Аз съм океанохимик. Изследвам химията на океаните в наши дни. Изследвам химията на океаните от миналото. Начинът, по който наблюдавам миналото е чрез вкаменелости от дълбоководни корали. Можете да видите един от тези корали зад мен. Намерен е близо до Антарктида, хиляди метри под морската повърхност, така че е много различен от типовете корали, които може би сте имали късмета да видите, ако сте били на почивка в тропиците.
Well, I'm an ocean chemist. I look at the chemistry of the ocean today. I look at the chemistry of the ocean in the past. The way I look back in the past is by using the fossilized remains of deepwater corals. You can see an image of one of these corals behind me. It was collected from close to Antarctica, thousands of meters below the sea, so, very different than the kinds of corals you may have been lucky enough to see if you've had a tropical holiday.
Така че се надявам тази лекция да ви даде четириизмерен поглед върху океана. Две измерения, като това красиво двуизмерно изображение на температурата на морската повърхност. Заснето е от сателит, така че има невероятна пространствена резолюция. Общите особености са изключително лесно разбираеми. Областите около екватора са топли, защото имат повече слънчева светлина. Полюсите са студени, защото светлината е по-малко. Това позволява формирането на ледени шапки на Антарктида и в Северното полукълбо. Ако се гмурнете дълбоко в морето, или дори ако само натопите пръста си, знаете, че надълбоко става по-студено, най-вече защото дълбоките води, които изпълват абисалната зона на океана идват от студените полярни райони, където водата е по-плътна.
So I'm hoping that this talk will give you a four-dimensional view of the ocean. Two dimensions, such as this beautiful two-dimensional image of the sea surface temperature. This was taken using satellite, so it's got tremendous spatial resolution. The overall features are extremely easy to understand. The equatorial regions are warm because there's more sunlight. The polar regions are cold because there's less sunlight. And that allows big icecaps to build up on Antarctica and up in the Northern Hemisphere. If you plunge deep into the sea, or even put your toes in the sea, you know it gets colder as you go down, and that's mostly because the deep waters that fill the abyss of the ocean come from the cold polar regions where the waters are dense.
Ако се върнем 20 000 години назад във времето, Земята е изглеждала много по-различно. Току-що ви показах опростена версия на една от най-големите разлики, които бихте видели, ако се върнехте назад. Ледените шапки са много по-големи. Покривали са голяма част от континентите и са се простирали над океана. Морското равнище е било 120 метра по-ниско. Равнището на въглероден диоксид е било много по-ниско от днешното. Така че Земята е била вероятно три до пет градуса по-студена като цяло, а в полярните райони е било много, много по-студено.
If we travel back in time 20,000 years ago, the earth looked very much different. And I've just given you a cartoon version of one of the major differences you would have seen if you went back that long. The icecaps were much bigger. They covered lots of the continent, and they extended out over the ocean. Sea level was 120 meters lower. Carbon dioxide [levels] were very much lower than they are today. So the earth was probably about three to five degrees colder overall, and much, much colder in the polar regions.
Това, което се опитвам да разбера, заедно с други мои колеги, е как този студен климат се е превърнал в топлите климатични условия, на които се наслаждаваме в наши дни. От изследванията на ледени проби знаем, че преминаването от студени към топли условия не е било плавно, както може да се предвиди от бавното нарастване на слънчевото греене. Ледените проби ни казват това, защото ако пробиете дупка в леда, ще намерите годишни слоеве от лед, можете да ги видите на айсберга. Виждате тези синьо-бели слоеве. В сърцевината на леда са включени газове, така че можем да измерим СО2 -- така знаем, че е имало по-малко СО2 в миналото -- а химичният състав на леда носи информация и за температурата в полярните райони. Ако се придвижите напред във времето отпреди 20 000 години до днес, ще видите, че температурата е нараснала. Не е нараствала постепенно. На моменти се е покачвала бързо, следвал е застой, и отново бързо покачване. Било е различно на двата полюса и нивата на СО2 също са се покачвали скокообразно.
What I'm trying to understand, and what other colleagues of mine are trying to understand, is how we moved from that cold climate condition to the warm climate condition that we enjoy today. We know from ice core research that the transition from these cold conditions to warm conditions wasn't smooth, as you might predict from the slow increase in solar radiation. And we know this from ice cores, because if you drill down into ice, you find annual bands of ice, and you can see this in the iceberg. You can see those blue-white layers. Gases are trapped in the ice cores, so we can measure CO2 -- that's why we know CO2 was lower in the past -- and the chemistry of the ice also tells us about temperature in the polar regions. And if you move in time from 20,000 years ago to the modern day, you see that temperature increased. It didn't increase smoothly. Sometimes it increased very rapidly, then there was a plateau, then it increased rapidly. It was different in the two polar regions, and CO2 also increased in jumps.
Сигурни сме, че океанът е допринесъл много за това. Океаните съхраняват огромни количества въглерод, около 60 пъти повече отколкото в атмосферата. Освен това те провеждат топлина през екватора, пълни са с хранителни вещества и контролират първичната продукция.
So we're pretty sure the ocean has a lot to do with this. The ocean stores huge amounts of carbon, about 60 times more than is in the atmosphere. It also acts to transport heat across the equator, and the ocean is full of nutrients and it controls primary productivity.
Така че ако искаме да открием какво се случва дълбоко в морето, трябва да слезем там долу, да видим какво има там и да започнем да изследваме. Това са зрелищни кадри от подводна планина на около един километър дълбочина в международни води в екваториалния Атлантически океан, далеч от сушата. Вие сте сред първите, които виждат тази част от морското дъно, заедно с научния ми екип. Вероятно виждате нови видове. Не знаем. Трябва да вземем проби и внимателно да ги класифицираме. Виждате красиви дълбоководни корали. Върху коралите растат змиевидни морски звезди. Някакви неща, подобни на пипала, се подават от коралите. Корали, съставени от различни форми на калциевия карбонат, растат от базалта на тази огромна подводна планина, а тъмните неща са вкаменелости от корали, ще ви разкажа малко повече за тях докато пътуваме в миналото.
So if we want to find out what's going on down in the deep sea, we really need to get down there, see what's there and start to explore. This is some spectacular footage coming from a seamount about a kilometer deep in international waters in the equatorial Atlantic, far from land. You're amongst the first people to see this bit of the seafloor, along with my research team. You're probably seeing new species. We don't know. You'd have to collect the samples and do some very intense taxonomy. You can see beautiful bubblegum corals. There are brittle stars growing on these corals. Those are things that look like tentacles coming out of corals. There are corals made of different forms of calcium carbonate growing off the basalt of this massive undersea mountain, and the dark sort of stuff, those are fossilized corals, and we're going to talk a little more about those as we travel back in time.
За да сторим това, трябва да наемем научен кораб. Това е "Джеймс Кук", океаноложки изследователски кораб на котва в Тенерифе. Красив е, нали? Чудесен е, ако не сте велик моряк. Понякога изглежда по-скоро ето така. Това сме ние, опитвайки се да не изгубим ценни проби. Всички щъкат наоколо, а аз имам тежка морска болест, така че не винаги е много весело, но като цяло е.
To do that, we need to charter a research boat. This is the James Cook, an ocean-class research vessel moored up in Tenerife. Looks beautiful, right? Great, if you're not a great mariner. Sometimes it looks a little more like this. This is us trying to make sure that we don't lose precious samples. Everyone's scurrying around, and I get terribly seasick, so it's not always a lot of fun, but overall it is.
Трябва да сме много добри картографи за тази задача. Не можете да видите подобно великолепно изобилие от корали навсякъде, То е глобално и е надълбоко, но трябва наистина да намерим правилните места. Току-що видяхте карта на света, а отгоре ѝ беше наложен нашият маршрут от миналата година. Беше седемседмично плаване, а това са нашите собствени карти на около 75 000 квадратни километра от морското дъно за седем седмици, но това е миниатюрна част от морското дъно. Пътуваме от запад на изток над част от океана, която би изглеждала безлична на карта с голям мащаб, но всъщност някои от тези планини са високи колкото Еверест. С картите, които правим на борда, постигаме резолюция от 100 метра, което е достатъчно, за да изберем къде да спуснем уредите си, но не можем да видим кой знае какво. За целта трябва да пуснем дистанционно управляеми апарати на около пет метра над морското дъно. Ако го сторим, картите ни са с резолюция от един метър на дълбочина хиляди метри. Това е дистанционно управляем апарат за изследователски цели. Виждате ред големи прожектори от горната страна. Има камери с висока резолюция, ръце с манипулатори, и множество кутийки и прочие, в които да сложим пробите си.
So we've got to become a really good mapper to do this. You don't see that kind of spectacular coral abundance everywhere. It is global and it is deep, but we need to really find the right places. We just saw a global map, and overlaid was our cruise passage from last year. This was a seven-week cruise, and this is us, having made our own maps of about 75,000 square kilometers of the seafloor in seven weeks, but that's only a tiny fraction of the seafloor. We're traveling from west to east, over part of the ocean that would look featureless on a big-scale map, but actually some of these mountains are as big as Everest. So with the maps that we make on board, we get about 100-meter resolution, enough to pick out areas to deploy our equipment, but not enough to see very much. To do that, we need to fly remotely-operated vehicles about five meters off the seafloor. And if we do that, we can get maps that are one-meter resolution down thousands of meters. Here is a remotely-operated vehicle, a research-grade vehicle. You can see an array of big lights on the top. There are high-definition cameras, manipulator arms, and lots of little boxes and things to put your samples.
Тук сме на първото си гмуркане за това плаване, потапяйки се в океана. Движим се бързо, за да сме сигурни, че апаратите ни не са в опасност от други кораби. Спускаме се и можете да видите ето такива неща. Това са дълбоководни гъби, с големина няколко метра. Това е плуваща морска краставица -- малък морски охлюв, общо взето, на забавен каданс. Повечето кадри, които ви показвам, са ускорени, защото иначе би отнело много време. Това също е красива морска краставица. А животното, което сега ще видите, беше голяма изненада. Никога не съм виждала подобно нещо и всички бяхме поизненадани. Това беше след около 15 часа работа, всички бяхме нетърпеливи, и изведнъж това гигантско морско чудовище се затъркаля отстрани. Нарича се пирозома или колониален туникат, ако предпочитате. Не беше каквото търсехме. Търсехме корали, дълбоководни корали. Ще видите снимка на един от тях след секунда. Малък е, около пет сантиметра висок. Изграден е от калциев карбонат, можете да видите пипалата му тук, раздвижвани от океанските течения. Организъм като този живее може би около сто години. Докато расте, поема химикали от океана. А химикалите, или количествата химикали, зависят от температурата, зависят от рН-то, от хранителните вещества. И ако успеем да разберем как тези химикали се вграждат в скелета, можем да се върнем, да съберем вкаменелости и да реконструираме по какъв начин океанът е изглеждал в миналото. Тук можете да видите как събираме този корал с вакуумна система и го поставяме в контейнер за проби. Можем да го сторим много внимателно.
Here we are on our first dive of this particular cruise, plunging down into the ocean. We go pretty fast to make sure the remotely operated vehicles are not affected by any other ships. And we go down, and these are the kinds of things you see. These are deep sea sponges, meter scale. This is a swimming holothurian -- it's a small sea slug, basically. This is slowed down. Most of the footage I'm showing you is speeded up, because all of this takes a lot of time. This is a beautiful holothurian as well. And this animal you're going to see coming up was a big surprise. I've never seen anything like this and it took us all a bit surprised. This was after about 15 hours of work and we were all a bit trigger-happy, and suddenly this giant sea monster started rolling past. It's called a pyrosome or colonial tunicate, if you like. This wasn't what we were looking for. We were looking for corals, deep sea corals. You're going to see a picture of one in a moment. It's small, about five centimeters high. It's made of calcium carbonate, so you can see its tentacles there, moving in the ocean currents. An organism like this probably lives for about a hundred years. And as it grows, it takes in chemicals from the ocean. And the chemicals, or the amount of chemicals, depends on the temperature; it depends on the pH, it depends on the nutrients. And if we can understand how these chemicals get into the skeleton, we can then go back, collect fossil specimens, and reconstruct what the ocean used to look like in the past. And here you can see us collecting that coral with a vacuum system, and we put it into a sampling container. We can do this very carefully, I should add.
Някои от тези организми живеят още по-дълго. Това е черен корал от рода Leiopаthes, снимката е направена от колегата ми Брендън Роърк, на около 500 метра под Хаваите. Четири хиляди години са много време. Ако вземете клонче от някой от тези корали и го полирате, това е с диаметър 100 микрона. Брендън взе напречни проби от този корал -- можете да видите белезите -- и успя да покаже, че това всъщност са годишни пръстени, така че дори на дълбочина 500 метра, коралите могат да записват сезонни изменения, което е впечатляващо.
Some of these organisms live even longer. This is a black coral called Leiopathes, an image taken by my colleague, Brendan Roark, about 500 meters below Hawaii. Four thousand years is a long time. If you take a branch from one of these corals and polish it up, this is about 100 microns across. And Brendan took some analyses across this coral -- you can see the marks -- and he's been able to show that these are actual annual bands, so even at 500 meters deep in the ocean, corals can record seasonal changes, which is pretty spectacular.
Но 4000 години не са достатъчно, за да стигнем последния ледников максимум. Така че какво правим? Изследваме екземпляри от вкаменелости. Това ме прави наистина непопулярна сред научния ми екип. Спускаме се на дъното, навсякъде има грамадни акули, има пирозоми, има плуващи морски краставици, има гигантски водни гъби, а всички трябва да се спускат при мъртвите вкаменелости и да прекарат цяла вечност, копаейки по морското дъно. Събираме всички тези корали, качваме ги на борда, сортираме ги. Всеки един от тях е на различна възраст и ако можем да открием каква е тя и после измерим тези химични сигнали, това ни помага да открием какво се е случвало с океана в миналото.
But 4,000 years is not enough to get us back to our last glacial maximum. So what do we do? We go in for these fossil specimens. This is what makes me really unpopular with my research team. So going along, there's giant sharks everywhere, there are pyrosomes, there are swimming holothurians, there's giant sponges, but I make everyone go down to these dead fossil areas and spend ages kind of shoveling around on the seafloor. And we pick up all these corals, bring them back, we sort them out. But each one of these is a different age, and if we can find out how old they are and then we can measure those chemical signals, this helps us to find out what's been going on in the ocean in the past.
На снимката вляво направих разрез през корала, полирах го много внимателно и направих снимка. Отдясно, виждате същото парче корал, поставено в ядрен реактор с индуциран ядрен разпад и при всеки разпад можете да видите белег в корала, така че можем да видим разпределението на уран. Защо правим това? Уранът има много лоша слава, но аз го обожавам. Разпадът ни помага да установим скоростта и периода на това, което се случва в океана. Ако си спомняте от началото, това се опитваме да открием, когато изследваме климата. С лазер анализираме урана и един от дъщерните му продукти, тория, в тези корали, за да открием точно от кога датират тези вкаменелости.
So on the left-hand image here, I've taken a slice through a coral, polished it very carefully and taken an optical image. On the right-hand side, we've taken that same piece of coral, put it in a nuclear reactor, induced fission, and every time there's some decay, you can see that marked out in the coral, so we can see the uranium distribution. Why are we doing this? Uranium is a very poorly regarded element, but I love it. The decay helps us find out about the rates and dates of what's going on in the ocean. And if you remember from the beginning, that's what we want to get at when we're thinking about climate. So we use a laser to analyze uranium and one of its daughter products, thorium, in these corals, and that tells us exactly how old the fossils are.
С тази красива анимация на Южния океан ще илюстрирам как използваме тези корали, за да открием нещо за древните океани. Можете да видите плътността на повърхностната вода в тази анимация от Райън Абърнети. Това са данни от само една година, но можете да видите колко е динамичен Южният океан. Интензивното смесване, особено Протока на Дрейк, обозначен от правоъгълника, е едно от най-силните течения на света, минаващо оттук, от запад на изток. Смесва се много турбулентно, защото преминава над тези грамадни подводни планини, и това позволява обмен на СО2 и топлина с атмосферата. Като цяло океаните дишат чрез Южния океан. Събрали сме корали от цялото протежение на този антарктически проток и установихме нещо много изненадващо с моето ураново датиране: коралите са мигрирали от юг на север по време на прехода от ледниковия към междуледниковия период. Не знаем защо точно, но смятаме, че има общо с източниците на храна и може би с кислорода във водата.
This beautiful animation of the Southern Ocean I'm just going to use illustrate how we're using these corals to get at some of the ancient ocean feedbacks. You can see the density of the surface water in this animation by Ryan Abernathey. It's just one year of data, but you can see how dynamic the Southern Ocean is. The intense mixing, particularly the Drake Passage, which is shown by the box, is really one of the strongest currents in the world coming through here, flowing from west to east. It's very turbulently mixed, because it's moving over those great big undersea mountains, and this allows CO2 and heat to exchange with the atmosphere in and out. And essentially, the oceans are breathing through the Southern Ocean. We've collected corals from back and forth across this Antarctic passage, and we've found quite a surprising thing from my uranium dating: the corals migrated from south to north during this transition from the glacial to the interglacial. We don't really know why, but we think it's something to do with the food source and maybe the oxygen in the water.
И ето ни тук. Ще ви покажа какво мислим, че сме открили относно климата от тези корали в Южния океан. Катерихме се по морски планини. Събрахме малки коралови вкаменелости. Това е моята илюстрация. Смятаме, въз основа на анализа на тези корали, че през ледниковия период дълбоките части на Южния океан са били много богати на въглерод, а отгоре е имало слой с ниска плътност. Той е спирал изпаряването на въглеродния диоксид от океана. Намерихме корали от междинен период, които ни показаха, че океанът се е смесил частично по време на климатичния преход. Това е позволило на СО2 да излезе от дълбините. Ако анализираме корали, датирани по-близо до днешния ден, или ако се спуснем там днес и измерим химичния състав на коралите, ще видим, че сме в период, в който СО2 може да се обменя между водата и въздуха. Можем да използваме коралови вкаменелости, за да изследваме околната среда.
So here we are. I'm going to illustrate what I think we've found about climate from those corals in the Southern Ocean. We went up and down sea mountains. We collected little fossil corals. This is my illustration of that. We think back in the glacial, from the analysis we've made in the corals, that the deep part of the Southern Ocean was very rich in carbon, and there was a low-density layer sitting on top. That stops carbon dioxide coming out of the ocean. We then found corals that are of an intermediate age, and they show us that the ocean mixed partway through that climate transition. That allows carbon to come out of the deep ocean. And then if we analyze corals closer to the modern day, or indeed if we go down there today anyway and measure the chemistry of the corals, we see that we move to a position where carbon can exchange in and out. So this is the way we can use fossil corals to help us learn about the environment.
Искам да завърша с това последно изображение. Снимка от първите кадри, които ви показах. Това е невероятна коралова градина. Изобщо не очаквахме да открием такива красиви неща. Това е на хиляди метри дълбочина. Има нови видове. Толкова е красиво. Сред тях има вкаменелости, научих ви да цените кораловите вкаменелости, които виждате там долу.
So I want to leave you with this last slide. It's just a still taken out of that first piece of footage that I showed you. This is a spectacular coral garden. We didn't even expect to find things this beautiful. It's thousands of meters deep. There are new species. It's just a beautiful place. There are fossils in amongst, and now I've trained you to appreciate the fossil corals that are down there.
Следващият път, когато имате щастието да летите над океана или да плавате в океана, помислете -- там долу има грамадни морски планини, които никой никога не е виждал, и има красиви корали.
So next time you're lucky enough to fly over the ocean or sail over the ocean, just think -- there are massive sea mountains down there that nobody's ever seen before, and there are beautiful corals.
Благодаря ви.
Thank you.
(Ръкопляскане)
(Applause)