I'm a radio glaciologist. That means that I use radar to study glaciers and ice sheets. And like most glaciologists right now, I'm working on the problem of estimating how much the ice is going to contribute to sea level rise in the future. So today, I want to talk to you about why it's so hard to put good numbers on sea level rise, and why I believe that by changing the way we think about radar technology and earth-science education, we can get much better at it.
Sou um rádio-glaciologista. Isso significa que uso radares para estudar geleiras e camadas de gelo. Como muitos glaciologistas nesse momento, estou trabalhando no problema de estimar a quantidade de gelo que contribuirá para elevar o nível do mar no futuro. Hoje, gostaria de falar sobre por que é tão difícil traduzir em números a elevação do nível do mar, e por que acredito que se mudássemos nossa opinião sobre tecnologia de radares e sobre ciências da Terra poderíamos nos aprimorar muito.
When most scientists talk about sea level rise, they show a plot like this. This is produced using ice sheet and climate models. On the right, you can see the range of sea level predicted by these models over the next 100 years. For context, this is current sea level, and this is the sea level above which more than 4 million people could be vulnerable to displacement. So in terms of planning, the uncertainty in this plot is already large.
Quando muitos cientistas falam sobre aumento do nível do mar, eles mostram um gráfico como este, produzido usando modelos climáticos e de camadas de gelo. À direita, vocês podem ver a variação do nível do mar prevista por este modelos para os próximos 100 anos. Para contextualizar, este é o atual nível do mar, e este é o nível do mar acima do qual mais de 4 milhões de pessoas podem ser desalojadas. Em termos de planejamento, a incerteza desse gráfico é grande.
However, beyond that, this plot comes with the asterisk and the caveat, "... unless the West Antarctic Ice Sheet collapses." And in that case, we would be talking about dramatically higher numbers. They'd literally be off the chart. And the reason we should take that possibility seriously is that we know from the geologic history of the Earth that there were periods in its history when sea level rose much more quickly than today. And right now, we cannot rule out the possibility of that happening in the future. So why can't we say with confidence whether or not a significant portion of a continent-scale ice sheet will or will not collapse?
Porém, além disso, o gráfico vem com uma advertência: "... a menos que o manto de gelo da Antártica desmorone." Neste caso, falaríamos sobre números drasticamente maiores. Números que estariam literalmente fora do gráfico. A razão pela qual deveríamos levar isso a sério, é que sabemos da história geológica da Terra, que existiram períodos na história nos quais o nível do mar subiu bem mais rápido do que hoje. E neste momento, não podemos desconsiderar a possibilidade de que isso aconteça no futuro. Então, por que não podemos dizer com confiança se uma porção significativa de uma camada de gelo em escala continental irá ou não desmoronar?
Well, in order to do that, we need models that we know include all of the processes, conditions and physics that would be involved in a collapse like that. And that's hard to know, because those processes and conditions are taking place beneath kilometers of ice, and satellites, like the one that produced this image, are blind to observe them. In fact, we have much more comprehensive observations of the surface of Mars than we do of what's beneath the Antarctic ice sheet. And this is even more challenging in that we need these observations at a gigantic scale in both space and time.
Para fazer isso, precisamos de modelos que incluem todos os processos, condições e física envolvidos em um colapso como esse. É difícil saber sobre isso porque estes processos e condições estão ocorrendo abaixo de quilômetros de gelo e satélites, como o que produziu esta imagem, não conseguem observá-los. Na verdade, temos observações muito mais abrangentes da superfície de Marte do que o que está sob o manto de gelo da Antártica. Isso é ainda mais desafiador porque precisamos dessas observações em uma escala gigantesca, tanto de tempo quanto de espaço
In terms of space, this is a continent. And in the same way that in North America, the Rocky Mountains, Everglades and Great Lakes regions are very distinct, so are the subsurface regions of Antarctica. And in terms of time, we now know that ice sheets not only evolve over the timescale of millennia and centuries, but they're also changing over the scale of years and days. So what we want is observations beneath kilometers of ice at the scale of a continent, and we want them all the time.
Em termos de espaço, o manto é um continente. E da mesma maneira que a América do Norte, as Montanhas Rochosas, os Everglades e os Grandes Lagos são regiões distintas, regiões abaixo da Antártica também são. E termos de tempo, agora sabemos que o manto de gelo não evolui somente apenas na escala de milênios e séculos, mas também em uma escala anual e diária. O que queremos são observações abaixo de quilômetros de gelo na escala continental, e as queremos o tempo todo.
So how do we do this? Well, we're not totally blind to the subsurface. I said in the beginning that I was a radio glaciologist, and the reason that that's a thing is that airborne ice-penetrating radar is the main tool we have to see inside of ice sheets. So most of the data used by my group is collected by airplanes like this World War II-era DC-3, that actually fought in the Battle of the Bulge. You can see the antennas underneath the wing. These are used to transmit radar signals down into the ice. And the echos that come back contain information about what's happening inside and beneath the ice sheet. While this is happening, scientists and engineers are on the airplane for eight hours at a stretch, making sure that the radar's working. And I think this is actually a misconception about this type of fieldwork, where people imagine scientists peering out the window, contemplating the landscape, its geologic context and the fate of the ice sheets. We actually had a guy from the BBC's "Frozen Planet" on one of these flights. And he spent, like, hours videotaping us turn knobs.
Como fazemos isso? Na verdade, não somos totalmente incapazes de observar o subsolo. Eu disse no início que sou rádio-glaciologista, e a razão de que isto é importante é que o radar de penetração de gelo é a principal ferramenta que temos para vermos o interior das camadas de gelo. A maioria dos dados usados pelo meu grupo são coletados por aviões como o DC-3, usado na Segunda Guerra Mundial, que lutou na Batalha das Ardenas. Vocês podem ver as antenas debaixo da asa. Elas são usadas para transmitir sinais de radar para dentro do gelo. E os ecos que voltam contêm informações sobre o que está acontecendo dentro e abaixo das camadas de gelo. Enquanto isso acontece, cientistas e engenheiros estão no avião por 8 horas seguidas, garantindo que o radar esteja funcionando. Acho que há um conceito errado sobre esse trabalho de campo, no qual as pessoas imaginam cientistas espiando pela janela, contemplando a paisagem, seu contexto geológico e o destino das camadas de gelo. Uma pessoa do "Planeta Congelado" da BBC esteve em um desses voos, e passou horas nos filmando, mexendo em botões.
(Laughter)
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And I was actually watching the series years later with my wife, and a scene like this came up, and I commented on how beautiful it was. And she said, "Weren't you on that flight?"
Anos depois, assistindo às séries com minha esposa, uma cena como essa apareceu, e eu comentei que era linda. E ela disse: "Você não estava naquele voo?"
(Laughter)
(Risos)
I said, "Yeah, but I was looking at a computer screen."
Eu disse: " Sim, mas estava olhando para a tela do computador".
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So when you think about this type of fieldwork, don't think about images like this. Think about images like this.
Quando pensarem sobre esse trabalho de campo, não pensem em imagens como essa. Pensem em imagens como essa.
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(Risos)
This is a radargram, which is a vertical profile through the ice sheet, kind of like a slice of cake. The bright layer on the top is the surface of the ice sheet, the bright layer on the bottom is the bedrock of the continent itself, and the layers in between are kind of like tree rings, in that they contain information about the history of the ice sheet. And it's amazing that this works this well. The ground-penetrating radars that are used to investigate infrastructures of roads or detect land mines struggle to get through a few meters of earth. And here we're peering through three kilometers of ice. And there are sophisticated, interesting, electromagnetic reasons for that, but let's say for now that ice is basically the perfect target for radar, and radar is basically the perfect tool to study ice sheets.
Isso é um radargrama, um perfil vertical da camada de gelo, como uma fatia de bolo. A camada mais clara no topo é a superfície da camada de gelo a camada mais clara embaixo é a fundação rochosa do próprio continente, e as camadas entre essas duas são como três anéis, que contêm informações sobre a história da camada de gelo. É incrível que isso funcione tão bem. Os radares de penetração de solo usados para investigar infraestruturas de rodovias ou detectar minas têm dificuldades em atravessar alguns metros de terra. Estamos observando através de 3 quilômetros de gelo. Existem razões eletromagnéticas sofisticadas, e interessantes para isso, mas vamos dizer agora que esse gelo é basicamente o alvo perfeito para o radar, e o radar é basicamente a ferramenta perfeita para estudar camadas de gelo.
These are the flight lines of most of the modern airborne radar-sounding profiles collected over Antarctica. This is the result of heroic efforts over decades by teams from a variety of countries and international collaborations. And when you put those together, you get an image like this, which is what the continent of Antarctica would look like without all the ice on top. And you can really see the diversity of the continent in an image like this. The red features are volcanoes or mountains; the areas that are blue would be open ocean if the ice sheet was removed. This is that giant spatial scale. However, all of this that took decades to produce is just one snapshot of the subsurface. It does not give us any indication of how the ice sheet is changing in time. Now, we're working on that, because it turns out that the very first radar observations of Antarctica were collected using 35 millimeter optical film. And there were thousands of reels of this film in the archives of the museum of the Scott Polar Research Institute at the University of Cambridge.
Estas são as linhas de voo dos mais modernos perfis sonoros de radar aéreos coletadas sobre a Antártica. Esse é o resultado do esforço heroico ao longo de décadas de equipes de vários países e de colaborações internacionais. Quando as juntamos, conseguimos uma imagem como essa, que é como o continente da Antártica deveria parecer sem todo o gelo na superfície. Podemos realmente ver a diversidade desse continente em uma imagem como essa. As áreas em vermelho são vulcões ou montanhas; as áreas azuis seriam o mar aberto, se camadas de gelo fossem removidas. Isso está em uma escala espacial gigante. Porém, o que demorou décadas para ser produzido é apenas uma foto instantânea da subsuperfície. Isso não nos dá indicações de como as camadas de gelo estão mudando com o tempo. Estamos trabalhando nisso, pois parece que as primeiras observações de radares na Antártica foram coletadas usando um filme óptico de 35 mm. Havia milhares de bobinas desse filmes nos arquivos do museu de Instituto de Pesquisa Polar Scott, na Universidade de Cambridge.
So last summer, I took a state-of-the-art film scanner that was developed for digitizing Hollywood films and remastering them, and two art historians, and we went over to England, put on some gloves and archived and digitized all of that film. So that produced two million high-resolution images that my group is now working on analyzing and processing for comparing with contemporary conditions in the ice sheet. And, actually, that scanner -- I found out about it from an archivist at the Academy of Motion Picture Arts and Sciences. So I'd like to thank the Academy --
No último verão, peguei um "scanner" de última geração criado para digitalizar filmes de Hollywood e remasterizá-los, e dois historiadores de arte, fomos para Inglaterra, colocamos luvas, arquivamos e digitalizamos todos esses filmes. Produzimos 2 milhões de imagens de alta resolução que estão sendo analisadas e processadas pelo meu grupo para comparar com as condições atuais da camada de gelo. Na verdade, eu soube sobre esse scanner por meio de um arquivista da Academia de Artes e Ciências Cinematográficas. Então, gostaria de agradecer à Academia
(Laughter)
(Risos)
for making this possible.
por tornar isso possível.
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And as amazing as it is that we can look at what was happening under the ice sheet 50 years ago, this is still just one more snapshot. It doesn't give us observations of the variation at the annual or seasonal scale, that we know matters. There's some progress here, too. There are these recent ground-based radar systems that stay in one spot. So you take these radars and put them on the ice sheet and you bury a cache of car batteries. And you leave them out there for months or years at a time, and they send a pulse down into the ice sheet every so many minutes or hours. So this gives you continuous observation in time -- but at one spot. So if you compare that imaging to the 2-D pictures provided by the airplane, this is just one vertical line. And this is pretty much where we are as a field right now. We can choose between good spatial coverage with airborne radar sounding and good temporal coverage in one spot with ground-based sounding.
E por incrível que seja que podemos ver o que estava acontecendo sob a camada de gelo 50 anos atrás, isso ainda é apenas mais uma imagem. Ela não nos dá observações da variação anual ou sazonal, que sabemos que é o que importa. Há também algum progresso. Existem esses sistemas de radar em terra que são fixos em um ponto. Esses radares são colocados debaixo das geleiras e as baterias de carro são enterradas. Eles ficam lá por meses ou anos, e enviam um impulso dentro da camada de gelo a cada alguns segundos ou horas. Isso possibilita uma observação contínua no tempo, mas apenas em um local. Se vocês compararem estas imagens com as em 2-D fornecidas pelo avião, isto é apenas uma linha vertical. Isso é o que temos até o momento. Podemos escolher entre uma boa cobertura espacial com radares aéreos e uma boa cobertura temporal em um ponto com radares em terra.
But neither gives us what we really want: both at the same time. And if we're going to do that, we're going to need totally new ways of observing the ice sheet. And ideally, those should be extremely low-cost so that we can take lots of measurements from lots of sensors. Well, for existing radar systems, the biggest driver of cost is the power required to transmit the radar signal itself. So it’d be great if we were able to use existing radio systems or radio signals that are in the environment. And fortunately, the entire field of radio astronomy is built on the fact that there are bright radio signals in the sky. And a really bright one is our sun.
Mas nenhuma delas nós dá o que realmente queremos: as duas ao mesmo tempo. Se formos fazer isso, precisaremos de novas soluções para observar a camada de gelo. Estas soluções devem ser extremamente baratas, para que possamos fazer medições de muitos sensores. Em relação aos sistemas de radar existentes, o maior custo é a potência necessária para transmitir o sinal do radar. Seria ótimo se pudéssemos usar os sistemas de rádio existentes ou sinais de rádio que estão no ambiente. Felizmente, todo o campo da radioastronomia é construído sobre o fato de que há sinais de rádio no céu. Um muito brilhante é o nosso Sol.
So, actually, one of the most exciting things my group is doing right now is trying to use the radio emissions from the sun as a type of radar signal. This is one of our field tests at Big Sur. That PVC pipe ziggurat is an antenna stand some undergrads in my lab built. And the idea here is that we stay out at Big Sur, and we watch the sunset in radio frequencies, and we try and detect the reflection of the sun off the surface of the ocean. Now, I know you're thinking, "There are no glaciers at Big Sur."
Então, uma das coisas mais empolgantes que meu grupo está fazendo agora é tentar usar as emissões de rádio do Sol como um tipo de sinal de radar. Este é um dos nossos testes de campo no Big Sur. O tubo de PVC é um suporte de antena feito por estudantes do meu laboratório. A ideia é ficar do lado de fora do Big Sur, assistir ao pôr do sol em frequências de rádio, e tentar detectar o reflexo do Sol na superfície do oceano. Sei o que estão pensando: "Não há geleiras no Big Sur".
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And that's true.
É verdade.
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But it turns out that detecting the reflection of the sun off the surface of the ocean and detecting the reflection off the bottom of an ice sheet are extremely geophysically similar. And if this works, we should be able to apply the same measurement principle in Antarctica. And this is not as far-fetched as it seems. The seismic industry has gone through a similar technique-development exercise, where they were able to move from detonating dynamite as a source, to using ambient seismic noise in the environment. And defense radars use TV signals and radio signals all the time, so they don't have to transmit a signal of radar and give away their position. So what I'm saying is, this might really work. And if it does, we're going to need extremely low-cost sensors so we can deploy networks of hundreds or thousands of these on an ice sheet to do imaging.
Mas detectar o reflexo do Sol na superfície do oceano e detectar o reflexo no fundo de uma camada de gelo são geofisicamente muito semelhante. E se isso funcionar, poderemos aplicar o mesmo princípio de medições na Antártica. E isso não é tão forçado quanto parece. A indústria sísmica passou por uma técnica de desenvolvimento similar, em que deixaram de usar dinamite detonante como fonte, para o uso de ruído sísmico ambiental. Radares de defesa usam sinais de TV e sinais de rádio o tempo todo, e não têm que transmitir sinal de radar e revelar sua localização. Estou dizendo que isto pode realmente funcionar. Caso funcione, precisaremos de sensores de baixo custo para implementar centenas ou milhares de redes do sistema em camadas de gelo para fazer imagens. É aí que a tecnologia realmente se alinhou para nos ajudar.
And that's where the technological stars have really aligned to help us. Those earlier radar systems I talked about were developed by experienced engineers over the course of years at national facilities with expensive specialized equipment. But the recent developments in software-defined radio, rapid fabrication and the maker movement, make it so that it's possible for a team of teenagers working in my lab over the course of a handful of months to build a prototype radar. OK, they're not any teenagers, they’re Stanford undergrads, but the point holds --
Os sistemas de radar mais antigos de que falei a respeito foram desenvolvidos por engenheiros com experiência durante anos em instalações nacionais com equipamentos especializados e caros. Mas os recentes desenvolvimentos em rádio definido por software, fabricação rápida e o movimento "maker", permitiram que uma equipe de adolescentes trabalhasse no meu laboratório ao longo de vários meses, construindo um protótipo de radar. Eles não são adolescentes, são estudantes de Stanford, mas não deixa de ser verdade
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that these enabling technologies are letting us break down the barrier between engineers who build instruments and scientists that use them. And by teaching engineering students to think like earth scientists and earth-science students who can think like engineers, my lab is building an environment in which we can build custom radar sensors for each problem at hand, that are optimized for low cost and high performance for that problem. And that's going to totally change the way we observe ice sheets.
que essas tecnologias capacitadoras estão nos permitindo derrubar a barreira entre engenheiros que constroem instrumentos e cientistas que os usam. Ao ensinar esses estudantes de engenharia a pensar como cientistas e estudantes de ciências que pensam como engenheiros, meu laboratório cria um ambiente no qual podemos construir sensores de radar para cada problema em questão, que são otimizados para baixo custo e alto desempenho para esse problema. Isso irá mudar totalmente a forma como observamos as camadas de gelo.
Look, the sea level problem and the role of the cryosphere in sea level rise is extremely important and will affect the entire world. But that is not why I work on it. I work on it for the opportunity to teach and mentor extremely brilliant students, because I deeply believe that teams of hypertalented, hyperdriven, hyperpassionate young people can solve most of the challenges facing the world, and that providing the observations required to estimate sea level rise is just one of the many such problems they can and will solve.
Veja, o problema do nível do mar e o papel da criosfera no aumento do nível do mar é extremamente importante e afetará o mundo inteiro. Mas não é por isso que trabalho nisso. Trabalho nisso pela oportunidade de ensinar e orientar estudantes extremamente brilhantes, porque acredito profundamente que aquela equipe de jovens supertalentosos, muito motivados e apaixonados podem resolver muitos desafios do mundo, e fornecer observações necessárias para estimar o aumento do nível do mar é apenas um dos muitos problemas que eles podem e irão resolver.
Thank you.
Obrigado.
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(Aplausos) (Vivas)