تصور کنید که در کنار یخچال ایستاده است – یک رودخانه بزرگ و یخ زده که بی سر و صدا اما بی رحمانه به سمت اقیانوس حرکت می کند. از نظر چشم ، جاودانه و ثابت به نظر می رسد ، اما در زیر سطح آرام آن دنیای پنهان نیروهای پویا قرار دارد. درک چگونگی یخ فقط یک جستجوی علمی کنجکاو نیست. این عواقب عمیقی برای پیش بینی افزایش سطح دریا در دنیای گرم شدن ما دارد. گرینلند و قطب جنوب یخ به اندازه کافی یخ برای افزایش سطح جهانی دریایی در حدود 65 متر و آگاهی از سرعت این افزایش به سرعت به درک فیزیک جریان یخی بستگی دارد. مطالعات اخیر ما از پرده برداری از این رازها متوقف شده است و به منظور بهبود درک ما از خواص جریان یخی ، هفتاد سال از خرد انباشته شده انسان را درگیر کرده است.
شکل 1. لبه برش یخچال یخچال ، قطب جنوب ، که در آن جریان یخی الگوهای تغییر شکل چشمگیر ایجاد می کند. عکس از: دیوید اول.
جذابیت یخ
جذابیت من از یخ از ابتدای کار علمی من آغاز شد. در یک نگاه ، یخ ساده است: آب یخ زده ، سرد و شفاف. با این حال ، رفتار او در مقیاس یخ به طرز حیرت انگیزی پیچیده است. او فقط هنوز نمی نشیند – او مرتباً خز می کند ، خم می شود و تغییر می کند و بر دما ، استرس و حتی ساختار داخلی خود تأثیر می گذارد. این مفهوم که دقیقاً چگونه و چرا این اتفاق می افتد برای پیش بینی دقیق چگونگی پاسخ ورق های یخ به گرم شدن آب و هوا ضروری است.
شکل 2. فن شنگ بعد از اتمام ماراتن ایستگاه مک موردو 2018-2019 در قفسه یخ راس ، با کوه جربوس در پس زمینه.
دهه ها پیش ، در دهه 50 ، دانشمند افسانه ای به نام جان گلن نظریه اساسی را معرفی کرد که امروزه به عنوان “قانون جریان گلن” شناخته می شود و توصیف می کند که چگونه یخ شکل می گیرد. آزمایشات پیشگام او پایه های تعیین کننده ای را فراهم کرد ، اما آنها با دانش و فناوری دوران خود محدود بودند. با تشدید تغییرات آب و هوا ، فهمیدیم که زمان آن رسیده است که این ایده های اساسی ، از جمله هفتاد سال بینش و آزمایش انسان را بررسی و بهبود بخشیم.
معمای سازگار از یخی
پروژه ما با توجه به داده ها ، یخچال های طبیعی ، زمین شناسان ، ریاضیدانان ، دانشمندان و دانشمندان مواد و دانشمندان را جمع آوری کرده است. ما تازه شروع نکردیم. در عوض ، ما به یک شکار گنج تاریخی رفتیم. تیم ما برای ده ها سال از سوابق تجربی گذشته ، که تعداد آنها به یادداشت های نسخه خطی در مجلات پیری باز می گردد ، دیگران از بایگانی های دیجیتال آوانگارد باز می گردند. هر مجموعه از داده ها منحصر به فرد بود و منعکس کننده روش های مختلف ، شرایط آزمایشی و فناوری های زمان آنها بود.
ادغام این مطالعات مختلف یک کار آسانی نبود. ما مجبور شدیم نتایج مرجع را با دقت کالیبراسیون ، استاندارد و متقابل انجام دهیم ، و اطمینان حاصل کردیم که ما به عنوان مشابه مقایسه می کنیم. با استفاده از تکنیک های پایدار آماری ، به ویژه نتیجه گیری Bayesovo ، ما این داده های تاریخی را کاملاً در یک تصویر توافق شده و جامع متحد کردیم. این مانند حل یک معمای پیشرفته با قطعات ساخته شده توسط نسل های مختلف بود که هر یک از آنها سرنخ هایی را برای تاریخ کامل مهم دارند.
شکل 3. فن شنگ (سمت چپ) و تراویس هاگر (سمت راست) در آزمایشگاه فیزیک یخ ، دانشگاه پنسیلوانیا ، پس از انجام آزمایشات با تغییر شکل روی یخ در طول همه گیر Covid-19. عکس از: فن شنگ
یخ خنک ، خواص داغ
آنچه از تجزیه و تحلیل گسترده ما ظاهر شد هم تعجب آور و هم هیجان انگیز بود. مدت هاست که از طریق کار دیوید گلدسبی و دیوید کلستد خاص تر شناخته شده است که رفتار مکانیکی یخ در هنگام تغییر شکل بیش از یک مکانیسم را شامل می شود. بر اساس این مفهوم اساسی ، اکتشافات ما یک رویکرد پیچیده چند جزئی را ارائه می دهد. ما نشان می دهیم که تغییر شکل یخ آب را نمی توان به طور کامل با یک معادله ساده یک زمان ، مانند قانون جریان گلن توصیف کرد. در عوض ، مدل کلی ما در همان زمان مکانیسم های تغییر شکل چندگانه ادغام می شود و درک دقیق تری از پیچیدگی جریان یخی ارائه می دهد.
جالب اینجاست که ، اگرچه مطالعه انقلابی گلن این ایده را ارائه داد که یخ آب “خاطره” را تحت تأثیر تاریخ تغییر شکل آن حفظ می کند ، دقیقاً تعیین و تعیین کمی از رفتارهای مختلف جریان در حالتهای مختلف تنش فقط قابل دستیابی است – هفت دهه بعد. این پیشرفت از طریق پسوندهای قابل توجهی در داده های تجربی و پیشرفت قابل توجهی در تکنیک های تحلیلی امکان پذیر شده است. تحقیقات ما با اندیشه بذرهای بسیاری از شخصیت ها ، از جمله جان گلن ، دیوید گلدبی ، دیوید کالزد ، بیل دوما ، پل دووال و جو جک ، آن را با بینش های مدرن به دست آمده از طریق به روزترین روشها و ادغام گسترده داده ها به روز می کند.
فیلم 1. تکامل ریزساختاری یک بخش نازک تغییر شکل نمونه برای یخ های مصنوعی آب هر 4 دقیقه با استفاده از میکروسکوپ نوری در دانشگاه ماینز فیلمبرداری می شود. رنگ جهت گیری کریستال های یخ را نشان می دهد. فیلم توسط: فن فن و مارک پترنل.
چرا کشف ما اهمیت دارد
چرا همه باید از این اکتشافات به ظاهر انتزاعی مراقبت کنند؟ پاسخ عملی و فوری است. حرکت یخی باعث رشد عمیق در رشد جهانی در سطح دریا می شود و مستقیماً میلیاردها نفر از مردم در سراسر جهان را تحت تأثیر قرار می دهد. قوانین بهبود یافته به این معنی است که مدل های آب و هوا می توانند بهتر پیش بینی کنند که چگونه یخچال های طبیعی و ورق های یخ می توانند با دمای کوهنوردی واکنش نشان دهند. چنین پیش بینی های دقیق برای برنامه ریزی ساحلی ، توسعه زیرساخت ها و محافظت از اکوسیستم ها ، در معرض خطر افزایش دریاها بسیار مهم است. ما همچنان به بهبود درک خود از جریان یخی ، به ویژه در شرایط طبیعی پیچیده تر ، ما بیشتر عدم اطمینان را در مدلهای آب و هوایی خود کاهش می دهیم. این مطالعه مداوم باعث می شود سیاستمداران ، جوامع و افرادی که اطلاعات به طور فزاینده ای قابل اعتماد دارند ، با واقعیت های سیاره گرمایش مقابله کنند. از پروژه های دفاعی ساحلی گرفته تا مذاکرات جهانی آب و هوایی ، دقیق و به طور مداوم بهبود بینش های علمی به ایجاد راه حل های مهم برای آینده مشترک ما کمک می کند.
با این حال ، کار ما هنوز به پایان نرسیده است – چالش های مهم باقی مانده است ، به ویژه در درک رفتار یخ در سویه های بسیار بالا و پیچیدگی هایی که از طریق ناهمسانگردی مکانیکی معرفی می شوند. قوانین فعلی به دست آمده از جریان آزمایشگاهی ، از جمله مواردی که در مطالعات ما ایجاد شده است ، عمدتا شرایط ایزوتروپیک تحت سویه های کم است. با این حال ، تقریباً تمام یخ های طبیعی دارای ریزساختار ناهمسانگرد هستند که تحت تأثیر سابقه ناهنجاری طولانی مدت و شرایط محیطی متغیر قرار دارد. به منظور مقابله با این واقعیت ها ، ما به داده های تجربی اضافی و تجزیه و تحلیل های ریزساختاری پیشرفته برای بهبود مدل های موجود و ارائه بهتر شرایط طبیعی نیاز داریم. ادامه تحقیق و همکاری برای آگاهی مؤثر استراتژی های تطبیقی ، توزیع منابع و تدوین سیاست ها برای کاهش و سازگاری با تأثیر تغییرات آب و هوا ضروری است.
تلاش انسان: تصویر بیشتر
در پشت هر پیشرفت علمی ، یک داستان انسانی از همکاری ، پشتکار و کنجکاوی است. سفر تحقیقاتی ما فقط مربوط به تجزیه و آزمایش ها نبود – بلکه برای افرادی بود که به موقع و رشته ها به هم وصل می شوند. هر مجموعه از داده ها برای ده ها سال یک فصل بوده است ، داستانی که توسط نسل های دانشمندان اختصاصی نوشته شده است. از محققان مفصل اولیه که در آزمایشگاه های پس از جنگ گرفته تا دانشمندان داده مدرن با ابزارهای محاسباتی قدرتمند کار می کنند ، هر نسل به دانش تعیین کننده کمک می کند.
شکل 4. تیم تحقیقاتی بین المللی اسکات ، قطب جنوب ، متشکل از اعضای نیوزیلند ، چین ، کره جنوبی و برزیل. از چپ به راست: دیوید اول (NZ ، نویسنده این سند) ، ریچی هانتر (NZ) ، Bia Boucinhas (برزیل) ، لیزا کرا (NZ) ، Daeyeong Kim (کره جنوبی) ، فن شنگ (چین ، نویسنده این سند) و Hamish Bowman (NZ).
این سفر پر از ناامیدی و پیروزی بود – وسایل سردرگمی هنگامی که داده ها سرسختانه از تساوی و هیجان خودداری کردند وقتی که مدل های پیچیده به طور ناگهانی روشن می شوند. این مانند مونتاژ یک معمای بزرگ و پیشرفته بود ، یک قطعه از قطعه دقیق ، و هر لحظه شک و تردید در نهایت با هیجان جایگزین شد.
با این حال ، در برابر پس زمینه سخت گیری و نظم و انضباط کشف علمی ، قدرت آرام استخراج شده از روابط شخصی و عشق نهفته است. برای یک هوادار شنگ ، این سفر تحقیقاتی از پشتیبانی ، گرما و تفاهم بی نظیر ، D. J. Doong جدا نیست. در فضاهای آرام بین آزمایشات ، در شبهای طولانی کد نقص و در مواقع پیروزی ، حضور دکتر دوونگ منبع ماندگار الهام و شجاعت بود.
از این گذشته ، علم یک تلاش عمیق انسانی است – نه تنها از کنجکاوی ، بلکه توسط شرکت و عشق نیز.
با این ارزیابی عمیق و اخلاص صمیمانه ، فن شنگ می خواهد یک سوال بسیار خاص بپرسد: دکتر دونگ ، با من ازدواج می کنی؟
حرکت رو به جلو با اعتماد به نفس
در پایان ، کار ما به عنوان یک یادآوری قدرتمند عمل می کند که برخورد با مشکلات جهانی اغلب نیاز به توجه دقیق به جزئیات به ظاهر کوچک دارد. درک چیزی به اندازه تغییر شکل یخی نه تنها دانشگاهی است بلکه می تواند عمیقاً بر زندگی نسل های آینده تأثیر بگذارد. با نگاهی واضح تر به نحوه رفتار یخ ، ما آماده تر برای مواجهه با تغییرات آب و هوا هستیم.
با ادامه یخ ، جریان آهسته ، پایدار و علم خود را ادامه می دهد – از طریق پیشرفت ، به روزرسانی حکمت گذشته برای روشن کردن آینده جمعی ما. سفر ما به اسرار جریان یخ نه تنها درک علمی ما را اصلاح می کند بلکه قدرت کنجکاوی ، پشتکار و همکاری انسان را برای باز کردن اسرار طبیعت نشان می دهد.
شکل 5 لایه های یخ به شکل طبیعی تعبیه شده با آوار ، در معرض سطح یخچال ، قطب جنوب قرار دارند. این لایه ها نه تنها نشانگر تغییر شکل زمین شناسی برش هستند ، بلکه نمادی از حرکت ماندگار طبیعت – و خود زندگی – همیشه در پیش رو هستند. عکس توسط: دیوید اول
