Ich bin Meereschemikerin. Ich untersuche die Chemie der Meere der Gegenwart. Ich untersuche die Chemie der Meere der Vergangenheit. Um in die Vergangenheit zu blicken, werte ich versteinerte Reste von Tiefseekorallen aus. Hinter mir können Sie ein Bild einer dieser Korallen sehen. Sie stammt aus der Nähe der Antarktis, aus Tausenden Metern Tiefe. Sie ist ganz anders als die Korallenarten, die Sie vielleicht in Ihrem Urlaub in den Tropen gesehen haben.
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.
Ich hoffe, dass Ihnen dieser Vortrag eine vierdimensionale Sicht des Meeres vermittelt. Das ist ein wunderschönes zweidimensionales Bild der Meeresoberflächentemperatur. Dank des Satelliten hat das Bild eine enorme räumliche Auflösung. Die allgemeinen Merkmale sind sehr leicht zu verstehen. Die Gebiete um den Äquator sind warm, weil dort mehr Sonnenlicht ist. Die Polargebiete sind kalt, weil dort weniger Sonnenlicht ist. Deshalb können sich in der Antarktis und in der nördlichen Hemisphäre große Eisdecken bilden. Wenn man tief ins Meer eintaucht oder selbst nur die Zehen hineinhält, wird es kälter, je tiefer man taucht, weil das Wasser tief unten in den Tiefseegräben aus den kalten Polargebieten stammt, wo das Wasser dicht ist.
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.
Wenn wir 20 000 Jahre zurückreisen würden, würde die Erde ganz anders aussehen. Ich habe Ihnen nur eine Kurzversion einer der größten Unterschiede gezeigt, die man damals gesehen hätte. Die Eisdecken waren sehr viel dicker. Sie bedeckten den Großteil des Kontinents und erstreckten sich über die Meere. Der Meeresspiegel lag 120 Meter tiefer. Der Kohlendioxidgehalt lag sehr viel niedriger als heute. Auf der Erde war es wahrscheinlich ungefähr 3-5 Grad kälter und in den Polargebieten noch sehr viel kälter.
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.
Meine Kollegen und ich versuchen zu verstehen, wie sich dieses kalte Klima in das warme Klima von heute veränderte. Dank Eiskernuntersuchungen wissen wir, dass der Übergang von kalten zu warmen Verhältnissen nicht leicht verlief, wie man angesichts des langsamen Anstiegs von Sonneneinstrahlung vermuten könnte. Wir wissen das aus den Eiskernen, denn wenn man tief ins Eis bohrt, findet man Jahresringe, die im Eisberg zu sehen sind. Sie sehen die blau-weißen Schichten. Im Eis werden Gase eingeschlossen; daher können wir den CO2-Gehalt messen. Und wissen wir, dass der CO2-Gehalt früher tiefer lag. Die chemische Zusammensetzung des Eises sagt uns etwas über die Temperatur in der Polarregion. Während der vergangenen 20 000 Jahre ist die deutlich Temperatur gestiegen. Aber nicht gleichmäßig: manchmal sehr schnell, dann ist sie zeitweilig gleich geblieben und dann schnell gestiegen. In den Polarregionen gab es Unterschiede und das CO2 stieg sprunghaft.
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.
Daher sind wir ziemlich sicher, dass das Meer eine Rolle dabei spielt. Das Meer speichert große Mengen Kohlenstoff, etwa 60-mal mehr als in der Atmosphäre vorhanden ist. Es transportiert auch die Wärme über den Äquator. Der Ozean steckt voller Nährstoffe und kontrolliert die Primärproduktion.
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.
Wenn wir herausfinden wollen, was auf dem Meersboden passiert, müssen wir dorthin, nachschauen, was dort lebt und mit der Erforschung beginnen. Das ist fantastisches Filmmaterial von einem Tiefseeberg. Er liegt etwa einen Kilometer tief in internationalem Gewässer im Atlantik am Äquator und weit von der Küste entfernt. Sie gehören zu den ersten, die diesen Teil des Meeresbodens sehen, abgesehen von meinem Forschungsteam. Sie sehen wahrscheinlich neue Tierarten. Wir wissen es nicht. Man müsste Proben sammeln und sie genau systematisieren. Es sind wunderschöne Kaugummi-Korallen zu sehen. Auf diesen Korallen wachsen Schlangensterne. Sie sehen aus wie Tentakel, die aus den Korallen wachsen. Manche Korallen bestehen aus verschiedenen Arten Kalk. Sie wachsen auf dem Basalt dieses massiven Unterwasserberges. Die dunklen Stellen sind versteinerte Korallen. Wir werden noch über sie sprechen, je weiter wir in der Zeit zurückreisen.
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.
Dafür müssen wir ein Forschungsboot mieten. Das ist die James Cook, ein hochseetüchtiges Schiff, das vor Teneriffa liegt. Ein schönes Schiff, nicht wahr? Fantastisch, wenn man kein großer Seefahrer ist. Manchmal sieht es eher so aus. Hier retten wir gerade unsere kostbaren Proben. Jeder hastet umher und ich werde furchtbar seekrank. Es macht also nicht immer Spaß, im Allgemeinen aber schon.
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.
Man muss ein guter Kartograph werden, um das zu erstellen. Nicht überall kann man so viele außergewöhnliche Korallen sehen. Es ist umfassend und tief, aber wir müssen die richtigen Stellen finden. Wir sahen gerade eine Weltkarte; darüber lag unsere Reiseroute des letzten Jahres. Die Tour dauerte 7 Wochen. Wir haben in 7 Wochen eigene Karten von etwa 75 000 qm2 des Meeresbodens erstellt. Das ist aber nur ein winziger Teil des Meeresbodens. Wir reisen von West nach Ost, über Meeresgebiete, die auf einer großen Karte nichtssagend aussehen würden, aber manche dieser Berge sind so hoch wie der Mount Everest. Mit den Karten, die wir an Bord erstellen, erhalten wir eine 100-Meter-Auflösung. Das ist genug, um unsere Einsatzgebiete auszuwählen, aber nicht genug, um viel zu sehen. Dafür müssen wir ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge etwa 5 Meter über dem Meeresboden einsetzen. Dann erhalten wir Karten mit einer 1-m-Auflösung in Tausenden Metern Tiefe. Das ist ein ferngesteuertes Unterwasserfahrzeug für Forschungszwecke. Obendrauf kann man eine Reihe großer Lampen erkennen. Es gibt hochauflösende Kameras, Greifarme und viele kleine Kästen und Dinge für die Proben.
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.
Hier befinden wir uns auf unserem ersten Tauchgang dieser Reise, und tauchen gerade ins Meer hinab. Wir tauchen ziemlich schnell, damit die Fahrzeuge nicht durch andere Schiffe gestört werden. Auf dem Weg nach unten kann man das alles sehen. Das sind Tiefseeschwämme, maßstabsgetreu. Das ist eine schwimmende Seewalze, im Grunde eine kleine Meeresschnecke. Das ist eine verlangsamte Aufnahme. Die meisten Bilder, die ich hier zeige, sind stark gerafft, weil das alles sehr viel Zeit kostet. Das ist auch eine schöne Seewalze. Das Tier, das Sie gleich sehen werden, hat uns alle überrascht. Ich habe so etwas noch nie gesehen. Nach 15 Stunden Arbeit waren wir ein wenig fotografierwütig, als plötzlich dieses riesige Meeresungetüm vorbei rollte. Es ist eine Feuerwalze oder ein Manteltier. Danach hatten wir nicht gesucht. Wir hatten nach Tiefseekorallen gesucht. Sie werden gleich ein Foto sehen. Sie ist klein, etwa 5 cm hoch. Sie besteht aus Kalk. Man kann sehen, wie sich die Tentakel in den Meeresströmungen bewegen. So ein Organismus lebt etwa 100 Jahre. Während des Wachstums, nimmt es Chemikalien aus dem Meer auf. Die Menge der Chemikalien hängt von Temperatur, Ph-Wert und den Nährstoffen ab. Wenn wir verstehen, wie diese Chemikalien in das Skelett gelangen, können wir versteinerte Exemplare sammeln und rekonstruieren, wie der Ozean in der Vergangenheit aussah. Hier sehen Sie, wir wir die Koralle mit Hilfe eines Vakuumsystems lösen und in einen Sammelbehälter stecken. Ich sollte hinzufügen, dass wir das sehr vorsichtig machen.
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.
Manche dieser Organismen leben noch länger. Das ist eine schwarze Koralle namens Leiopathes. Das Foto hat mein Kollege Brendan Roark 500 Meter unterhalb von Hawaii gemacht. 4000 Jahre ist eine lange Zeit. Wenn man den Zweig einer Koralle aufpoliert, sehen rund 100 Mikrometer im Querschnitt so aus. Brendan hat diese Koralle analysiert. Sie können die Markierungen sehen. Er konnte aufzeigen, dass es sich um Jahresringe handelt. Selbst in 500 Metern Tiefe können Korallen Jahreszeitenwechsel erfassen, was sehr bemerkenswert ist.
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.
Aber 4000 Jahre reichen nicht, um zum Höhepunkt der letzten Eiszeit zu gelangen. Was müssen wir also tun? Wir beschäftigen uns mit den versteinerten Exemplaren. Das macht mich bei meinem Forscherteam sehr unbeliebt. Beim Tauchen schwimmen überall riesige Haie herum, Feuerwalzen und schwimmende Seegurken sowie riesige Schwämme, aber jeder muss hinunter zu den Versteinerungen und viel Zeit damit verbringen, auf dem Meeresboden herumzuschaufeln. Wir pflücken die Korallen, sammeln sie ein und ordnen sie. Sie sind alle unterschiedlich alt. Wir können herausfinden, wie alt sie sind und die chemischen Signale messen. Das hilft uns, herauszufinden, was in der Vergangenheit im Meer passierte.
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.
Auf dem linken Bild habe ich eine Koralle aufgeschnitten, geschliffen und eine optische Abbildung gemacht. Auf der rechten Seite haben wir dieselbe Scheibe in einen Reaktor gesteckt und Kernspaltung induziert. Man kann sehen, dass jede Spaltung in der Koralle markiert wird. So können wir die Verteilung der Uranwerte erkennen. Warum tun wir das? Uran ist ein wenig geschätztes Element, aber ich mag es sehr. Dank der Spaltung können wir etwas über Tempo und Daten der Ereignisse im Ozean herausfinden. Erinnern Sie sich an den Beginn meines Vortrags? Genau das wollen wir, wenn wir über das Klima nachdenken. Mit einem Laser analysieren wir Uran und Thorium, ein Zerfallsprodukt in den Korallen. Daher wissen wir genau, wie alt die Versteinerungen sind.
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.
Diese schöne Animation des Südpolarmeers zeigt, wie wir die Korallen einsetzen, um einige uralte Informationen aus dem Meer zu erhalten. Man erkennt in dieser Animation von Ryan Abernathey die Dichte des Oberflächenwassers. Es handelt sich nur um die Daten eines Jahres, aber man kann erkennen, wie dynamisch das Südpolarmeer ist. Die starke Vermischung, vor allem in der Drakestraße, die in dem Kästchen zu sehen ist, bildet eine der stärksten Strömungen der Welt. Sie kommt hier durch und fließt von West nach Ost. Die starke Mischung geschieht, weil Wassermassen über die großen Unterwassergebirge fließen. Dadurch können CO2 und Hitze mit der Atmosphäre ausgetauscht werden. Im Prinzip atmen die Meere durch das Südpolarmeer. Wir haben Korallen rund um diese Straße gesammelt und dank meiner Uran-Datierung etwas Überraschendes entdeckt: Die Korallen wanderten während des Übergangs von der Eiszeit zur Zwischeneiszeit von Süden nach Norden. Wir wissen nicht genau, warum, denken aber, dass es mit der Nahrungsquelle und vielleicht dem Sauerstoffgehalt im Wasser zu tun hat.
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.
Da wären wir. Ich werde aufzeigen, was ich glaube, durch die Korallen über das Klima herausgefunden zu haben. Wir haben an den Unterwassergebirgen kleine versteinerte Korallen gesammelt. Das ist meine Darstellung. Aufgrund der Analysen der Korallen, denken wir, dass in der Eiszeit viel Kohlenstoff tief unten im Südpolarmeer vorhanden war und dass eine Schicht von geringer Dichte oben auf lag. Diese hielt das Kohlendioxid im Ozean zurück. Wir fanden Korallen mittleren Alters, die uns zeigen, dass sich der Ozean teilweise durch die Klimaveränderung vermischte. Dadurch konnte Kohlendioxid aus den Tiefen des Ozeans nach oben steigen. Wenn wir jüngere Korallen analysieren oder wenn wir heute hinuntergehen und die Chemie der Korallen messen, gelangen wir an einen Punkt, an dem Kohlenstoff beliebig ausgetauscht werden kann. Auf diese Weise können wir versteinerte Korallen nutzen, um etwas über die Umwelt zu lernen.
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.
Ich möchte Ihnen noch dieses letzte Foto zeigen. Es ist nur ein Auszug aus den ersten Fotos, die ich Ihnen gezeigt habe. Es ist ein atemberaubender Korallengarten. Wir hatten so etwas Schönes nicht erwartet. Er befindet sich Tausende Meter tief. Dort gibt es neue Tierarten. Es ist ein wunderschöner Ort. Es gibt dort Fossilien. Ich habe Ihnen nun beigebracht, die versteinerten Korallen, die es dort unten gibt, zu schätzen.
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.
Wenn sie das nächste Mal über den Ozean fliegen oder segeln, denken Sie an die riesigen Unterwassergebirge dort unten, die niemand zuvor gesehen hat, und an die schönen Korallen.
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.
Vielen Dank. (Applaus)
Thank you. (Applause)