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.
ובכן, אני כימאית אוקיינוסים. אני מביטה בכימיה של האוקיינוס היום. אני מביטה בכימיה של האוקיינוס בעבר. הדרך בה אני מביטה בעבר היא בשימוש בשאריות מאובנות של אלמוגי מים עמוקים. אתם יכולים לראות תמונה של אחד מהאלמוגים האלו מאחורי. הוא נאסף בקרבת אנטארקטיקה, אלפי מטר מתחת לפני הים, אז, מאוד שונה מהאלמוגים שאולי הייתם ברי מזל לראות אם היתה לכם חופשה טרופית.
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.
אז אני מקווה שהרצאה זו תתן לכם נקודת ראות ארבע מימדית על האוקיינוס. שני מימדים, כמו התמונה הדו מימדית הזו של טמפרטורת פני הים. היא נלקחה על ידי לווין אז יש לה רזולוציה מרחבית מעולה. התכונות הכלליות הן מאוד קלות להבנה. האזורים המשווניים הם חמים בגלל שיש יותר שמש. האזורים הקוטביים הם קרים בגלל שיש בהם פחות שמש. וזה מאפשר לכיפות קרח גדולות להבנות על אנטארקטיקה ולמעלה בהמיספרה הצפונית. אם אתם קופצים עמוק לים, או אפילו שמים את האצבעות בים, אתם יודעים שהוא נעשה קר יותר כשאתם מעמיקים, וזה בעיקר בגלל שהמים העמוקים שממלאים את המעמקים של האוקיינוס מגיעים מהאזורים הקוטביים הקרים שם המים הם דחוסים.
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.
אם אנחנו חוזרים בזמן 20,000 שנה, כדור הארץ נראה מאוד שונה. ורק נתתי לכם גרסת קומיקס של אחד מההבדלים הגדולים שהייתם רואים אם היתם חוזרים כל כך הרבה לעבר. כיפות הקרח היו גדולות בהרבה. הן כיסו הרבה מהיבשות, והן התמשכו על האוקיינוסים. פני הים היו נמוכים ב 120 מטר. רמות פחמן דו חמצני היו נמוכות בהרבה משהן היום. אז כדור הארץ היה כנראה קר בערך בשלוש עד חמש מעלות סך הכל, והרבה הרבה יותר קר באזורים הקוטביים.
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.
מה שאני מנסה להבין, ומה שקולגות אחרים שלי מנסים להבין, זה איך עברנו מתנאי האקלים הקרים האלו לתנאי האקלים החמים שאנחנו נהנים מהם היום. אנחנו יודעים ממחקר ליבות קרח שהמעבר מהתנאים הקרים האלו לתנאים חמים לא היה חלק, כמו שאתם יכולים לצפות מעליה איטית בקרינת השמש. ואנחנו יודעים את זה מליבות הקרח, בגלל שאם אתם קודחים בקרח, אתם מוצאים רצועות שנתיות של קרח, ואתם יכולים לראות את זה בקרחון. אתם יכולים לראות את השכבות הכחולות לבנות האלו. גזים לכודים בליבות הקרח, אז אנחנו יכולים למדוד פד"ח -- לכן אנחנו יודעים שהפד"ח היה נמוך יותר בעבר -- והכימיה של הקרח גם מספרת לנו על הטמפרטורות באזורים הקוטביים. ואם אתם נעים בזמן מלפני 20,000 שנה לזמנים המודרניים, אתם רואים שהטמפרטורות עולות. זה לא עלה באופן חלק. לפעמים זה עלה מאוד במהירות, ואז השתטח, אז זה עלה באופן מהיר. זה היה שונה בשני האזורים הקוטביים, והפד"ח גם עלה בקפיצות.
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.
אז אנחנו די בטוחים שהאוקיינוס קשור לזה מאוד. האוקיינוס אוגר כמויות עצומות של פחמן, בערך פי 60 מבאטמוספירה. הוא גם פועל להעביר חום לרוחב קן המשווה, והאוקיינוס מלא בחומרים מזינים והוא שולט ביצור המשמעותי.
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.
אז אם אנחנו רוצים לגלות מה מתרחש במעמקי הים, אנחנו באמת צריכים לרדת לשם, לראות מה יש שם ולהתחיל לחקור. אלה צילומים יוצאי דופן שמגיעים מהר תת מימי בערך בעומק קילומטר במים בין לאומיים באטלנטי המשווני, הרחק מיבשה. אתם בין האנשים הראשונים לראות את חלק קרקעית הים הזו, יחד עם צוות המחקר שלי. אתם כנראה רואים מינים חדשים. אנחנו לא יודעים. אתם חייבים לאסוף את הדוגמאות ולעשות טקסונומיה מאוד אינטנסיבית. אתם יכולים לראות אלמוגי מסטיק יפיפיים. יש כוכבים שבירים שגדלים על האלמוגים האלו. אלה הם דברים שנראים כמו זרועות שיוצאות מאלמוגים. יש אלמוגים שעשויים מצורות שונות של סידן פחמתי שגדלים על בזלת של ההר התת מימי המסיבי הזה, והחומר הכהה הזה, אלא אלמוגים מאובנים, ואנחנו נדבר מעט יותר על אלה כשאנחנו חוזרים חזרה בזמן.
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.
כדי לעשות את זה, אנחנו צריכים לחכור סירת מחקר. זו הג'יימס קוק, ספינת מחקר אוקיאנית שעוגנת בטנריף. נראת יפה, נכון? מעולה, אם אתם לא ימאים מעולים. לפעמים זה נראה מעט יותר כמו זה. זה אנחנו מנסים לדאוג שלא נאבד דוגמיות יקרות ערך. כולם ממהרים מסביב, ואני מקבלת מחלת ים, אז זה לא תמיד הרבה כיף, אבל בסך הכל זה כן.
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.
אז נהפכנו לממפים מאוד טובים כדי לעשות את זה. אתם לא רואים סוג כזה של עושר אלמוגים יוצא דופן בכל מקום. זה גלובלי וזה עמוק, אבל אנחנו צריכים באמת לגלות את המקומות הנכונים. רק ראינו מפה גלובלית, ומעליה היה המעבר של המסע שלנו מהשנה שעברה. זה היה שייט של שבעה שבועות, וזה אנחנו, יצרנו מפות משלנו של בערך 75,000 קילומטרים רבועים של קרקע הים בשבעה שבועות, אבל זה רק חלק זעיר של קרקע הים. עברנו ממערב למזרח, מעל חלק מהאוקיינוס שיראה חסר פרטים על מפה בקנה מידה גדול, אבל למעשה כמה מההרים האלה הם גבוהים כמו האוורסט. אז עם מפות שאנחנו יצרנו על הספינה, אנחנו מקבלים רזולוציה של בערך 100 מטר, מספיק כדי לבחור אזורים לפרוש את הציוד שלנו, אבל לא מספיק לראות הרבה. כדי לעשות זאת, אנחנו צריכים להטיס רכבים נשלטים מרחוק בערך חמישה מטרים מעל פני קרקע הים. ואם נעשה את זה, נוכל לקבל מפות ברזולוציה של מטר אחד בעומק של אלפי מטרים. הנה רכב מופעל מרחוק, רכב ברמת מחקר. אתם יכולים לראות מערך של אורות גדולים מעל. יש מצלמות בהפרדה גבוהה, זרועות הפעלה, והרבה קופסאות קטנות ודברים לשים בהם דוגמיות.
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.
הנה אנחנו בצלילה הראשונה שלנו של השייט המסויים הזה, צוללים לתוך האוקיינוס. אנחנו נעים די מהר כדי לוודא שהכלים הנשלטים מרחוק לא מושפעים על ידי ספינות אחרות. ואנחנו יורדים, ואלה סוג הדברים שאתם רואים. אלה ספוגים מעומק עמוק, בגודל מטר. זה הולוטוריאן שוחה -- זה חילזון ים זעיר, בעיקרון. זה מואט. רוב הצילומים שאני מראה לכם מואצים, בגלל שכל זה לוקח הרבה זמן. גם זה הולוטוריאן יפה. והחיה הזו שאתם תראו מגיעה היתה הפתעה גדולה. מעולם לא ראיתי משהו כמו זה וזה הפתיע את כולנו. זה היה אחרי מעט יותר מ 15 שעות עבודה וכולנו היו מאוד שמחים על ההדק, ופתאום מפלצת הים העצומה הזו התחילה להתגלגל מולנו. היא נקראת פירוזום או מייתירן זנב קולוניאלי, אם תרצו. זה לא היה מה שחיפשנו. חיפשנו אלמוגים, אלמוגי ים עמוק. אתם תראו תמונה של אחד עוד רגע. הוא קטן, בערך בגובה של חמישה סנטימטרים. הוא עשוי סידן פחמתי, אז אתם יכולים לראות את הזרועות שלו פה, נעות בזרמי האוקיינוס. אורגניזם כמו זה כנראה חי במשך מאה שנים. וכשהוא גדל, הוא לוקח כימיקלים מהאוקיינוס. והכימיקלים, או כמויות הכימיקלים, תלויות בטמפרטורה; תלויות בחומציות, הן תלויות בחומרים המזינים. ואם אנחנו יכולים להבין איך הכימיקלים האלה נכנסים לשלד, אנחנו יכולים אז לחזור, לאסוף דוגמיות מאובנים, ולשחזר איך האוקיינוס נראה בעבר. ופה אתם יכולים לראות אותנו אוספים את האלמוג ההוא עם מערכת שאיבה, ושמנו אותו במיכל הדגימה. אנחנו יכולים לעשות זאת מאוד בזהירות, אני צריכיה להוסיף.
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.
כמה מהאורגניזמים חיים אפילו יותר. זה אלמוג שחור שנקרא ליאופת, תמונה שצולמה על ידי קולגה שלי, ברנדן רואק, בעומק של בערך 500 מטר מתחת להוואי. ארבעת אלפים שנה זה הרבה זמן. אם אתם לוקחים ענף מאחד האלמוגים האלו ומבריקים אותו, זה בערך ברוחב של 100 מיקרונים. וברנדן לקח כמה אנליזות לרוחב האלמוג הזה -- אתם יכולים לראות את הסימנים -- והוא היה מסוגל להראות שאלה למעשה רצועות עונתייות, אז אפילו בעומק 500 מטר באוקיינוס, אלמוגים יכולים לתעד שינויים עונתיים, שזה די מדהים.
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.
אבל 4,000 שנה זה לא מספיק להביא אותנו חזרה למקסימום הקרחוני האחרון. אז מה אנחנו עושים? אנחנו הולכים לדוגמיות המאובנים האלו. זה מה שעושה אתי ממש לא פופולרית עם צוות המחקר שלי. אז נמשיך, יש כרישים ענקים בכל מקום, יש פירוסומים, יש הולוטוריאנים שוחים, יש ספוגים ענקיים, אבל אני מכריחה את כולם לרדת לאזורי המאובנים המתים האלה ולבלות עידנים בלחפור מסביב על קרקע הים. ואנחנו אוספים את כל האלמוגים האלו, מביאים אותם חזרה, ממיינים אותם. אבל כל אחד מאלה בגיל שונה, ואם אנחנו יכולים לגלות בני כמה הם ואז אנחנו יכולים למדוד את האותות הכימיים האלה, זה עוזר לנו לגלות מה התרחש באוקיינוס בעבר.
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.
אז בתמונה מצד שמאל פה, חתכתי פיסה דרך האלמוג פה, ליטשתי אותה ממש בזהירות ולקחתי תמונה אופטית. מצד ימין, לקחנו את אותה פיסה של אלמוג, שמנו אותה בכור גרעיני, האצנו ביקוע, וכל פעם שיש איזו דעיכה, אתם יכולים לראות שזה מסומן באלמוג, אז אנחנו יכולים לראות את התפלגות האורניום. למה אנחנו עושים את זה? אורניום הוא אלמנט שמתייחסים אליו בצורה ממש עלובה, אבל אני אוהבת אותו. הדעיכה עוזרת לנו לגלות בנוגע לרמות ולתאריכים של מה שקורה באוקיינוס. ואם אתם זוכרים מההתחלה, זה מה שאנחנו רוצים לקבל כשאנחנו חושבים על אקלים. אז אנחנו משתמשים בליזר כדי לנתח אורניום ואחד מתוצרי הבת שלו, תוריום, באלמוגים האלו, וזה אומר לנו בדיוק בני כמה המאובנים.
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.
האנימציה היפה של האוקיינוס הדרומי בה אני רק אשתמש כדי להמחיש איך אנחנו משתמשים באלמוגים כדי לקבל כמה מהמשובים העתיקים של האוקיינוס. אתם יכולים לראות את הדחיסות של פני המים באנימציה הזו של רייאן אברנתי. זה מידע של שנה בלבד, אבל אתם יכולים לראות את הדינמיקה של האוקיינוס הדרומי. הערוב האינטנסיבי, בעיקר במעבר הגדול, שנראה על ידי הקופסה, הוא באמת אחד הזרמים החזקים ביותר בעולם עובר מפה, מגיע ממערב למזרח. הם מעורבים מאוד בחוזקה, בגלל שהוא נע מעל ההרים התת קרקעיים הגדולים האלה, וזה מאפשר לפד"ח וחום להחליף עם האטמוספירה פנימה והחוצה. ובעיקרון, האוקיינוסים נושמים דרך האוקיינוס הדרומי. אספנו אלמוגים מכל מקום ברחבי המעבר האטלנטי הזה, וגילינו משהו די מפתיע מתיארוך האורניום שלי: האלמוגים נדדו מדרום לצפון במהלך המעבר הזה מקרחוני לבין קרחוני. אנחנו לא באמת יודעים למה, אבל אנחנו חושבים שזה קשור למקורות המזון ואולי החמצן במים.
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.
אז הנה אנחנו. אני עומדת לתאר מה אני חושבת שגילינו בנוגע לאקלים מהאלמוגים האלו באוקיינוס הדרומי. עלינו וירדנו לגובה הרים ימיים. אספנו אלמוגים מאובנים קטנים. זו ההדמיה שלי על זה. אנחנו חושבים שבתקופה הקרחונית, מהאנליזה שעשינו של אלמוגים, שהחלק העמוק של האוקיינוס הדרומי היה מאוד עשיר בפחמן, והיתה שכבה בדחיסות נמוכה מעל. זה עצר את הפחמן הדו חמצני מלצאת מהאוקיינוס. אז גילינו אלמוגים בגילאי ביניים, והם הראו לנו שהאוקיינוס התערבב חלקית במהלך השינוי האקלימי. זה אפשר לפחמן לצאת ממעמקי האוקיינוס. ואז אם אנחנו מנתחים את האלמוגים קרוב יותר לזמנים המודרניים, או באמת אם אנחנו יורדים לשם היום בכל אופן ומודדים את הכימיה של האלמוגים, אנחנו רואים שאנחנו נעים לעמדה בה פחמן יכול להתחלף פנימה והחוצה. אז זו הדרך בה אנחנו יכולים להשתמש במאובני אלמוגים כדי לעזור לנו ללמוד על הסביבה.
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.
אז אני רוצה להשאיר אתכם עם השקופית האחרונה הזו. זו רק תמונה שנלקחה מהסרטון הראשון שהראתי לכם. זה גן אלמוגים יוצא דופן. לא ציפינו אפילו למצוא דברים כל כך יפים. זה בעומק אלפי מטרים. יש מינים חדשים. זה פשוט מקום יפיפה. יש מאובנים בינהם, ועכשיו אימנתי אתכם להעריך את האלמוגים המאובנים שנמצאים שם למטה.
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.
אז בפעם הבאה שיהיה לכם מזל לטוס מעל האוקיינוס או לשוט על האוקיינוס, רק חשבו -- יש הרים תת מימיים עצומים שם למטה שאף אחד לא ראה מעולם, ויש אלמוגים יפיפיים.
Thank you.
תודה לכם.
(Applause)
(מחיאות כפיים)