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.
Jestem badaczem chemii morza. Badam zarówno obecną chemię mórz, jak i tę z przeszłości. W przeszłość cofam się dzięki skamieniałym pozostałościom głębinowych korali. Za mną znajduje się zdjęcie jednego z takich korali. Został on pobrany blisko Antarktyki, tysiące metrów pod wodą, dlatego jest tak różny od tych korali, które przy odrobinie szczęścia moglicie zobaczyć na wakacjach.
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.
Mam nadzieję, że dzięki tej prelekcji spojrzycie na oceany w czterech wymiarach. Dwa wymiary, jak ten piękny dwuwymiarowy obraz temperatury powierzchni morza. To zdjęcie z satelity, więc ma niesamowitą rozdzielczość. Ogólne cechy można bardzo łatwo zrozumieć. Okolice równika są ciepłe, bo dostają więcej światła słonecznego. Regiony polarne są zimne, bo dostają mniej światła. Pozwala to tworzyć duże czapy lodowe na Antarktydzie i na półkuli północnej. Jeśli zanurzycie się głęboko w morzu, albo chociaż zanurzycie w nim stopę, poczujecie, że im głębiej, tym jest zimniejsze. Jest tak, ponieważ głębsze warstwy wody które wypełniają głębiny oceanów pochodzą z zimnych regionów polarnych, w których woda jest gęsta.
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.
Jeśli cofniemy się w czasie o 20 tysięcy lat, zobaczymy, że Ziemia wyglądała zupełnie inaczej. Pokazałam wam tylko uproszczoną wersję jednej z głównych różnic, którą można dostrzec, cofając się tak daleko. Czapy lodowe były o wiele większe. Pokrywały one większość kontynentu, i wychodziły w morze. Poziom mórz był o 120 m niższy. Poziom dwutlenku węgla był o wiele niższy niż dzisiaj. Ziemia była przypuszczalnie ogólnie trzy do pięciu stopni zimniejsza i o wiele zimniejsza w rejonach polarnych.
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.
Wraz ze współpracownikami próbujemy zrozumieć, jak nastąpiła przemiana tego zimnego klimatu w ciepły, którym możemy się cieszyć dzisiaj. Z badań rdzeni lodowych wiemy, że zmiana z tych zimnych warunków na ciepłe nie była płynna, jak można by przewidzieć na podstawie powolnego wzrostu promieniowania słonecznego. Wiemy to dzięki rdzeniom lodowym. Wwiercając się w lód, wydobywamy warstwy roczne lodu, jak w tej górze lodowej. Możecie zobaczyć biało-niebieskie warstwy. W rdzeniach uwięzione są gazy, więc możemy zmierzyć zawartość CO2. Stąd wiemy, że kiedyś poziom CO2 był niższy. Skład chemiczny lodu mówi nam też o temperaturze stref podbiegunowych. Kiedy przemieszczamy się w czasie od 20 tysięcy lat temu do dziś, widzimy, że ta temperatura wzrosła. Nie wzrosła ona stopniowo. Czasem wzrastała bardzo gwałtownie, potem była stabilna, potem wzrastała gwałtownie. Było inaczej w dwóch strefach podbiegunowych, CO2 wzrastał skokowo.
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.
Dlatego jesteśmy całkiem pewni, że ocean miał z tym wiele wspólnego. Ocean przechowuje wielkie ilości węgla, około 60 razy więcej niż atmosfera. Transportuje też ciepło wzdłuż równika, jest pełen składników odżywczych i kontroluje produkcję pierwotną.
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.
Dlatego jeśli chcemy się dowiedzieć, co dzieje się w głębi oceanu, naprawdę musimy się tam zapuścić, zobaczyć, co tam jest i zacząć go badać. Oto widowiskowy materiał z podwodnej góry na około kilometrze głębokości wód międzynarodowych równikowego Atlantyku, daleko od lądu. Jesteście jednymi z pierwszych ludzi, którzy widzą ten obszar dna, zaraz po mojej grupie badawczej. Może widzicie nowe gatunki. Kto wie. Trzeba zebrać próbki i zająć się intensywnie systematyką. Widzicie tu piękną kukurydzę morską. Rosną na nich wężowidła. Wyglądają jak macki wychodzące z koralowca. Niektóre koralowce składają się z różnych form węglanu wapnia i wyrastają z bazaltu tej wielkiej podwodnej góry. A te ciemne obiekty to skamieniałe koralowce. Dowiemy się o nich więcej, kiedy cofniemy się w czasie.
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.
W tym celu musimy wyczarterować statek badawczy. To James Cook, statek badawczy klasy oceanicznej zacumowany na Teneryfie. Jest piękny, prawda? Świetny, ale jeśli nie jesteś świetnym marynarzem, czasem wygląda tak. To my, kiedy staramy się nie stracić cennych próbek. Wszyscy biegają dookoła, ja mam straszną chorobę morską, więc to nie zawsze świetna zabawa, chociaż na ogół tak.
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.
Musieliśmy stać się dobrymi kartografami. Nie wszędzie można spotkać taką obfitość koralowców. Są na całym świecie, są głęboko, ale naprawdę musimy znaleźć właściwe miejsca. Widzieliśmy właśnie mapę świata z naniesioną trasą naszego rejsu w zeszłym roku. Trwał on siedem tygodni. Sami zrobiliśmy te mapy, jakieś 75 tysięcy kilometrów kwadratowych dna oceanu w 7 tygodni, a to tylko mały wycinek dna oceanu. Podróżujemy z zachodu na wschód po części oceanu, która wydaje się nijaka w dużej skali, jednak są tam góry wielkie jak Everest. Na mapach, które robimy na pokładzie osiągamy stumetrową rozdzielczość, wystarczającą, żeby wyłapać obszary do rozmieszczenia sprzętu, ale nie dość dużą, by móc coś zobaczyć. W tym celu musimy wysłać zdalnie sterowane maszyny jakieś pięć metrów ponad dno. Dzięki temu mamy mapy o średnicy metra i tysiące metrów w głąb. Tu widzimy zdalnie sterowany statek, podwodny statek badawczy. Jest na nim szereg wielkich świateł, są wysokiej jakości kamery, wysięgniki i mnóstwo pudełeczek i fiolek na próbki.
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.
To my podczas pierwszego zanurzenia w czasie tego rejsu, zanurzamy się w głębię oceanu. Robimy to dość szybko, żeby inne statki nie zakłóciły działania statków badawczych. Zanurzamy się i to są widoki, których możecie się tam spodziewać. To są gąbki, metrowej wielkości. To pływająca strzykwa, w zasadzie mały ślimak morski. Obraz jest spowolniony. Większość nagrań jest przyśpieszona, bo wszystko zajmuje dużo czasu. To znów piękna strzykwa. Zwierzę, które zaraz nadpłynie było dużą niespodzianką. Nigdy czegoś takiego nie widziałam i spotkało nas to znienacka. Było to po 15 godzinach pracy i wszyscy byliśmy trochę narwani, i nagle ten ogromny potwór morski zaczął się zbliżać. To pyrosomida, inaczej kolonijna forma osłonicy. To nie tego szukaliśmy. Szukaliśmy głębinowych koralowców. Za chwilę zobaczycie jednego na zdjęciu. Jest mały, ma jakieś 5 cm wysokości. Składa się z węglanu wapnia, a tu są jego macki, poruszające się z prądem oceanu. Taki organizm prawdopodobnie żyje około stu lat. Kiedy rośnie, wchłania chemikalia z oceanu. Ilość tych chemikaliów zależy od temperatury, zależy od pH, od składników odżywczych. Jeśli uda nam się zrozumieć, jak wnikają one w szkielet, możemy się cofnąc, zebrać skamieliny i odtworzyć wygląd oceanu z przeszłości. Tu widzicie jak zbieramy te koralowce przy pomocy systemu próżniowego i wkładamy do pojemników. Robimy to bardzo ostrożnie.
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.
Niektóre z tych organizmów żyją jeszcze dłużej. To czarny koralowiec, Leiopathes, na zdjęciu mojego kolegi Brendana Roarka, około 500 m pod Hawajami. Cztery tysiące lat to bardzo długo. Jeśli przyjrzymy się gałązce takiego koralowca... to ma około 100 mikronów szerokości. Brendan przeprowadził analizy tego koralowca, widzicie zaznaczenia, i udało mu się pokazać, że są to roczne przyrosty, więc nawet 500 m w głąb oceanu koralowce mogą rejestrować sezonowe zmiany, to dość imponujące.
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.
Ale 4 tysiące lat nie wystarczy, byśmy mogli cofnąć się do ostatniego zlodowacenia. Co w związku z tym? Sięgamy po skamieliny. Mój zespół badawczy niezbyt mnie przez to lubi. Wszędzie są ogromne rekiny, pyrosomidy, pływające strzykwy, wielkie gąbki, a ja zmuszam wszystkich do zanurzenia się na obszary martwych skamielin i spędzania całych wieków na przekopywaniu dna. Zabieramy te koralowce ze sobą i porządkujemy. Każdy z nich jest w innym wieku, więc jeśli dowiemy się, w jakim, możemy zmierzyć chemiczne sygnały, które pomogą nam zrozumieć co działo się w przeszłości w oceanie.
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.
Po lewej widzicie przekrój koralowca, starannie go wypolerowałam i sfotografowałam. Po prawej ten sam fragment umieściliśmy w reaktorze jądrowym, zapoczątkowaliśmy rozszczep i za każdym razem, kiedy następuje rozpad, widać go w przekroju, więc widzimy rozmieszczenie uranu. Po co to robimy? Uran jest pierwiastkiem o złej sławie, ale go uwielbiam. Rozpad pomaga nam poznać współczynniki i daty tego, co dzieje się w oceanie. Może pamiętacie ze wstępu, do tego chcemy dojść, myśląc o klimacie. Używamy lasera do analizy uranu i jednego z jego produktów, toru, w koralowcach. Pozwala nam to dokładnie określić wiek skamielin.
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.
Przy pomocy tej pięknej animacji Oceanu Południowego chcę zilustrować, jak używamy koralowców żeby dojść do pradawnych informacji o oceanie. Na tej animacji Ryana Abernathey'a widzicie gęstość wód powierzchniowych. To tylko rok danych, a już widać, jak dynamiczny jest Ocean Południowy. To zawirowanie zaznaczone prostokątem, Cieśnina Drake'a, to jeden z najsilniejszych prądów oceanicznych świata, przepływający z zachodu na wschód. Jest bardzo wzburzony, bo przemieszcza się nad tymi wielkimi górami podwodnymi. Pozwala to na wymianę CO2 i ciepła z atmosferą. W zasadzie oceany oddychają przez Ocean Południowy. Zebraliśmy koralowce na całym obszarze tej antarktycznej cieśniny i znaleźliśmy coś zaskakującego przez moje datowanie uranowe: koralowce migrowały z południa na północ podczas regresji z glacjału do interglacjału. Nie do końca wiemy, dlaczego, ale być może ma to związek ze źródłem pożywienia lub zawartością tlenu w wodzie.
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.
Postaram się zilustrować czego dowiedzieliśmy się o klimacie dzięki koralowcom z Oceanu Południowego. Przemierzyliśmy podwodne góry, zebraliśmy malutkie skamieniałe koralowce. Tak to zilustrowałam. Z analizy koralowców wynika, że podczas glacjału obszar w głębi Oceanu Południowego był bardzo bogaty w węgiel a wierzchnia warstwa miała małą gęstość. To powstrzymuje dwutlenek węgla przed ucieczką z oceanu. Koralowce w średnim wieku pokazały nam, że ocean wymieszał się częściowo podczas zmiany klimatu. To pozwala węglowi wydostać się z głębin. Kiedy analizujemy koralowce bardziej współczesne, albo po prostu teraz tam się udamy i zbadamy chemię koralowców, zobaczymy, że zbliżamy się do momentu, kiedy wymiana węgla jest możliwa. W ten sposób skamieniałości koralowców pomagają nam zrozumieć środowisko.
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.
Chcę was zostawić z tym ostatnim slajdem. To ujęcie z nagrania, które wam pokazywałam. To piękny ogród koralowców. Nie spodziewaliśmy się nawet, że znajdziemy rzeczy tak piękne. To głębokość tysięcy metrów. Są tam nowe gatunki. To po prostu piękne miejsce. Są tam skamieniałości, nauczyłam was doceniać skamieniałe koralowce, które można tam znaleźć.
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.
Następnym razem, kiedy będziecie mieć szczęście lecieć nad oceanem lub żeglować przez ocean, pomyślcie - pod wodą są ogromne góry, których nikt przedtem nie widział, a tam piękne koralowce.
Thank you.
Dziękuję.
(Applause)
(Brawa)