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.
Sou oceanógrafa química. Olho para a química do oceano no presente. Olho para a química do oceano no passado. A forma como olho para o passado é utilizando os restos fossilizados de corais de águas profundas. Podem ver uma imagem de um destes corais atrás de mim. Foi recolhido perto da Antárctida, milhares de metros abaixo do nível do mar, portanto, é muito diferente do tipo de corais que podem ter tido a sorte de ver se foram de férias para um destino tropical.
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.
Espero que esta apresentação vos dê uma visão do oceano a quatro dimensões. Duas dimensões, como esta bela imagem bidimensional da temperatura à superfície do mar. Esta foi tirada usando um satélite, por isso, tem imensa resolução espacial. As características globais são extremamente fáceis de compreender. As regiões equatoriais são quentes porque há mais luz do sol. As regiões polares são frias porque há menos luz do sol. Isto permite que se acumulem grandes calotes de gelo na Antárctida e no topo do Hemisfério Norte. Se mergulharmos profundamente no mar, ou mesmo se molharmos os dedos dos pés, sabemos que fica mais frio à medida que descemos, sobretudo porque as águas profundas que enchem as zonas abissais do oceano provêm das regiões polares frias, nas quais as águas são densas.
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.
Se recuássemos 20 000 anos no tempo, a Terra teria um aspecto muito diferente. E só vos dei uma versão animada de uma das principais diferenças que teriam visto se recuássemos tanto. As calotes de gelo eram muito maiores. Cobriam grande parte do continente e estendiam-se sobre o oceano. O nível do mar era 120 metros mais baixo. Os níveis de dióxido de carbono eram muito mais baixos do que hoje. A Terra era provavelmente três a cinco graus mais fria no geral, e muito, muito mais fria nas regiões polares.
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.
O que estou a tentar perceber, e o que outros colegas meus estão a tentar perceber, foi como passámos dessa situação de um clima frio para a situação de clima quente que temos hoje. Sabemos, da investigação de amostras de gelo que a transição destas situações frias para situações quentes não foi suave, como se poderia prever por um aumento lento na radiação solar. Sabemos isto a partir das amostras de gelo porque, se perfurarmos o gelo, encontramos bandas anuais de gelo e podemos ver isso no icebergue. Podemos ver estas camadas de azul-branco. Os gases ficam presos nas amostras de gelo e podemos medir o CO2 — é assim que sabemos que o nível de CO2 era menor no passado. A química do gelo também nos conta como era a temperatura nas regiões polares. E se avançarmos de há 20 000 anos para os dias de hoje, vemos que a temperatura aumentou. Não aumentou suavemente. Às vezes aumentou muito rapidamente, depois estabilizou, depois aumentou rapidamente. Foi diferente nas duas regiões polares, e o CO2 também aumentou aos saltos.
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.
Temos bastante certeza de que o oceano tem muito a ver com isto. O oceano armazena enormes quantidades de carbono, cerca de 60 vezes mais do que está presente na atmosfera. Também actua para transportar calor ao longo do Equador, e o oceano está cheio de nutrientes e controla a produtividade primária.
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.
Se quisermos descobrir o que se passa no oceano profundo, precisamos de descer até lá, ver o que há lá e começar a explorar. Estas são imagens espectaculares de uma montanha submarina a cerca de 1 km de profundidade em águas internacionais no Atlântico equatorial, longe de terra. Vocês são das primeiras pessoas a ver este pedaço do fundo marinho, juntamente com a minha equipa de investigação. Provavelmente estão a ver espécies novas. Não sabemos. Teríamos de colher as amostras e fazer uma taxonomia muito intensa. Podem ver belas gorgónias. Há ofiúros a crescer nestes corais. São coisas que parecem tentáculos a sair dos corais. Há corais que são feitos de diferentes formas de carbonato de cálcio que crescem a partir do basalto nesta enorme montanha submarina. Estas coisas escuras são corais fossilizados, e já vamos falar um pouco mais sobre eles à medida que recuamos no tempo.
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.
Para fazer isso, temos de arranjar um navio de investigação. Este é o James Cook, um navio oceanográfico ancorado em Tenerife. É lindo, não é? É óptimo, se não tiverem pés de marinheiro. Às vezes o aspecto é mais assim. Aqui somos nós a tentar garantir que não perdemos amostras preciosas. Está toda a gente a correr de um lado para o outro e eu enjoo imenso, por isso, nem sempre é muito divertido, mas no geral é.
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.
Temos de nos tornar muito bons cartógrafos para fazer isto. Não vemos este tipo de abundância espectacular de corais em todo o lado. É global e é profundo, mas precisamos de encontrar mesmo os sítios certos. Vimos agora um mapa global e tinha sobreposto o nosso percurso do ano passado. Foi uma expedição de sete semanas, e aqui estamos nós, tendo feito os nossos próprios mapas de cerca de 75 000 quilómetros quadrados de fundo marinho em sete semanas, o que é uma ínfima fracção do fundo marinho. Estamos a viajar de oeste para leste, numa parte do oceano que não teria nada a assinalar num mapa a grande escala, mas algumas destas montanhas são tão altas quanto o Everest. Com os mapas que fazemos a bordo, atingimos uma resolução de cerca de 100 metros, o suficiente para escolher áreas para lançar o equipamento, mas não o suficiente para vermos muito. Para isso, precisamos de enviar veículos não tripulados até cerca de cinco metros acima do fundo marinho. Se fizermos isso, obtemos mapas com resolução de um metro a milhares de metros de profundidade. Aqui está um veículo não tripulado (ROV), um veículo próprio para investigação. Podem ver uma série de luzes grandes na parte de cima. Há câmaras de alta definição, braços de manipulação, e uma data de caixinhas e coisas para pôr as nossas amostras.
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.
Aqui estamos nós no nosso primeiro mergulho desta expedição em particular, a mergulhar bem fundo no oceano. Vamos bastante depressa para garantir que os ROV não são afectados por nenhuns outros navios. Descemos e aqui está o tipo de coisas que se vêem. Estas são esponjas do oceano profundo, à escala de um metro. Aqui está uma holotúria nadadora — basicamente é uma lesma-do-mar pequena. Aqui está em câmara lenta. A maior parte dos vídeos está acelerada, porque tudo isto leva muito tempo. Aqui está também uma bela holotúria. Este animal que vão ver a aparecer foi uma grande surpresa. Nunca tinha visto nada assim e surpreendeu-nos a todos. Isto já foi após 15 horas de trabalho e já estávamos bem rápidos no gatilho, e de repente este monstro marinho gigante começou a rolar ali ao lado. Chama-se um pirossoma, ou um tunicado colonial, se quiserem. Não era disto que estávamos à procura. Estávamos à procura de corais, corais do oceano profundo. Vão ver uma imagem de um já a seguir. É pequeno, tem uns cinco centímetros de altura. É feito de carbonato de cálcio e podem ver os tentáculos aqui, ao sabor das correntes do oceano. Um organismo assim vive provavelmente uns cem anos. Á medida que cresce vai captando substâncias químicas do oceano. E as substâncias, ou a quantidade de substâncias, dependem da temperatura; dependem do pH, dependem dos nutrientes. Se conseguirmos compreender como são incorporadas no esqueleto, podemos voltar, colher exemplares fósseis, e reconstruir o aspecto do oceano no passado. Aqui podem ver-nos a colher este coral com um sistema de vácuo, e a colocá-lo no recipiente de amostras. Fazemos isto com muito cuidado, devo acrescentar.
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.
Alguns destes organismos vivem até mais tempo. Este é um coral preto chamado Leiopathes, uma imagem captada pelo meu colega, Brendan Roark, a cerca de 500 metros de profundidade no Havai. Quatro mil anos é muito tempo. Se pegarmos num ramo de um destes corais e o polirmos, isto são cerca de 100 micrómetros de diâmetro. O Brendan fez algumas análises ao longo deste coral — podem ver as marcas — e conseguiu mostrar que, na verdade, estas são bandas anuais, portanto, mesmo a 500 metros de profundidade, os corais conseguem registar as alterações sazonais, o que é mesmo espectacular.
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.
Mas 4000 anos não é suficiente para nos levar ao nosso último máximo glaciar. Então, o que fazemos? Procuramos estes exemplares fósseis. Isto é o que me torna muito impopular junto da minha equipa de investigação. Vamos andando, há tubarões gigantes por todo o lado, há pirossomas, há holotúrias nadadoras, há esponjas gigantes, mas eu faço toda a gente descer até estas áreas de fósseis mortos e passar tempos infinitos a revolver o fundo marinho. Apanhamos estes corais, trazemo-los, identificamo-los. Mas cada um destes tem uma idade diferente, e se conseguirmos descobrir quantos anos têm e depois conseguirmos medir estes sinais químicos, isso ajuda-nos a descobrir o que se passou no oceano no passado.
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.
Portanto, aqui na imagem à esquerda cortei uma fatia de um coral, poli-o com muito cuidado e captei uma imagem óptica. Do lado direito, peguei no mesmo pedaço de coral, pu-lo num reactor nuclear, induzi a fissão, e de cada vez que há um decaimento podem vê-lo marcado no coral e podemos ver a distribuição do urânio. Porque estamos a fazer isto? O urânio é um elemento de fama muito duvidosa, mas eu adoro-o. O decaimento ajuda-nos a descobrir as taxas e as datas do que se passa no oceano. Recordando o que disse ao início, é isso que pretendemos quando estamos a pensar no clima. Então usamos um laser para analisar o urânio e um dos produtos-filho, o tório, nestes corais, e isso diz-nos exactamente qual a idade dos fósseis.
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.
Vou usar esta bela animação do Oceano Antárctico, só para ilustrar como estamos a usar estes corais para chegar a alguns "feedbacks" do oceano antigo. Podem ver a densidade da água superficial nesta animação do Ryan Abernathey. É só um ano de dados, mas podem ver como o Oceano Antárctico é dinâmico. A mistura intensa, sobretudo no Estreito de Drake, que está assinalada no rectângulo, é realmente uma das correntes mais fortes do mundo e passa por aqui, indo de oeste para leste. A mistura é muito turbulenta, porque está a deslocar-se sobre estas enormes montanhas submarinas, e isto permite que haja trocas de CO2 e de calor com a atmosfera. Essencialmente, os oceanos estão a respirar através do Oceano Antárctico. Recolhemos corais, para trás e para a frente, através deste estreito do Antárctico e descobrimos algo surpreendente com a minha datação com urânio: os corais migraram de sul para norte durante esta transição do glacial para o interglacial. Não sabemos bem porquê, mas achamos que terá a ver com as fontes de alimento e talvez com o oxigénio na água.
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.
Aqui temos. Vou ilustrar o que acho que descobrimos sobre o clima a partir dos corais do Oceano Antárctico. Subimos e descemos montanhas submarinas. Recolhemos pequenos corais fósseis. Aqui está a minha ilustração disso. Achamos que, na era glacial, a partir da análise que fizemos dos corais, a parte profunda do Oceano Antárctico era muito rica em carbono e havia uma camada de baixa densidade estagnada na parte superior. Isso impede que o dióxido de carbono saia do oceano. Depois encontrámos corais de idade intermédia, e eles mostram uma mistura parcial do oceano ao longo da transição climática. Isso permite que o carbono saia do oceano profundo. E depois se analisarmos corais mais próximos dos dias de hoje, ou se mergulharmos até lá hoje e medirmos a química dos corais, vemos que passamos para uma posição na qual pode haver trocas de carbono. É assim que podemos usar corais fósseis para nos ajudar a saber mais sobre o ambiente.
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.
Queria deixar-vos com esta última imagem. É uma imagem parada da primeira filmagem que vos mostrei. É um jardim de coral espectacular. Nem sequer esperávamos encontrar coisas tão bonitas. Está a milhares de metros de profundidade. Há espécies novas. É um sítio simplesmente lindo. Há fósseis ali misturados, e agora já vos treinei para apreciarem os corais fósseis que há ali no fundo.
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.
Da próxima vez que tiverem a sorte de sobrevoar o oceano, ou de navegar no oceano, pensem — há montanhas submarinas maciças ali em baixo que nunca ninguém viu e há corais lindíssimos.
Thank you.
Obrigada.
(Applause)
(Aplausos)