Du kan forvente at en slik neglebitende anekdote kommer fra en oppdagelsesreisende, men Dr Reimer er matematiker og foreleser ved University of Utah, i tillegg til å være en del av et fellesskap som har byttet ut koselige klasserom med noen av jordens mest ugjestmilde villmarker , i et forsøk på å bruke tall for å forstå global oppvarming.
Eventyrene deres gjør dem i stand til å observere prosessene som driver endring i polarområdene på egenhånd og validere deres matematiske teorier om havis og dens rolle som en kritisk komponent i jordens klimasystem.
Tykkelsen og utstrekningen av havis i Arktis har gått raskt ned siden satellittmålinger ble tatt i 1979.
Sjøis er jordens kjøleskap, og reflekterer sollys tilbake til verdensrommet. Dens varige tilstedeværelse er viktig for vår planets fremtid fordi, ettersom mer is smelter, blir mer mørkt vann utsatt som absorberer mer sollys. Dette solvarme vannet smelter mer is i en selvforsterkende syklus kalt isalbedo tilbakemelding.
Mens havisnedgangen kanskje er en av de mest synlige storskalaendringene knyttet til planetarisk oppvarming på jordens overflate, er det utrolig vanskelig å analysere, modellere og forutsi dens oppførsel og responsen til polsystemet den støtter, men matematikere kan hjelpe.
Kenneth Golden, en fremtredende professor i matematikk og adjunkt i biomedisinsk ingeniørfag ved University of Utah, har bygget et unikt havisen-program over 30 år. Kombinasjonen av matematikkforskning, klimamodellering og spennende feltekspedisjoner har tiltrukket studenter og postdoktorale forskere, inkludert Dr Reimer, som er fokusert på å bruke denne typen vitenskap for å hjelpe til med å takle de presserende utfordringene i et raskt skiftende klima.
Dr. Reimer har studert hvordan isbjørn og sel reagerer på endringer i deres frosne miljø. Mens hun brukte matematiske modeller for å forstå interaksjonene mellom disse skapningene og deres habitat, tok hun også målinger og prøver fra bjørner i Arktis, noe hun aldri forventet å gjøre som matematiker. «De sover ikke helt når de er beroliget; de er groggy, forklarer hun. "En av dem skremte meg fordi det virket som om den kunne våkne på et tidspunkt."
Dr. Reimer tar målinger fra en bedøvet isbjørn i Arktis.
Deres krympende habitat betyr at isbjørner går på tynn is, men det er å håpe at studier som Dr Reimers vil hjelpe eksperter til å forstå hvordan de kan beskytte de majestetiske rovdyrene.
Det er imidlertid den «fantastiske» mikroskopiske verdenen av bakterier og alger som lever i salte vannlommer inne i havisen som nå begeistrer henne. Dette biologiske samfunnet og dets habitat er påvirket av endringer i temperatur, saltholdighet og lys, noe som gjør det vanskelig å modellere nøyaktig. I sitt nåværende arbeid konstruerer Dr Reimer modeller for å forstå hvordan disse faktorene interagerer for å bestemme biologisk aktivitet i isen. "Å forstå hvordan prosesser i disse små skalaene bidrar til mønstre på makronivå er avgjørende for å modellere virkningen av et varmere klima på polar marin økologi," forklarer hun.
Det er utfordringen med å forstå hvordan den mikroskopiske strukturen til havisen påvirker oppførselen til massive isområder som interesserer prof Golden. Han har besøkt jordens polare områder 18 ganger, og trosset vestenvindene kjent som "Brølende førtiårene" for å nå Antarktis med skip og unngått å stupe ned i iskaldt vann mens han måler havis. "En gang fikk jeg besøk av en massiv hval omtrent åtte fot unna, som lett kunne ha brutt det tynne flaket jeg var på med et tilfeldig knips med halen," sier han.
Prof Golden studerer mikrostrukturen til havisen for å beregne hvor lett væske kan strømme gjennom den. «Havisen er salt. Den har en porøs mikrostruktur av saltlakeinneslutninger som er veldig forskjellig fra ferskvannsis, sier han.
Prof Golden har ledet tverrfaglige team til å forutsi den kritiske temperaturen som saltlakeinneslutningene kobles til slik at væske kan strømme gjennom havisen, og for å utvikle den første røntgentomografiteknikken for å analysere hvordan geometrien til inneslutningene utvikler seg med temperaturen. "Å forstå hvordan sjøvann siver gjennom havis er en av nøklene til å tolke hvordan klimaendringer vil utspille seg i det polare marine miljøet," forklarer han.
Å oppdage denne "av-på-bryteren" har hjulpet forskere til å bedre forstå prosesser som hvordan næringsstoffer som mater algesamfunn som lever i saltlakeinneslutningene fylles på.
Professor Golden-studier viser hvor lett væske kan strømme gjennom havisen, som har en porøs mikrostruktur av saltlakeinneslutninger (bildet). WF Weeks og A. Assur, CRREL (US Army Cold Regions Research and Engineering Lab) rapport 269, 1969
Saltlaken i havisen påvirker også radarsignaturen, som påvirker satellittmålinger av parametere som istykkelse som brukes til å validere klimamodeller. Disse modellene er viktige fordi de forutsier fremtidige endringer i klimaet vårt og brukes av verdensledere og forskere for å komme opp med avbøtende strategier.
Variasjonen av is byr på en utfordring, men mangfold blant forskere, lærere og studenter skaper det perfekte miljøet for friske ideer. I USA ble bare en fjerdedel av doktorgradene i matematikk og informatikk tildelt kvinner i 2015, men ordninger som University of Utahs TILGANG Programmet oppdrar talentfulle kvinnelige matematikere ved å hjelpe dem med å åpne opp muligheter som veiledning og praktisk forskning. Ekspedisjoner til Arktis gir ikke bare elevene en økt opplevelse, men sikrer at matematikere er involvert i banebrytende forskning og løsninger, sammen med klimaforskere og ingeniører.
Når de ikke kjemper mot snøstormer, jobber Dr Reimer og Prof Golden med samarbeidende, tverrfaglige prosjekter og veileder kvinnelige studenter som en del av ACCESS-programmet. Etter å ha fornyet matematikkkomponenten i 2018 for å inkludere klimaendringer, har professor Golden sett omtrent tredoble antallet ACCESS-studenter som er interessert i å ta hovedfag i matematikk eller forskerplassering enn før.
Rebecca Hardenbrook, som er en av professor Goldens doktorgradsstudenter, sier: «å fokusere på presserende spørsmål som klimaendringer tiltrekker seg flere av de menneskene vi ønsker inn i matematikk, som er alle, men spesielt kvinner, fargede, skeive mennesker; alle fra en underrepresentert bakgrunn."
Hardenbrook ble med på ACCESS-programmet før hennes første år som bachelor, og tilbrakte sommeren i et astrofysikklaboratorium, noe som åpnet øynene hennes for muligheten for å forske. «Det var virkelig livet som endret», sier hun, ikke minst fordi hun videre bestemte seg for å ta en doktorgrad i matematikk med prof. Golden etter å ha studert termisk transport gjennom havisen som bachelor.
Rebecca Hardenbrook underviser i matematikk til studenter ved University of Utah i Salt Lake City.
Hun inspirerer nå yngre elever på ACCESS-ordningen som lærerassistent, samt modellering av smeltedammer, som er vannbassenger på den arktiske havisen. Disse dammene spiller en avgjørende rolle i å bestemme de langsiktige smeltehastighetene til det arktiske havisen ved å absorbere solstråling i stedet for å reflektere den. Når de vokser og går sammen, gjennomgår de en overgang i fraktal geometri, og skaper effektivt et uendelig mønster som kan modelleres av matematikere.
Hardenbrook bygger på et tiår med arbeid med smeltedammer av prof Golden og tidligere studenter og forskere ved universitetet ved å tilpasse den klassiske Ising-modellen, som ble utviklet for mer enn et århundre siden og forklarer hvordan materialer kan få eller miste magnetisme, for å modellere smelte damgeometri. "Jeg håper å gjøre modellen for havis mer fysisk presis slik at den kan settes inn i globale klimamodeller for å skape en mer nøyaktig tilnærming til å adressere smeltedammer, som har en overraskende effekt på albedoen i Arktis," forklarer hun.
Matematikere har allerede løst gåten om hvordan man skal definere bredden av den bølgende marginale havisonen, som strekker seg fra den tette indre kjernen av pakkisen til ytterkantene, hvor bølger kan bryte den flytende isen.
Court Strong, som er en atmosfærisk vitenskapsmann og en av professor Goldens kolleger ved University of Utah, hentet inspirasjon fra en uvanlig kilde: hjernebarken i en rottehjerne. Han innså at de kunne bruke den samme matematiske metoden for å måle bredden på den marginale issonen som de gjør for å måle tykkelsen på gnagerens humpete hjerne, som også har mye variasjon. Ved hjelp av denne forenklede modellen var teamet i stand til å demonstrere at den marginale issonen har utvidet seg med rundt 40 % ettersom klimaet vårt har blitt varmere.
University of Utahs ACCESS-ordning, inkludert praktisk forskning, fordyper studentene i et tverrfaglig miljø der matematikk er en del av et større bilde. Det oppmuntrer til krysspollinering, der metoder og ideer fra tilsynelatende ubeslektede områder av vitenskapen kan brukes til å løse problemer når den underliggende matematikken i hovedsak er den samme.
"Når du blir presentert for en uvanlig situasjon, trenger du forskjellige slags sinn for å se klart på et problem og komme opp med løsninger," sier professor Golden.
Tapet av havis sett i Arktis har skjedd over bare noen få tiår og fortsetter i et alarmerende tempo.
"Vi trenger alle de gode hjernene og forskjellige måter å tenke på som vi kan få, og vi trenger dem raskt," sier han.
Denne artikkelen har blitt anmeldt for University of Utah, National Science Foundation og Office of Naval Research av Elvis Bahati Orlendo, International Foundation for Science, Stockholm og Dr Magdalena Stoeva, FIOMP, FIUPESM.
Les mer om Bli med i det 5. internasjonale polaråret 
Les mer om anbudsutlysningen for å være vertskap for IPY-5 International Coordination Office | frist: 6. februar Les mer om utlysningen til IPY-5 nasjonale komiteer 
