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.
Ik ben marien chemicus. Ik kijk naar de chemie van de oceanen van nu maar ook naar de chemie van de oceanen in het verleden. Ik kijk terug in de tijd door te werken met de fossiele resten van koralen in de diepzee. Een foto van zo'n koraal zie je achter mij. Het is dichtbij Antarctica omhoog gehaald van een diepte van duizenden meters, dus heel anders dan de koralen die je met een beetje geluk op vakantie in de tropen te zien krijgt.
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.
Ik hoop dat je door mijn verhaal de oceaan in 4 dimensies gaat zien. Dit is een prachtig tweedimensionaal beeld van de watertemperatuur aan het zee-oppervlak. Het is een satellietfoto met zeer hoge resolutie. De globale kenmerken haal je er zo uit. De equatoriale zones zijn warm omdat daar meer zonlicht is. Bij de polen is het water koud: daar is minder zonlicht. Daardoor zijn er grote ijskappen ontstaan op Antarctica en hoog op het noordelijk halfrond. Als je diep duikt of zelfs alleen maar met je tenen voelt, merk je: hoe dieper je komt, hoe kouder het wordt en dat komt vooral doordat het water op grote diepte in de oceaan afkomstig is uit de poolstreken waar de waterdichtheid groter is.
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.
20.000 jaar geleden zag de aarde er heel anders uit. En ik heb schematisch een van de grote verschillen geschetst die je ziet als je zover teruggaat in de tijd. De ijskappen waren veel groter. Ze bedekten een groot deel van de continenten en de oceanen. Het zeeniveau was 120 m lager. Het CO2-niveau lag veel lager dan nu. Globaal gezien was de aarde waarschijnlijk 3-5 graden kouder en in de poolstreken was het nog veel, veel kouder.
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.
Ik probeer te begrijpen, samen met mijn collega's, hoe we zijn terechtgekomen vanuit dat koude klimaat in het warme klimaat dat we nu zo lekker vinden. Uit het onderzoek aan ijskernen bleek dat die opwarming niet geleidelijk ging, wat je wel zou verwachten bij langzaam toenemende zonnestraling. En dit zien we aan de ijskernen, want als je in het ijs boort zie je per jaar gevormde lagen. Dat kun je ook aan ijsbergen zien. Hier zie je die blauw-witte lagen. In de ijskernen is gas ingesloten, daardoor kunnen we het CO2 meten. Zo weten we dat het CO2-niveau vroeger lager lag. De chemie van het ijs zegt ook iets over de temperatuur in de poolstreken. En als je dan de reis onderneemt van 20.000 jaar terug naar onze tijd, zie je dat het warmer is geworden. Het tempo was niet steeds gelijk. Soms werd het snel warmer, dan was er een plateau waarna het weer snel ging. Er was verschil tussen de twee poolstreken en ook de toename van CO2 verliep sprongsgewijs.
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.
We weten vrij zeker dat de oceaan hier een grote rol in speelde. De hoeveelheid koolstof in de oceaan is enorm 60 keer zo groot als in de atmosfeer. De oceaan transporteert ook warmte over de evenaar, ze is vol voedingsstoffen en bepaalt de primaire productiviteit.
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.
Als we dus willen weten wat er in de diepzee gebeurt, moeten we daarheen afdalen om ter plekke waarnemingen te doen. Dit zijn spectaculaire filmbeelden van een onderzeese berg, een kilometer diep in internationale wateren, midden in de Atlantische oceaan bij de evenaar. Jullie horen bij de eersten die dit stukje zeebodem zien, samen met mijn onderzoeksteam. Of dit onbekende soorten zijn, weten we niet. Daarvoor moet je verzamelen en flink aan de slag met determineren. Je ziet prachtige zachte koraalsoorten, en slangsterren die op deze koralen leven. Die lijken op tentakels die uit de koralen naar buiten steken. Er zijn koralen met diverse skeletvormen van calciumcarbonaat die groeien op het basalt van deze enorme onderzeese berg, en dat donkere materiaal, dat zijn fossiele koralen. Daar gaan we nu over praten op onze reis terug in de tijd.
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.
Daarvoor moeten we een onderzoeksschip charteren. Dit is de James Cook, een schip voor oceaanonderzoek. Het ligt in Tenerife. Mooi schip hè? Prachtig als je niet zo'n zeeman bent. Soms ziet het er meer zó uit. Hier zijn we bezig om alle kostbare monsters veilig te stellen. Iedereen is druk bezig en ik ben heel erg zeeziek. Het is niet altijd leuk, maar over het geheel genomen wel.
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.
Voor dit werk moet je goed leren hoe je kaarten maakt. Zulke spectaculaire aantallen koralen zie je niet overal. Wel overal ter wereld in de diepzee, maar je moet wel de plekken weten te vinden. We zagen zojuist een wereldkaart waarop onze route stond aangegeven van vorig jaar. Dat was een tocht van 7 weken en hier zie je onze zelfgemaakte kaarten van 75.000 km2 zeebodem, in zeven weken gemaakt, en dat is maar een piepklein stukje zeebodem. We trekken van west naar oost, een traject dat op een overzichtskaart weinig bijzonderheden vertoont, maar er zijn daar bergen zo hoog als de Mount Everest. De kaarten die we aan boord maken hebben een resolutie van zo'n 100 meter: dat is genoeg om te bepalen waar we aan de slag kunnen maar niet genoeg om veel te kunnen zien. Daarvoor zijn onderwater-robots nodig die 5 m boven de zeebodem kunnen zweven. Daarmee kunnen we kaarten maken met een resolutie van één meter, en dat op dieptes van duizenden meters. Hier zie je zo'n onderwater-robot geschikt voor onderzoeksdoeleinden. Bovenaan zie je een rij sterke lampen. Er zijn high-definitioncamera's en robotarmen op gemonteerd en allerlei kleine opbergruimtes voor de monsters.
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.
Dit is de eerste duik die we op deze reis hebben gedaan, hier dalen we af in de oceaan. We dalen vrij snel om ervoor te zorgen dat de onderwaterrobot geen last heeft van andere schepen. We gaan naar beneden en dit is wat je te zien krijgt. Dit zijn diepzeesponzen, ongeveer een meter groot. Dit is een zwemmende holothurie, een klein formaat zeeslak, vertraagd afgespeeld. Het meeste materiaal draai ik juist versneld af omdat het allemaal heel traag beweegt. Dit is ook een prachtige holothurie. En het dier dat nu aan komt zwemmen was een grote verrassing. Zoiets had ik nog nooit gezien en wij waren allemaal verrast. We hadden er zo'n 15 uren werk opzitten en wilden dolgraag iets filmen, en toen kwam plotseling dit enorme zeemonster langsrollen. Dit is een pyrosoom, oftewel een tunicatenkolonie. Hier waren we niet op uit, wij zochten naar koralen, diepzeekoralen. Dadelijk krijg je er een te zien. Dit is een kleintje, zo'n 5 cm hoog, opgebouwd uit calciumcarbonaat. Je ziet zijn tentakels met de stroming meebewegen. Een dier als dit wordt waarschijnlijk 100 jaar oud. Bij de groei neemt het uit het water chemische stoffen op. Welke stoffen dat zijn en hoeveel van elk, hangt af van de temperatuur, van de pH en van de voedingsstoffen. Als we doorhebben hoe deze stoffen in hun skelet worden opgenomen kunnen we terug gaan, fossielen verzamelen en reconstrueren hoe de oceaan er in het verleden heeft uitgezien. Hier zijn we bezig een koraal op te zuigen om het in een monsterbak te doen. We doen dat voorzichtig, zeg ik erbij.
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.
Sommige organismen worden nog ouder. Dit is een zwart koraal, Leiopathes. De foto is genomen door mijn collega Brendan Roark, bij Hawaï, op een diepte van 500 m. Vierduizend jaar is heel lang. Je kunt een takje van zo'n koraal polijsten. Dit stukje is 100 micrometer breed. Brendan heeft analyses gedaan aan deze koralen -- je kunt de merktekens zien -- en hij heeft kunnen aantonen dat dit jaarringen zijn, dus zelfs op een diepte van 500 m kan koraal seizoenswisselingen vastleggen, wat nogal spectaculair is.
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.
Maar 4000 jaar brengt ons nog niet terug tot de piek van de laatste ijstijd. Wat moeten we dan doen? We stappen over naar de fossiele koralen. Nu vindt mijn onderzoeksteam mij niet meer zo aardig. Maar we gaan door. Er zijn overal reusachtige haaien, er zitten pyrosomen, er zwemmen holothuries, er leven enorme sponzen, maar ik stuur ze naar beneden naar die dode fossielen en laat ze dag in dag uit de zeebodem afstropen. We verzamelen al die koralen, we halen ze naar boven en sorteren ze. Maar ze verschillen allemaal in ouderdom. Als we ze kunnen dateren en die chemische signalen kunnen meten, kunnen we erachter komen wat er in het verleden in de oceaan is gebeurd.
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.
Hier zien we aan de linkerkant een plakje uit een koraal, heel zorgvuldig gepolijst en gefotografeerd. Aan de rechterkant zie je datzelfde stukje koraal, bestraald in een kernreactor voor kernsplijting. Overal waar verval is geweest is dat zichtbaar in het koraal, aan de verdeling van het uranium. Waarom doen we dit? Uranium wordt niet hoog aangeslagen, maar ik ben er dol op. Uit het verval leiden we het tempo en de datering af van wat er in de oceaan gebeurt. Zoals ik eerder al zei, zijn we daarnaar op zoek in ons onderzoek naar het klimaat. We bepalen de hoeveelheden uranium en thorium, een dochterproduct, in deze koralen en daarmee bepalen we hoe oud de fossielen precies zijn.
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.
Met deze animatie van de Zuidelijke Oceaan laat ik zien hoe we deze koralen gebruiken om de oude geschiedenis van de oceaan te achterhalen. Je ziet hier de dichtheid van het oppervlaktewater in een animatie van Ryan Abernathey. De gegevens beslaan maar één jaar, maar laten zien hoe dynamisch de Zuidelijke Oceaan is. De intensieve menging vooral in de Drake Passage, het gebied binnen de zwarte lijn, is één van de sterkste zeestromingen op aarde, die hier van west naar oost stroomt. Die vermenging is erg turbulent vanwege de enorme onderzeese bergen. En daardoor kunnen zeewater en atmosfeer CO2 en warmte uitwisselen. Zo 'ademen' de oceanen door de Zuidelijke Oceaan. We hebben koralen verzameld aan beide kanten van deze passage en mijn uraniumdatering heeft iets verrassends opgeleverd: de koralen zijn noordwaarts geëmigreerd tijdens de overgang van het glaciaal naar het interglaciaal. We weten de oorzaak niet maar we denken aan de voedselbronnen en misschien de zuurstof in het water.
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.
Op dit punt zitten we. Wat weten we nu over het klimaat door de studie van die zuidelijke koralen? We hebben onderzeese bergen afgestroopt, fossiele koralen verzameld, zie hier mijn illustratie. In de ijstijd, zo denken we nu we de koralen hebben geanalyseerd, was de Zuidelijke Oceaan in de diepte erg rijk aan koolstof afgedekt door een laag water van geringere dichtheid, die het CO2 tegenhield zodat het niet in de atmosfeer kwam. Minder oude koralen toonden ons dat door de klimaatverandering het water deels vermengd was geraakt. Daardoor is er koolstof naar boven gekomen. En als we recentere koralen analyseren of koralen van nu naar boven halen en de chemische samenstelling bepalen, zien we dat koolstof in de oceaan kan worden opgenomen of afgestaan. Zo kunnen we fossiele koralen gebruiken om meer te leren over ons milieu.
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.
Ik laat jullie nog één plaatje zien: een beeld uit het eerste filmpje dat ik jullie heb laten zien. Dit is een spectaculaire koralentuin. We hadden niet verwacht zulke mooie dingen te vinden op dieptes van duizenden meters. Er zijn daar nieuwe soorten. Het is gewoon een prachtige plek. Er zitten fossielen tussen. Je hebt nu geleerd de fossiele koralen die daar beneden zijn te waarderen.
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.
Wanneer je weer eens het geluk hebt over de oceaan te vliegen of over de oceaan te varen, bedenk dan dat daar beneden gigantische bergen zijn die niemand ooit gezien heeft, en dat er prachtige koralen zijn.
Thank you.
Dankjewel.
(Applause)
(Applaus)