Bir buzulun yanında durduğunuzu düşünün – sessizce ama acımasızca okyanusa doğru hareket eden muazzam, dondurulmuş bir nehir. Göze, ebedi ve hareketsiz görünüyor, ancak sakin yüzeyinin altında gizli bir dinamik kuvvetler dünyası yatıyor. Buzun nasıl aktığını anlamak sadece meraklı bir bilimsel görev değildir; Isınma dünyamızda deniz seviyesindeki artışı tahmin etmek için derin sonuçlara sahiptir. Grönland ve Antarktika, küresel deniz seviyelerini yaklaşık 65 metre yükseltmek için yeterli buz depoluyor ve bu yükselişin ne kadar hızlı olabileceğini bilmek, kritik olarak buz akışının fiziğini anlamaya bağlı. Son araştırmamız, buz akışının özelliklerini kavramak için yetmiş yıl birikmiş insan bilgeliğine dokunarak bu gizemleri çözmek için yola çıktı.
Şekil 1. Buz akışının çarpıcı deformasyon desenleri yarattığı Priestley Buzulu, Antarktika'nın kesme marjı. Fotoğraf: David Prior.
Buzla Büyü
Buza olan hayranlığım bilimsel kariyerimin başlarında başladı. Bir bakışta buz basittir: dondurulmuş su, soğuk ve berrak. Yine de, buzul uzunluğu ölçeklerindeki davranışı şaşırtıcı derecede karmaşıktır. Sadece hareketsiz oturmaz – sıcaklık, stres ve hatta kendi iç yapısından etkilenen sürekli olarak sürünür, bükülür ve sürekli değişir. Bunun nasıl ve neden olduğunu tam olarak kavramak, buz tabakalarının iklim ısınmasına nasıl tepki verebileceğini doğru bir şekilde tahmin etmek için gereklidir.
Şekil 2. Sheng hayranı tamamladıktan sonra McMurdo İstasyonu Maratonu 2018-2019 Ross buz rafında, Erebus Dağı arka planda.
Onlarca yıl önce, 1950'lerde, John Glen adında efsanevi bir bilim adamı, bugün “Glen Flow Law” olarak bilinen ve buzun stres altında nasıl deforme olduğunu açıklayan temel bir teori tanıttı. Öncü deneyleri önemli bir zemin hazırladı, ancak dönemlerinin bilgi ve teknolojileri ile sınırlıydı. İklim değişikliği yoğunlaştıkça, yetmiş yıllık insan içgörü ve denemesini içeren bu temel fikirleri tekrar ziyaret etmenin ve geliştirmenin zamanının geldiğini fark ettik.
Buz bulmacasını birleştirme
Projemiz glasyologları, jeologları, matematikçi, maddi bilim adamlarını ve veri bilimcilerini bir araya getirdi. Taze başlamadık; Bunun yerine, tarihi bir hazine avına gittik. Ekibimiz onlarca yıllık geçmiş deney kayıtları ile eleme-bazıları yaşlanan dergilerde el yazısı notlara, diğerleri en yeni dijital arşivlerden. Her veri kümesi benzersizdi, farklı yöntemleri, deney koşullarını ve zamanlarının teknolojilerini yansıtıyordu.
Bu farklı çalışmaları entegre etmek kolay bir başarı değildi. Dikkatli bir şekilde kalibre etmek, standartlaştırmak ve çapraz referans sonuçlarını, benzer şekilde karşılaştırmamızı sağlamak zorunda kaldık. Sağlam istatistiksel teknikler, özellikle Bayesian çıkarımları kullanarak, bu tarihsel verileri tutarlı bir şekilde tutarlı, kapsamlı bir resme birleştirdik. Farklı nesiller tarafından yapılan parçalarla karmaşık bir bulmacayı çözmek gibiydi, her biri tüm hikaye için hayati önem taşıyan ipuçlarını tutuyordu.
Şekil 3. Covid-19 pandemi sırasında buz üzerinde deformasyon deneyleri yaptıktan sonra Pennsylvania Üniversitesi Ice Fiziği Laboratuarı'nda Sheng Fan (solda) ve Travis Hager (sağda). Fotoğraf: Sheng Fan
Serin buz, sıcak özellikler
Kapsamlı analizimizden ortaya çıkan şey hem şaşırtıcı hem de heyecan vericiydi. Özellikle David Goldsby ve David Kohlstedt'in çalışmaları ile, deformasyon sırasında buzun mekanik davranışının birden fazla mekanizmayı içerdiği uzun zamandır kabul edilmektedir. Bu temel konsept üzerine inşa edilen bulgularımız, rafine çok bileşenli bir yaklaşım önermektedir. Su buzu deformasyonunun Glen akış yasası gibi basit, tek dönemlik bir denklemle tam olarak tanımlanamayacağını gösteriyoruz. Bunun yerine, kapsamlı modelimiz aynı anda çoklu deformasyon mekanizmalarını entegre ederek buz akışı karmaşıklığının daha hassas bir şekilde anlaşılmasını sağlar.
İlginç bir şekilde, Glen'in çığır açan çalışması, su buzunun deformasyon geçmişinden etkilenen bir “bellek” tuttuğu fikrini ortaya çıkarsa da, çeşitli gerinim durumlarında farklı akış davranışlarını doğru bir şekilde tanımlamak ve ölçmek, şimdi on yıllar sonra ulaşılabilir hale geldi. Bu ilerleme, deneysel verilerdeki önemli genişlemeler ve analitik tekniklerde önemli ilerlemelerle mümkün olmuştur. Araştırmamız, John Glen, David Goldsby, David Kohlstedt, Bill Durham, Paul Duval ve Jo Jacka dahil olmak üzere birçok kahramanın seminal çalışmaları üzerine düşünceli bir şekilde dayanıyor ve bunu en son metodolojiler ve kapsamlı veri entegrasyonu yoluyla kazanılan modern içgörülerle daha da zenginleştiriyor.
Film 1. Sentetik bir su buz örneğinden deforme edici ince bir bölümün mikroyapısal evrimi, Mainz Üniversitesi'nde optik mikroskopi kullanarak her 4 dakikada bir yakalandı. Renk, buz kristallerinin yönünü gösterir. Film: Sheng Fan ve Mark Peternell.
Keşifimiz neden önemlidir?
Neden herkes bu görünüşte soyut keşifleri önemsesin? Cevap pratik ve acil. Buz sayfası hareketi, dünya çapında milyarlarca insanı doğrudan etkileyen küresel deniz seviyesindeki artışı derinden etkiliyor. Geliştirilmiş akış yasaları, iklim modellerinin buzulların ve buz tabakalarının sıcaklıklar arttıkça nasıl tepki verebileceğini daha iyi tahmin edebileceği anlamına gelir. Bu tür kesin tahminler, kıyı planlaması, altyapı gelişimi ve yükselen denizlerle tehdit edilen ekosistemleri korumak için hayati önem taşıyor. Buz akışı anlayışımızı, özellikle daha karmaşık doğal koşullar altında geliştirmeye devam ederek, iklim modellerimizdeki belirsizlikleri daha da azaltıyoruz. Devam eden bu araştırma, bir ısınma gezegeninin gerçeklerini ele almak için politika yapıcıları, toplulukları ve bireyleri giderek daha güvenilir bilgileri güçlendirir. Kıyı savunma projelerinden küresel iklim müzakerelerine kadar, doğru ve sürekli iyileştirici bilimsel anlayışlar, ortak geleceğimiz hakkında eleştirel kararları şekillendirmeye yardımcı olur.
Bununla birlikte, çalışmalarımız henüz bitmedi – özellikle çok yüksek suşlarda buz davranışını ve mekanik anizotropi tarafından getirilen karmaşıklıkları anlamada önemli zorluklar devam ediyor. Araştırmamızda geliştirilenler de dahil olmak üzere mevcut laboratuvardan türetilen akış yasaları, düşük suşlarda ağırlıklı olarak izotropik koşulları temsil etmektedir. Bununla birlikte, neredeyse tüm doğal buz, uzun süreli deformasyon öykülerinden ve değişken çevresel koşullardan etkilenen bir anizotropik mikroyapıya sahiptir. Bu gerçekleri ele almak için, mevcut modelleri geliştirmek ve doğal koşulları daha iyi temsil etmek için daha fazla deneysel veriye ve gelişmiş mikroyapısal analizlere ihtiyacımız var. İklim değişikliğinin etkilerini azaltmak ve bunlara uyum sağlamak için uyarlanabilir stratejiler, kaynak tahsisi ve politika geliştirme etkin bir şekilde bilgilendirmek için sürekli araştırma ve işbirliği şarttır.
Bir insan çabası: Daha büyük resim
Her bilimsel atılımın arkasında insan bir işbirliği, azim ve merak hikayesi var. Araştırma yolculuğumuz sadece sayıları kırmak ve deneyler yapmakla ilgili değildi – zaman ve disiplinler boyunca bağlanan insanlarla ilgiliydi. Her veri kümesi, nesiller boyu adanmış bilim adamları tarafından yazılan onlarca yıl süren anlatıda bir bölümü temsil ediyordu. Savaş sonrası laboratuvarlarda çalışan titiz erken araştırmacılardan, güçlü bilgi işlem araçlarına sahip olan çağdaş veri bilimcilerine kadar her nesil önemli bilgiye katkıda bulundu.
Şekil 4. Yeni Zelanda, Çin, Güney Kore ve Brezilya'dan üyelerden oluşan Antarktika, Scott Base'deki uluslararası araştırma ekibi. Soldan sağa: David Prior (NZ, bu makalenin yazarı), Richie Hunter (NZ), Bia Boucinhas (Brezilya), Lisa Craw (NZ), Daeyeong Kim (Güney Kore), Sheng Fan (Çin, bu makalenin yazarı) ve Hamish Bowman (NZ).
Yolculuk, hayal kırıklıkları ve zaferlerle doluydu – veriler inatla hizalanmayı reddettiğinde karışıklık momentleri ve karmaşık kalıplar aniden netleştirildiğinde heyecan. Muazzam, karmaşık bir yapboz, dikkatli bir şekilde parça, her şüphe anı, büyük resim ortaya çıktıkça coşkuyla değiştirildi.
Yine de, bilimsel keşfin titizliği ve disiplininin ortasında, kişisel bağlantılardan ve sevgiden çekilen sessiz gücü yatar. Sheng hayranı için, bu araştırma yolculuğu Dr J. Doong tarafından sağlanan değişmez destek, sıcaklık ve anlayıştan ayrılamaz. Deneyler arasındaki sessiz alanlarda, sorun giderme kodunun uzun gecelerinde ve zafer anlarında Dr Doong'un varlığı kalıcı bir ilham ve cesaret kaynağı olmuştur.
Sonuçta, bilim, sadece merakla değil, aynı zamanda arkadaşlık ve sevgi ile de kendini gösteren son derece insani bir çabadır.
Bu derin takdir ve içten samimiyetle, Sheng Fan çok özel bir soru sormak istiyor: Dr Doong, benimle evlenir misin?
Güvenle ilerlemek
Nihayetinde, çalışmalarımız, küresel sorunlarla mücadele etmenin genellikle küçük ayrıntılara titizlikle dikkat edilmesini gerektirdiğini güçlü bir hatırlatma görevi görür. Buz deformasyonu kadar ince bir şeyi anlamak sadece akademik değildir, aynı zamanda gelecek nesillerin yaşamlarını derinden etkileyebilir. ICE'nin nasıl davrandığına dair daha net bir fikirle, iklim değişikliğiyle yüzleşmeye daha iyi hazırlanıyoruz.
Buz yavaş, istikrarlı akışını da sürdürürken, bilim de ilerliyor, toplu geleceğimizi aydınlatmak için geçmişin bilgeliğine dayanıyor. Buz akışının sırlarına yolculuğumuz sadece bilimsel anlayışımızı geliştirmekle kalmadı, aynı zamanda doğanın gizemlerinin kilidini açmak için insan merakının, kalıcılığın ve işbirliğinin gücünü de gösterdi.
Şekil 5. Doğal olarak oluşan buz tabakaları, Priestley buzul, Antarktika'nın yüzeyine maruz kalan enkazlarla gömülü. Bu katmanlar sadece jeolojik kesme deformasyonunu işaretlemekle kalmaz, aynı zamanda doğanın ve yaşamın kendisinin kalıcı hareketini de sembolize eder. Fotoğraf: David Prior
Bir yanıt yazın