ విద్యార్థులను ప్రేరేపిస్తుంది, అలాగే ఆర్కిటిక్ సముద్రపు మంచు మీద నీటి కొలనులుగా ఉన్న కరిగే చెరువులను మోడలింగ్ చేస్తుంది. సౌర వికిరణాన్ని ప్రతిబింబించే బదులు గ్రహించడం ద్వారా ఆర్కిటిక్ సముద్రపు మంచు కవచం యొక్క దీర్ఘకాలిక ద్రవీభవన రేటును నిర్ణయించడంలో ఈ చెరువులు నిర్ణయాత్మక పాత్ర పోషిస్తాయి. అవి పెరుగుతాయి మరియు ఒకదానితో ఒకటి చేరినప్పుడు, అవి ఫ్రాక్టల్ జ్యామితిలో పరివర్తన చెందుతాయి, గణిత శాస్త్రజ్ఞులచే రూపొందించబడే అంతులేని నమూనాను సమర్థవంతంగా సృష్టిస్తాయి.

హార్డెన్‌బ్రూక్ ఒక దశాబ్దం క్రితం ప్రొఫెసర్ గోల్డెన్ మరియు విశ్వవిద్యాలయంలోని మునుపటి విద్యార్థులు మరియు పరిశోధకులు కరిగే చెరువులపై ఒక దశాబ్దం పాటు పని చేస్తున్నప్పుడు, ఇది ఒక శతాబ్దం క్రితం అభివృద్ధి చేయబడిన క్లాసికల్ ఐసింగ్ మోడల్‌ను స్వీకరించడం ద్వారా మరియు మోడల్ మెల్ట్‌కు పదార్థాలు అయస్కాంతత్వాన్ని ఎలా పొందవచ్చో లేదా కోల్పోతాయో వివరిస్తుంది. చెరువు జ్యామితి. "సముద్రపు మంచు కోసం నమూనాను మరింత భౌతికంగా ఖచ్చితమైనదిగా చేయాలని నేను ఆశిస్తున్నాను, తద్వారా ఆర్కిటిక్ ఆల్బెడోపై ఆశ్చర్యకరమైన ప్రభావాన్ని కలిగి ఉన్న కరిగిన చెరువులను మరింత ఖచ్చితమైన విధానాన్ని రూపొందించడానికి ప్రపంచ వాతావరణ నమూనాలలో ఉంచవచ్చు" అని ఆమె వివరిస్తుంది.

పెద్ద చిత్రానికి జోడిస్తోంది

గణిత శాస్త్రవేత్తలు ఇప్పటికే సముద్రపు మంచు జోన్ యొక్క వెడల్పును ఎలా నిర్వచించాలనే తికమక పెట్టే సమస్యను పరిష్కరించారు, ఇది ప్యాక్ మంచు యొక్క దట్టమైన లోపలి కోర్ నుండి బయటి అంచుల వరకు విస్తరించి ఉంటుంది, ఇక్కడ తరంగాలు తేలియాడే మంచును విచ్ఛిన్నం చేయగలవు.

కోర్ట్ స్ట్రాంగ్, వాతావరణ శాస్త్రవేత్త మరియు ఉటా విశ్వవిద్యాలయంలో ప్రొఫెసర్ గోల్డెన్ సహోద్యోగులలో ఒకరు, అసాధారణమైన మూలం నుండి ప్రేరణ పొందారు: ఎలుక మెదడు యొక్క సెరిబ్రల్ కార్టెక్స్. చిట్టెలుక యొక్క ఎగుడుదిగుడుగా ఉండే మెదడు యొక్క మందాన్ని కొలిచేందుకు ఉపయోగించే మార్జినల్ ఐస్ జోన్ యొక్క వెడల్పును కొలవడానికి వారు అదే గణిత పద్ధతిని ఉపయోగించవచ్చని అతను గ్రహించాడు, ఇందులో కూడా చాలా వైవిధ్యాలు ఉన్నాయి. ఈ సరళీకృత నమూనా సహాయంతో, మా వాతావరణం వేడెక్కడం వల్ల ఉపాంత మంచు జోన్ దాదాపు 40% వరకు విస్తరించిందని బృందం ప్రదర్శించగలిగింది.

యూనివర్శిటీ ఆఫ్ ఉటా యొక్క యాక్సెస్ స్కీమ్, దాని పరిశోధనలతో సహా, విద్యార్థులను ఇంటర్ డిసిప్లినరీ వాతావరణంలో ముంచెత్తుతుంది, ఇక్కడ గణితం పెద్ద చిత్రంలో భాగమైంది. ఇది క్రాస్ పరాగసంపర్కాన్ని ప్రోత్సహిస్తుంది, ఇక్కడ అంతర్లీన గణితశాస్త్రం తప్పనిసరిగా ఒకే విధంగా ఉన్నప్పుడు సమస్యలను పరిష్కరించడానికి సైన్స్ యొక్క అకారణంగా సంబంధం లేని ప్రాంతాల నుండి పద్ధతులు మరియు ఆలోచనలను ఉపయోగించవచ్చు.

"మీకు అసాధారణమైన పరిస్థితి ఎదురైనప్పుడు, సమస్యను స్పష్టంగా చూడడానికి మరియు పరిష్కారాలను కనుగొనడానికి మీకు వివిధ రకాల మనస్సులు అవసరం" అని ప్రొఫెసర్ గోల్డెన్ చెప్పారు.

ఆర్కిటిక్‌లో కనిపించే సముద్రపు మంచు నష్టం కొన్ని దశాబ్దాలుగా జరిగింది మరియు భయంకరమైన వేగంతో కొనసాగుతోంది.

"మనకు అన్ని మంచి మెదడులు మరియు విభిన్న ఆలోచనా విధానాలు అవసరం, మరియు మనకు అవి వేగంగా అవసరం" అని ఆయన చెప్పారు.

ఈ కథనం యూనివర్శిటీ ఆఫ్ ఉటా, నేషనల్ సైన్స్ ఫౌండేషన్ మరియు ఆఫీస్ ఆఫ్ నేవల్ రీసెర్చ్ కోసం ఎల్విస్ బహతి ఓర్లెండో, ఇంటర్నేషనల్ ఫౌండేషన్ ఫర్ సైన్స్, స్టాక్‌హోమ్ మరియు Dr Magdalena Stoeva, FIOMP, FIUPESM ద్వారా సమీక్షించబడింది.