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.
Ben bir radyo buzulbilimciyim. Yani buzulları ve buz tabakalarını incelemek için radar kullanıyorum. Şimdiki birçok buzulbilimci gibi buzulların gelecekte deniz seviyesinin yükselmesine ne kadar katkıda bulunacağını tahmin etme problemi üzerinde çalışıyorum. Bugün sizlerle deniz seviyesinin artması konusunda net rakamlara ulaşmanın neden çok zor olduğu ve neden radar teknolojisi ve yer bilimi eğitimi hakkında düşünme şeklimizi değiştirerek bu konuda daha iyi olabileceğimize inandığım hakkında konuşmak istiyorum.
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.
Çoğu bilimci deniz seviyesi yükselmesinden bahsederken şöyle bir senaryo gösteriyorlar. Bu buz tabakası ve iklim modelleri kullanılarak üretildi. Sağda, gelecek 100 yıl için modeller tarafından tahmin edilen deniz seviyesi menzilini görebilirsiniz. Bu, bağlama göre mevcut deniz seviyesi ve bu da 4 milyondan fazla insanın yerinden olmaya karşı savunmasız kaldığı deniz deviyesi. Yani planlama açısından bu senaryodaki belirsizlik zaten büyük.
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?
Ama bunun ötesinde, senaryo " ... Batı Antartika Buz Tabakası çökmezse." yıldızı ve uyarısıyla geliyor. Böyle bir durumda çarpıcı ölçüde yüksek sayılardan konuşuyor oluruz. Abartısız grafikten taşardı. Bu ihtimali ciddiye almamız gerekmesinin sebebi dünyanın jeolojik tarihinden bazı dönemlerde deniz seviyesinin bugün olduğundan daha hızlı yükseldiğini biliyoruz. Şimdiyse bunun gelecekte olma ihtimalini görmezden gelemeyiz. Öyleyse neden kendimizden emin bir şekilde kıta boyutlarındaki bir buz tabakasının önemli bir kısmının çöküp çökmeyeceğini söyleyemiyoruz?
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.
Bunu yapmak için, öyle bir çöküntüye dahil olabilecek her türlü süreç, koşul ve fiziği içeren modellere ihtiyacımız var. Ve bunu bilmesi zor. Çünkü bu süreç ve koşullar kilometrelerce buzun altında gerçekleşiyor ve bu görüntüyü üretenki gibi uydular onları gözlemlemeye kör. Aslında, Mars yüzeyi gözlemlerimiz Antartik buz tabakasının altında olanlardan çok daha kapsamlı. Bu gözlemlere uzay ve zaman açısında devasa bir ölçüde ihtiyacımız olduğundan dolayı daha da çetrefillidir.
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.
Kapladığı alan açısından bu bir kıta. Kuzey Amerika, Rocky Dağları, Everglades ve Büyük Göller bölgelerinin farklı olması gibi Antartika'nın yeraltı da oldukça farklı. Şimdi buz tabakalarının sadece binyıllar ya da yüzyıllar zaman zarfında gelişmediğini aynı zamanda yıllar ve günler zarfında geliştiğini de biliyoruz. Yani istediğimiz şey, kıta boyutundaki buzun kilometrelerce altını gözlemlemek ve bunu sürekli yapmak.
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.
Peki bunu nasıl yaparız? Tam olarak yer altını görmüyor değiliz. Başta bir radyo buzulbilimci olduğumu söylemiştim ve bunun bir şey ifade etmesinin sebebi buz tabakalarının içini görmek için buz-tesirli hava radarının ana aracımız olması. Yani ekibimin kullandığı bilginin çoğu 2. Dünya Savaşı-era DC-3 gibi uçaklar tarafından toplanıyor. Bu gerçekten de Ardenler Taarruzunda kullanıldı. Kanadın altındaki antenleri görebilirsiniz. Buzun altına radar sinyalleri iletmek için kullanılıyorlar. Ve geri gelen yankılar buzun içinde ve altında neler olduğuna dair bilgi bulunduruyor. Bu olurken bilim insanları ve mühendisler aralıksız 8 saat uçakta radarın çalıştığından emin oluyorlar. Ve bence bu tarz saha işleriyle ilgili bir yanlış anlaşılma var. İnsanlar, bilim insanlarının camdan bakıp manzara, jeolojik içerik ve buz tabakalarının kaderi hakkında düşünüp taşındığını zannediyor. Uçuşlardan birinde BBC'nin "Kutuplar Atlası" belgesel ekibinden biri vardı. Ve saatlerce bizim kapı tokmağına dönüşmemizi kaydetti.
(Laughter)
(Gülüşmeler)
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?"
Seriyi seneler sonra eşimle birlikte izlerken buna benzer bir sahne çıktı ve ne kadar güzel olduğunu söyledim. Eşim "Sen o uçuşta değil miydin?" dedi.
(Laughter)
(Gülüşmeler)
I said, "Yeah, but I was looking at a computer screen."
Dedim ki " Evet ama monitöre bakıyordum."
(Laughter)
(Gülüşmeler)
So when you think about this type of fieldwork, don't think about images like this. Think about images like this.
Yani bu tarz saha işlerini düşünürken aklınıza böyle görüntüler gelmesin. Böyle görüntüler gelsin.
(Laughter)
(Gülüşmeler)
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.
Bu bir radargram yani buz tabakasının dikey profili bir kek dilimini andırıyor. Üstteki parlak katman buz tabakasının yüzeyi aşağıdaki parlak katmansa kıtanın ana kayası aralarındaki 3 tane yüzüğe benzeyen katmanlarsa buz tabakasının tarihiyle ilgili bilgiyi barındıran kısım. Bunun bu kadar iyi çalışması muhteşem. Yolların altyapısını inceleyen ve kara mayınlarını tespit için kullanılan zemin-tesirli radarlar toprağın birkaç metresini geçmekte zorlanıyor. Bizse buzun 3 km içine bakıyoruz. Bunun karmaşık, ilginç ve elektromanyetik sebepleri var ama şimdilik buz radar için mükemmel bir hedef ve radar da buz tabakalarını incelemek için mükemmel araç diyelim.
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.
Bunlar Antartika üzerindeki çoğu modern hava sondaj radarından toplanılan uçuş hattı grafikleri. Bunlar çeşitli ülkelerden ekiplerin ve uluslararası işbirliğinin onyıllar boyunca süren destansı çabalarının sonucu. Bunları birleştirdiğinizdeyse şöyle bir görüntü elde ediyorsunuz, eğer üzerinde hiç buz olmasaydı Antartika kıtası böyle gözükecekti. Bu tarz bir görüntüde kıtanın farklılığnı gerçekten görebilirsiniz. Kırmızılar volkanlar ve dağlar, mavi kısımlar ise eğer buz tabakası kaldırılsaydı açıkdeniz olurdu. Bu devasa bir uzay ölçeği. Ancak bir tane yeraltı anlık görüntüsünü üretmek onyıllar sürdü. Bu bize buz tabakasının zamanla nasıl değiştiğine dair hiçbir ipucu vermiyor. Şimdi bunun üzerinde çalışıyoruz çünkü Antartika'nın ilk radar gözlemleri 35 mm lik optik film kullanılarak toplanılmış. Cambridge Üniversitesindeki Scott Polar Araştırma Enstitüsü müzesinin arşivinde bu filmin binlerce makarası var.
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 --
Geçen yaz, Hollywood filmlerini dijitalleştiren ve düzenleyen son teknoloji bir film okuyucu aldım ve iki sanat tarihçisiyle birlikte İngiltere'ye gidip eldivenlerimizi giyip o filmlerin hepsini dijitalleştirdik ve arşivledik. Bu, ekibimin inceleme ve buz tabakalarını güncel haliyle karşılaştırma işlemi üzerinde çalıştığı 2 milyon yüksek çözünürlüklü görüntü üretti. Aslında o okuyucuyu Sinema Sanatları ve Bilimleri Akademisinde bir arşivciden aldım. Akademiye teşekkür ediyorum
(Laughter)
(Gülüşmeler)
for making this possible.
bunu mümkün kıldıkları için.
(Laughter)
(Gülüşmeler)
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.
Buz tabakasının altında 50 yıl önce ne olduğuna bakabilmemiz muhteşem olsa da bu sadece anlık bir görüntü. Önemli olduğunu bildiğimiz yıllık ya da mevsimlik süreçteki değişimi gözlemlememizi sağlamıyor. Bununla ilgili gelişmeler de var. Sabit bir noktada duran zemin tabanlı yeni radar sistemleri var. Onları alıp buz tabakasının üstüne koyuyorsun ve araba aküsü zulasını gömüyorsun. Tek seferde aylarca ya da yıllarca orada bırakıyorsun, onlar da buz tabakalarının altına dakikada ya da saatte bir sinyal gönderiyor. Bu da size zamanla devamlı bir gözlem sunuyor ama sadece bir noktada. Eğer bu görüntülemeyi uçaktan sağlanan 2D resimlerle kıyaslarsan, bu sadece dikey bir çizgi. Şuan alanda bulunduğumuz durum aşağı yukarı bu. Hava radarı sondajıyla iyi bir uzamsal kapsama ya da zemin-temelli sondajla tek bir noktada iyi bir zamansal kapsama arasında seçim yapabiliriz.
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.
İkisi de ayrı ayrı ya da birlikte, istediğimizi tam olarak vermiyor. Eğer bunu yapacaksak, buz tabakalarını incelemek için tamamen farklı yollara ihtiyacımız olacak. İdeal olarak bunlar son derece düşük maliyetli olmalı böylece çokça sensörden çokça ölçüm alabiliriz. Mevcut radar sistemlerine gelirsek, en yüksek maliyetli şey radar sinyalini dönüştürmek için gereken güç. Eğer çevredeki mevcut radyo sistemlerini ya da radyo sinyallerini kullanabilseydik harika olurdu. Neyse ki, bütün radyo astronomi alanı gökyüzünde parlak radyo sinyalleri olduğu bilgisine dayanıyor. Ve oldukça parlak olan bir tanesi güneşimiz.
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."
Güneşteki radyo ışımalarını bir tür radyo sinyalli olarak kullanmak, takımımın şuan yapmaya çalıştığı en heyecan verici şeylerden biri. Big Sur'deki alan deneylerimizden biri bu. Bu PVC boru ziguratı, öğrencilerin labora- tuvarımda yaptığı bir anten ayaklığı. Düşünce, Big Sur'de dışarda kalıp gün batımını radyo frekanslarıyla izleyip okyanus yüzeyindeki güneş yansımalarının tespit etmek. Şimdi ne düşündüğünüzü biliyorum " Big Sur'de buzul yok."
(Laughter)
(Gülüşmeler)
And that's true.
Bu doğru.
(Laughter)
(Gülüşmeler)
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.
Fakat güneşin okyanus yüzeyindeki yansımalarını tespit etmenin ve buz tabakasının dibindeki yansımalarını tespit etmenin jeofiziksel olarak oldukça benzer olduğu ortaya çıktı. Eğer bu işe yararsa, aynı ölçüm ilkesini Antarktika'da uygulayabilmeliyiz. Göründüğü kadar inanılmaz değil. Sismik sanayi de benzer bir teknoloji-geliştirme uygulamasından geçti, kaynak olarak dinamiti patlatmadan çevredeki sismik ortam sesini kullanmaya ilerleyebildiler. Savunma radarları, radar sinyali yayıp konumlarını belli etmemek için TV sinyallerini ve radyo sinyallerini sürekli kullanıyorlar. Demek istediğim bu gerçekten işe yarayabilir. Yararsa, oldukça düşük maliyetli sensörlere ihtiyacımız olacak, bu şekilde görüntülemeyi yapması için buz tabakasının üzerine yüzlerce ya da binlerce sensör ağı dağıtabiliriz.
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 --
Tekno yıldızların bize yardım etmek için sıralandıkları nokta burası. Bahsettiğim önceki radar sistemleri yıllar boyunca deneyimli mühendisler tarafından ulusal tesislerde pahalı özel ekipmanlarla geliştirildi. Ama yazılım tanımlı radyolardaki güncel gelişmeler, hızlı üretim ve üretici hareketi, bir grup gencin birkaç ayda laboratuvarımda prototip bir radar yapmalarını mümkün kıldı. Tamam belki sıradan gençler değil Stanford öğrencileri ama önemli değil --
(Laughter)
(Gülüşmeler)
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.
Kolaylaştırıcı teknolojiler, araçlar üreten mühendislerle bunları kullanan bilim insanları arasındaki engeli kaldırmamızı sağlıyor. Laboratuvarım, mühendislik öğrencilerine yer bilimci gibi ve yer bilim öğrencilerine mühendis gibi düşünmeyi öğreterek her probleme özel ve o probleme uyarlanmış düşük maliyetli ve yüksek performanslı radar sensörleri yapabilmeleri için gerekli ortamı sağlıyor. Bu, buz tabakalarını gözlemleme yöntemlerimizi tamamen değiştirecek.
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.
Bakın, deniz seviyesi problemi ve kriyosferin bundaki rolü son derece önemli ve tüm dünyayı etkileyecek. Ama bunun üzerinde çalışma sebebim bu değil. Son derece zeki öğrencilere öğretme ve danışmanlık yapma fırsatı için çalışıyorum. Çünkü aşırı yetenekli, azimli ve tutkulu genç insanların dünyanın karşılaştığı sorunların çocuğunu çözebileceğine gönülden inanıyorum. Deniz seviyesinin artışını tahmin etmek için gerekli gözlemlerin sağlanması çözebilecekleri ve çözecekleri çoğu problemden sadece biri.
Thank you.
Teşekkürler.
(Applause)
(Alkışlar)