Technology can change our understanding of nature.
Технология может изменить наше понимание природы.
Take for example the case of lions. For centuries, it's been said that female lions do all of the hunting out in the open savanna, and male lions do nothing until it's time for dinner. You've heard this too, I can tell. Well recently, I led an airborne mapping campaign in the Kruger National Park in South Africa. Our colleagues put GPS tracking collars on male and female lions, and we mapped their hunting behavior from the air. The lower left shows a lion sizing up a herd of impala for a kill, and the right shows what I call the lion viewshed. That's how far the lion can see in all directions until his or her view is obstructed by vegetation. And what we found is that male lions are not the lazy hunters we thought them to be. They just use a different strategy. Whereas the female lions hunt out in the open savanna over long distances, usually during the day, male lions use an ambush strategy in dense vegetation, and often at night. This video shows the actual hunting viewsheds of male lions on the left and females on the right. Red and darker colors show more dense vegetation, and the white are wide open spaces. And this is the viewshed right literally at the eye level of hunting male and female lions. All of a sudden, you get a very clear understanding of the very spooky conditions under which male lions do their hunting.
Рассмотрим в качестве примера случай со львами. Веками считалось, что львицы охотятся исключительно в открытой саванне, в то время как самцы ничего не делают, пока не придёт время обеда. Вы тоже слышали эту историю, я чувствую. Так вот, в последнее время я руководил программой по картированию с воздуха в Национальном парке Крюгера в Южной Африке. Наши коллеги надели ошейники с GPS передатчиками на самцов и львиц, и мы картировали особенности их охотничьего поведения с воздуха. На нижней левой фотографии показан лев, оценивающий стадо антилоп-импал, которые станут добычей, а на правой показано то, что я называю львиным «сектором обзора». То есть, как далеко лев может видеть во всех направлениях до той поры, пока его или её поле зрения не будет ограничено растительностью. Мы обнаружили, что самцы не являются ленивыми охотниками, какими мы представляли их себе раньше. Просто они используют другую стратегию. В то время как львицы охотятся в открытой саванне, преодолевая большие расстояния, обычно в дневное время, самцы используют стратегию засады в густой растительности, часто — ночью. На этом видео показаны фактические «секторы обзора» охоты самцов с левой стороны и самок — с правой. Красным и тёмными цветами показана более плотная растительность, а белым — широкие открытые пространства. А это — сектор обзора, в буквальном смысле, на уровне глаз охотящихся самцов и самок. Внезапно, у вас появляется очень чёткое понимание тех весьма зловещих условий, в которых самцы охотятся.
I bring up this example to begin, because it emphasizes how little we know about nature. There's been a huge amount of work done so far to try to slow down our losses of tropical forests, and we are losing our forests at a rapid rate, as shown in red on the slide. I find it ironic that we're doing so much, yet these areas are fairly unknown to science. So how can we save what we don't understand?
Я рассматриваю данный пример в начале, потому что он акцентирует внимание на том, как мало мы знаем о природе. К данному моменту проделана колоссальная работа, направленная на замедление потерь тропических лесов, а ведь мы теряем леса с огромной скоростью, что показано на этом слайде красным цветом. Мне кажется ироничным, что, несмотря на то, как много мы делаем, эти пространства остаются в значительной степени неизвестными для науки. Как же мы можем сохранить то, что мы не понимаем?
Now I'm a global ecologist and an Earth explorer with a background in physics and chemistry and biology and a lot of other boring subjects, but above all, I'm obsessed with what we don't know about our planet. So I created this, the Carnegie Airborne Observatory, or CAO. It may look like a plane with a fancy paint job, but I packed it with over 1,000 kilos of high-tech sensors, computers, and a very motivated staff of Earth scientists and pilots. Two of our instruments are very unique: one is called an imaging spectrometer that can actually measure the chemical composition of plants as we fly over them. Another one is a set of lasers, very high-powered lasers, that fire out of the bottom of the plane, sweeping across the ecosystem and measuring it at nearly 500,000 times per second in high-resolution 3D. Here's an image of the Golden Gate Bridge in San Francisco, not far from where I live. Although we flew straight over this bridge, we imaged it in 3D, captured its color in just a few seconds. But the real power of the CAO is its ability to capture the actual building blocks of ecosystems. This is a small town in the Amazon, imaged with the CAO. We can slice through our data and see, for example, the 3D structure of the vegetation and the buildings, or we can use the chemical information to actually figure out how fast the plants are growing as we fly over them. The hottest pinks are the fastest-growing plants. And we can see biodiversity in ways that you never could have imagined. This is what a rainforest might look like as you fly over it in a hot air balloon. This is how we see a rainforest, in kaleidoscopic color that tells us that there are many species living with one another. But you have to remember that these trees are literally bigger than whales, and what that means is that they're impossible to understand just by walking on the ground below them. So our imagery is 3D, it's chemical, it's biological, and this tells us not only the species that are living in the canopy, but it tells us a lot of information about the rest of the species that occupy the rainforest.
Я специализируюсь в глобальной экологии и являюсь исследователем Земли со знаниями в области физики и химии, а также биологии и многих других скучных дисциплин, но более всего я поглощён тем, что мы не знаем о нашей планете. Поэтому я создал это — Воздушную Обсерваторию Карнеги, или ВОК. Это может выглядеть как красиво выкрашенный самолёт, но я начинил его более чем тысячью килограммами высокотехнологичных датчиков, компьютеров и сильно замотивированными членами экипажа в лице учёных, исследующих Землю, и пилотов. Два инструмента из используемых нами весьма уникальны: один называется видеоспектрометр, который может оценить химический состав растений в тот момент, когда мы пролетаем над ними. Другой — представляет собой набор лазеров, весьма высокомощных лазеров, испускающих лучи со дна самолёта, скользя по экосистеме и измеряя её почти 500 000 раз в секунду в высоком разрешении 3D. Вот изображение моста Золотые Ворота в Сан-Франциско, недалеко от того места, где я живу. Хотя мы пролетели непосредственно над этим мостом, мы создали его изображение в 3D, а также запечатлели его цвет всего за несколько секунд. Однако настоящая сила ВОКа заключается в её способности запечатлевать существующие структурные элементы экосистем. На этом слайде показан небольшой городок в Амазонии, изображение которого получено с помощью ВОКа. Мы можем профильтровать наши данные и увидеть, например, трёхмерную структуру растительности и зданий или можем использовать информацию о химическом составе для того чтобы оценить насколько быстро растут растения в тот момент, когда мы пролетаем над ними. Самые яркие оттенки розового соответствуют наиболее быстрорастущим растениям. И мы можем представить биологическое разнообразие так, как невозможно было вообразить раньше. Вот как может выглядеть тропический дождевой лес, когда вы пролетаете над ним на воздушном шаре. Вот как мы видим тропический лес в калейдоскопических цветах, которые говорят нам о том, что здесь сосуществуют множество видов. Стоит помнить о том, что эти деревья, буквально, больше китов, а это означает, что их функционирование невозможно понять, просто проходя под ними по земле. Итак, наши изображения трёхмерны, несут информацию о химическом составе и биологии не только тех видов, которые живут в кроне деревьев, но также и много информации об остальных видах, населяющих тропический лес.
Now I created the CAO in order to answer questions that have proven extremely challenging to answer from any other vantage point, such as from the ground, or from satellite sensors. I want to share three of those questions with you today. The first questions is, how do we manage our carbon reserves in tropical forests? Tropical forests contain a huge amount of carbon in the trees, and we need to keep that carbon in those forests if we're going to avoid any further global warming. Unfortunately, global carbon emissions from deforestation now equals the global transportation sector. That's all ships, airplanes, trains and automobiles combined. So it's understandable that policy negotiators have been working hard to reduce deforestation, but they're doing it on landscapes that are hardly known to science. If you don't know where the carbon is exactly, in detail, how can you know what you're losing? Basically, we need a high-tech accounting system. With our system, we're able to see the carbon stocks of tropical forests in utter detail. The red shows, obviously, closed-canopy tropical forest, and then you see the cookie cutting, or the cutting of the forest in yellows and greens. It's like cutting a cake except this cake is about whale deep. And yet, we can zoom in and see the forest and the trees at the same time. And what's amazing is, even though we flew very high above this forest, later on in analysis, we can go in and actually experience the treetrops, leaf by leaf, branch by branch, just as the other species that live in this forest experience it along with the trees themselves.
Я создал ВОК с целью ответить на вопросы, на которые оказалось невероятно трудно ответить с любой другой точки зрения, например — с земли или со спутниковых сенсоров. Я хочу поделиться сегодня с вами тремя из этих вопросов. Первый вопрос заключается в том, как мы используем запасы углерода в тропических лесах? В тропических лесах большое количество углерода, запасённого в деревьях, и необходимо сохранять этот углерод в лесах, если мы собираемся предотвратить дальнейшее глобальное потепление. К сожалению, глобальное выделение углерода в ходе вырубки лесов сегодня равно выделению углерода от глобального транспортного сектора. Это все суда, самолёты, поезда и автомобили вместе взятые. Поэтому понятно, что люди, участвующие в обсуждении законопроектов, прикладывали много усилий для сокращения вырубки лесов, но они делают это в контексте ландшафтов, которые едва ли известны науке. Если вы не знаете, где именно локализован углерод, детально, как вы можете понять, что вы теряете? В принципе, нам нужна высокотехнологичная система учёта. С нашей системой мы можем рассмотреть хранилища углерода тропических лесов очень подробно. Красным показан, что очевидно, тропический лес с сомкнутой кроной, далее вы видите вырез либо разделение леса на жёлтые и зелёные цвета. Это почти то же, что разрезать торт, за исключением того, что этот торт — высотой примерно с кита. Мы можем приблизить изображение и увидеть и лес, и деревья одновременно. Удивительно, что хотя мы и пролетали очень высоко над лесом, позже в ходе анализа, мы можем углубиться и рассмотреть вершины деревьев, листочек за листочком, ветка за веткой, точно так же, как другие виды, обитающие в этом лесу, изучают его вместе с деревьями как таковыми.
We've been using the technology to explore and to actually put out the first carbon geographies in high resolution in faraway places like the Amazon Basin and not-so-faraway places like the United States and Central America. What I'm going to do is I'm going to take you on a high-resolution, first-time tour of the carbon landscapes of Peru and then Panama. The colors are going to be going from red to blue. Red is extremely high carbon stocks, your largest cathedral forests you can imagine, and blue are very low carbon stocks. And let me tell you, Peru alone is an amazing place, totally unknown in terms of its carbon geography until today. We can fly to this area in northern Peru and see super high carbon stocks in red, and the Amazon River and floodplain cutting right through it. We can go to an area of utter devastation caused by deforestation in blue, and the virus of deforestation spreading out in orange. We can also fly to the southern Andes to see the tree line and see exactly how the carbon geography ends as we go up into the mountain system. And we can go to the biggest swamp in the western Amazon. It's a watery dreamworld akin to Jim Cameron's "Avatar." We can go to one of the smallest tropical countries, Panama, and see also a huge range of carbon variation, from high in red to low in blue. Unfortunately, most of the carbon is lost in the lowlands, but what you see that's left, in terms of high carbon stocks in greens and reds, is the stuff that's up in the mountains. One interesting exception to this is right in the middle of your screen. You're seeing the buffer zone around the Panama Canal. That's in the reds and yellows. The canal authorities are using force to protect their watershed and global commerce. This kind of carbon mapping has transformed conservation and resource policy development. It's really advancing our ability to save forests and to curb climate change.
Мы использовали технологии, чтобы исследовать и выпустить первые географические изображения в высоком разрешении в отдалённых местах, таких как Амазонская низменность, и не столь удалённых местах, таких как, например, Соединённые Штаты и Центральная Америка. Я собираюсь взять вас на первую экскурсию, проводимую в высоком разрешении по углеродным ландшафтам Перу, а затем Панамы. Цвета будут изменяться от красного до синего. Красный отображает максимально крупные запасы углерода, самые большие старые тропические леса, какие вы можете представить, а синий — самые низкие запасы углерода. Позвольте мне заметить, что Перу — само по себе удивительное место, абсолютно не изученное в смысле углеродной географии до настоящего дня. Мы можем полететь в эту часть северного Перу и увидеть очень богатые запасы углерода в красном цвете, реку Амазонку и её пойму, пересекающими их. Мы можем переместиться в область полного опустошения, вызванного вырубкой леса, которая показана синим, а также вызванного вирусом обезлесения, показанного оранжевым. Мы также можем полететь к южным Андам, чтобы увидеть полосу леса и в точности увидеть как оканчивается углеродная география по мере того, как мы перемещаемся в горную систему. Мы можем отправиться к самому крупному болоту в западной Амазонии. Это водный сказочный мир, схожий с «Аватаром» Джеймса Камерона. Мы можем отправиться к одной из самых маленьких тропических стран, Панаме, и также увидеть широкий диапазон колебаний содержания углерода — от высокого содержания в красном цвете до низкого — в синем. К сожалению, большая часть углерода теряется в низинах, но то, что осталось, в виде больших запасов углерода, показанных оттенками зелёного и красного, это то, что находится наверху в горах. Одно интересное исключение из этого показано прямо в середине экрана. Вы видите буферную зону вокруг Панамского канала. Она показана оттенками красного и жёлтого. Администрация канала использует вооружённые силы для защиты водораздела и мировой торговли. Подобное углеродное картирование изменило развитие программ по сохранению и использованию ресурсов. Оно по-настоящему развивает наши возможности сохранять леса и сдерживать изменение климата.
My second question: How do we prepare for climate change in a place like the Amazon rainforest? Let me tell you, I spend a lot of time in these places, and we're seeing the climate changing already. Temperatures are increasing, and what's really happening is we're getting a lot of droughts, recurring droughts. The 2010 mega-drought is shown here with red showing an area about the size of Western Europe. The Amazon was so dry in 2010 that even the main stem of the Amazon river itself dried up partially, as you see in the photo in the lower portion of the slide. What we found is that in very remote areas, these droughts are having a big negative impact on tropical forests. For example, these are all of the dead trees in red that suffered mortality following the 2010 drought. This area happens to be on the border of Peru and Brazil, totally unexplored, almost totally unknown scientifically.
Мой второй вопрос: Как мы можем подготовиться к изменению климата в таком месте, как дождевой тропический лес Амазонии? Позвольте мне заметить, я провожу много времени в этих местах, и мы видим, что климат уже начал меняться. Средние значения температур увеличиваются, и в реальности мы констатируем множество засух, повторяющихся засух. Мега-засуха 2010 года показана на этом слайде, где красным отмечена территория, схожая по площади с территорией Западной Европы. Амазония был настолько пересушенной в 2010 году, что даже главное русло самой реки Амазонки частично пересохло, как вы можете увидеть на фотографии внизу этого слайда. Мы обнаружили, что на очень удалённых территориях эти засухи оказывают сильное отрицательное воздействие на тропические леса. Например, всё, что показано здесь красным цветом — это мёртвые деревья, которые погибли после засухи 2010 года. Эта территория находится на границе Перу и Бразилии, абсолютно не исследована, практически совершенно не изучена учёными.
So what we think, as Earth scientists, is species are going to have to migrate with climate change from the east in Brazil all the way west into the Andes and up into the mountains in order to minimize their exposure to climate change. One of the problems with this is that humans are taking apart the western Amazon as we speak. Look at this 100-square-kilometer gash in the forest created by gold miners. You see the forest in green in 3D, and you see the effects of gold mining down below the soil surface. Species have nowhere to migrate in a system like this, obviously.
Мы, как исследователи в области наук о Земле, считаем, что видам придётся переселяться из-за изменения климата из восточной части в Бразилии, преодолевая весь путь на запад, к Андам и выше в горы для того, чтобы уменьшить воздействие на них изменения климата. Одна из связанных с этим проблем заключается в том, что люди уничтожают западную часть Амазонских лесов, в это самое время, пока мы разговариваем. Посмотрите на эту глубокую рану площадью в 100 квадратных километров в лесу, сделанную добытчиками золота. Вы видите лес в зелёном цвете на трёхмерных изображениях, и вы видите последствия добычи золота внизу, под поверхностью почвы. Понятно, что видам некуда мигрировать в подобной системе.
If you haven't been to the Amazon, you should go. It's an amazing experience every time, no matter where you go. You're going to probably see it this way, on a river. But what happens is a lot of times the rivers hide what's really going on back in the forest itself. We flew over this same river, imaged the system in 3D. The forest is on the left. And then we can digitally remove the forest and see what's going on below the canopy. And in this case, we found gold mining activity, all of it illegal, set back away from the river's edge, as you'll see in those strange pockmarks coming up on your screen on the right. Don't worry, we're working with the authorities to deal with this and many, many other problems in the region.
Если вы не бывали в Амазонии, вам следует съездить туда. Это удивительное ощущение, каждый раз, независимо от того, куда вы поедете. Возможно, вы увидите это так — на реке. Но в большинстве случаев реки скрывают то, что на самом деле происходит в самом лесу. Мы пролетели над этой же самой рекой, отсняв трёхмерные изображения системы. Лес находится слева. Затем мы можем с помощью компьютера убрать изображение леса и увидеть, что происходит под пологом. В данном случае мы обнаружили работы по добыче золота, все незаконные, отнесённые вглубь от берегов реки, что вы можете увидеть как странные рубцы, возникающие на экране справа. Не волнуйтесь, мы работаем с властями, чтобы справиться с этой и многими, многими другими проблемами в этом регионе.
So in order to put together a conservation plan for these unique, important corridors like the western Amazon and the Andes Amazon corridor, we have to start making geographically explicit plans now. How do we do that if we don't know the geography of biodiversity in the region, if it's so unknown to science? So what we've been doing is using the laser-guided spectroscopy from the CAO to map for the first time the biodiversity of the Amazon rainforest. Here you see actual data showing different species in different colors. Reds are one type of species, blues are another, and greens are yet another. And when we take this together and scale up to the regional level, we get a completely new geography of biodiversity unknown prior to this work. This tells us where the big biodiversity changes occur from habitat to habitat, and that's really important because it tells us a lot about where species may migrate to and migrate from as the climate shifts. And this is the pivotal information that's needed by decision makers to develop protected areas in the context of their regional development plans.
Для того, чтобы составить план по сохранению этих уникальных, важных коридоров, таких как западная Амазония и коридор между Андами и Амазонкой, мы сейчас должны начать составлять географически правдоподобные схемы. Как можно это сделать, если мы ничего не знаем о географии биоразнообразия в регионе, если он так мало известен науке? То, что мы делали — мы использовали управляемую с помощью лазера спектроскопию с ВОКа, чтобы впервые картировать биоразнообразие тропического дождевого леса Амазонки. Здесь вы видите актуальные данные, которые показывают различные виды разным цветом. Оттенки красного отображают одну группу видов, синего — другую, а зелёного — третью. И когда мы объединяем эти данные и увеличиваем масштаб до регионального уровня, мы получаем совсем другую географию биоразнообразия, неведомую ранее для данной работы. Эти данные показывают нам, где происходят сильные изменения биоразнообразия при переходе от одного местообитания к другому, и это по-настоящему важно, потому что даёт нам много информации о том, куда и откуда виды могут мигрировать по мере изменения климата. И это ключевая информация, которая необходима тем, кто принимает решения по развитию заповедных территорий в смысле их планов регионального развития.
And third and final question is, how do we manage biodiversity on a planet of protected ecosystems? The example I started out with about lions hunting, that was a study we did behind the fence line of a protected area in South Africa. And the truth is, much of Africa's nature is going to persist into the future in protected areas like I show in blue on the screen. This puts incredible pressure and responsibility on park management. They need to do and make decisions that will benefit all of the species that they're protecting. Some of their decisions have really big impacts. For example, how much and where to use fire as a management tool? Or, how to deal with a large species like elephants, which may, if their populations get too large, have a negative impact on the ecosystem and on other species. And let me tell you, these types of dynamics really play out on the landscape. In the foreground is an area with lots of fire and lots of elephants: wide open savanna in blue, and just a few trees. As we cross this fence line, now we're getting into an area that has had protection from fire and zero elephants: dense vegetation, a radically different ecosystem. And in a place like Kruger, the soaring elephant densities are a real problem. I know it's a sensitive issue for many of you, and there are no easy answers with this. But what's good is that the technology we've developed and we're working with in South Africa, for example, is allowing us to map every single tree in the savanna, and then through repeat flights we're able to see which trees are being pushed over by elephants, in the red as you see on the screen, and how much that's happening in different types of landscapes in the savanna. That's giving park managers a very first opportunity to use tactical management strategies that are more nuanced and don't lead to those extremes that I just showed you. So really, the way we're looking at protected areas nowadays is to think of it as tending to a circle of life, where we have fire management, elephant management, those impacts on the structure of the ecosystem, and then those impacts affecting everything from insects up to apex predators like lions.
Третий и последний вопрос состоит в том, как мы можем управлять биоразнообразием охраняемых экосистем на планете? Пример, с которого я начал, про охотящихся львов — это было исследование, которое мы провели за заграждением заповедной зоны в Южной Африке. Правда в том, что большая часть дикой природы Африки будет существовать в будущем в заповедниках, подобных тому, что показан синим цветом на экране. Это кладёт невероятную ответственность и бремя на управляющих парком. Они должны осуществлять и принимать такие решения, которые приведут к улучшениям для всех видов, которые они защищают. Некоторые из принимаемых ими решений влекут очень значимые последствия. Например, в какой мере и где использовать огонь в качестве средства управления? Или как поступать с таким крупным видом как слоны, которые могут, в случае слишком сильного увеличения популяции, оказывать отрицательное воздействие на экосистему и на другие виды. Позвольте сказать, что подобные виды динамики действительно влекут последствия на уровне ландшафтов. На переднем плане показана территория с сильным пожаром и большим количеством слонов: широкая открытая саванна показана синим, и всего несколько деревьев. Как только мы пересекаем ограждение, мы попадаем на территорию, защищённую от пожаров и на которой нет ни одного слона: густая растительность, радикальным образом отличающаяся экосистема. В таком месте как парк Крюгера, «зашкаливающие» популяции слонов — настоящая проблема. Я знаю, это очень чувствительная тема для многих из вас, и на этот вопроса нет простых ответов. Но хорошо то, что с помощью разработанной нами технологии, с которой мы работаем в Южной Африке, например, мы можем картировать каждое дерево в саванне, а затем, в ходе повторных пролётов, мы можем выявить, какие деревья были повалены слонами, в красном цвете, как вы видите на экране, и в какой степени это происходит на различных типах ландшафтов в саванне. Это даёт управляющим парков самую первую возможность использовать стратегии тактического менеджмента — более гибкие и не приводящие к тем крайним ситуациям, которые я только что продемонстрировал вам. То, как мы видим заповедники сегодня, приближённо похоже на цикл жизни, в котором имеется управление с помощью огня, управление численностью слонов, воздействующих на структуры экосистем, которые, в свою очередь, оказывают воздействие на всё, начиная с насекомых и заканчивая хищниками наиболее высокого ранга, такими как львы.
Going forward, I plan to greatly expand the airborne observatory. I'm hoping to actually put the technology into orbit so we can manage the entire planet with technologies like this. Until then, you're going to find me flying in some remote place that you've never heard of. I just want to end by saying that technology is absolutely critical to managing our planet, but even more important is the understanding and wisdom to apply it.
Говоря о планах на будущее, я планирую сильно увеличить воздушную обсерваторию. На самом деле, я надеюсь запустить данную технологию на орбиту, чтобы мы могли управлять всей планетой с помощью подобных технологий. Но пока этого не случилось, вы можете найти меня, летящим в какой-нибудь отдалённый уголок, о котором вы раньше никогда не слышали. Я хочу закончить, просто сказав, что технология совершенно необходима для управления нашей планетой, но ещё более важным является понимание и мудрость при её использовании.
Thank you.
Спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)