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.
Я химик-океанолог. Я изучаю химические процессы в океане, которые происходят там сейчас и происходили в нём в прошлом. Для того, чтобы заглянуть в прошлое, я исследую окаменелости глубоководных кораллов. За моей спиной вы видите изображение такого коралла. Его нашли вблизи Антарктиды на глубине нескольких тысяч метров. Этот коралл очень отличается от тех, которые вы, возможно, видели в тропических морях во время отпуска.
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.
Сегодня я надеюсь представить вам четырехмерную картину океана. Два измерения — как это прекрасное двухмерное изображение температуры поверхности воды. Сделанное со спутника, оно имеет высокое пространственное разрешение. Общая картина совершенно ясна. В экваториальных регионах тепло, потому что там много солнечного света. Полярные регионы холоднее, потому что там меньше солнца. Это способствует формированию ледникового покрова Антарктиды и Северного полюса. Погрузившись на глубину или просто зайдя в воду, вы понимаете: чем глубже, тем холоднее. Это связано с тем, что вода на большой глубине приходит из полярных районов, где её плотность очень велика.
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.
Если мы вернёмся на 20 000 лет назад, мы увидим, что в то время Земля выглядела иначе. На этом рисунке показано, что бы мы увидели, если бы вернулись в прошлое. Главное отличие состояло в размере ледникового покрова. Лёд покрывал большýю часть суши и распространялся на океан. Уровень моря был ниже на 120 метров, углекислого газа в атмосфере было намного меньше. В целом температура на Земле была от 3 до 5 градусов ниже, а в приполярных регионах было гораздо холоднее.
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.
Основной вопрос, интересующий меня и моих коллег, — это как такие холодные, суровые условия сменились сегодняшним тёплым климатом? Анализ ледяных кернов показал, что процесс потепления проходил не так уж гладко, как можно было бы предположить, учитывая медленное усиление солнечной радиации. Это подтверждают исследования ледяных кернов: при бурении льда обнаруживаются годовые слои, которые видны на этом айсберге. Вот эти бело-голубые слои. Ледяные керны содержат примеси газов, поэтому мы можем измерить уровень СО2. Так мы узнали, что раньше его уровень был ниже. Исследуя лёд, можно сделать выводы о температуре воздуха в полярных регионах. Сегодня, через 20 000 лет, мы видим, что температура повысилась, но повышалась она неравномерно. Иногда она резко подскакивала, затем стабилизировалась, потом снова возрастала, причём по-разному в двух полярных регионах. Уровень углекислого газа также рос скачкáми.
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.
Мы уверены, что не последнюю роль в этом сыграл океан. В его водах много углерода — в 60 раз больше, чем в воздухе. К тому же океан распространяет тепло от экватора к полюсам, он полон питательных веществ и отвечает за первичную продуктивность экосистемы.
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.
Поэтому если мы хотим узнать, что происходит в глубинах океана, мы должны туда спуститься, сами всё увидеть и начать исследовать. Это потрясающие снимки подводной горы, которая находится на глубине 1 км в экваториальной части Атлантики, в открытом море. Члены моей научной группы и вы — первые, кто видит эту часть морского дна. Возможно, перед вами новые виды. Мы не знаем. Чтобы это узнать, нужно собрать образцы и тщательно их классифицировать. Вы видите глубоководные кораллы, на которых растут змеехвостки. Змеехвостки похожи на щупальца, растущие из кораллов. Эти кораллы состоят из различных форм карбоната кальция и формируются на базальте подводной горы. Тёмное — это окаменелые кораллы. К ним мы еще вернёмся во время нашего путешествия о далёкое прошлое.
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.
Для этого нам нужно нанять исследовательский корабль. Это «Джеймс Кук», океанографическое исследовательское судно, швартующееся на Тенерифе. Красивое, правда? И подходит для не очень опытных моряков. Иногда корабль выглядит, скорее, вот так. Это мы пытаемся спасти ценные образцы. Все суетятся, меня ужасно укачивает. Как видите, не всегда всё здóрово, хотя в общем довольно весело.
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.
Чтобы всё получилось, нужно быть хорошим картографом, ведь такое изобилие кораллов найдёшь далеко не везде. Кораллы разбросаны по всему миру на большой глубине, но важно найти подходящие места для исследований. Мы только что видели карту мира, на которой был отмечен наш прошлогодний маршрут. Плавание продлилось 7 недель, в течение которых мы составили свои карты 75 000 квадратных километров морского дна. Это очень небольшой его фрагмент. Мы направляемся с запада на восток, под нами часть океана, которая выглядела бы невыразительно на большой карте, хотя некоторые из этих гор не ниже Эвереста. На борту корабля мы составляем карты со 100-метровым разрешением. Этого достаточно, чтобы выбрать, где разместить оборудование, но мало что можно разглядеть. Для этого нам нужен подводный аппарат, который опускается на глубину 5 метров над уровнем дна. Это позволит нам составить карты дна с разрешением в 1 метр на глубине тысячи метров. Вот подводный телеуправляемый аппарат для проведения исследований. В верхней части находятся осветительные приборы. Есть камеры с высоким разрешением, манипуляторы и множество контейнеров для образцов.
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.
Это наше первое погружение во время того плавания. Мы погружаемся быстро, поскольку должны быть уверены, что нашим устройствам не помешают другие корабли. Мы спускаемся вниз, и вот что мы видим. Вот метровые морские губки, а вот морской огурец — по сути это небольшой морской слизень. Это замедленная съёмка. Бóльшую часть видео я воспроизвожу ускоренно, так как всё происходит очень медленно. Ещё один прекрасный морской огурец. А вот это существо очень нас удивило. Я никогда не видела ничего подобного, оно поразило буквально всех. За плечами было 15 часов напряжённой работы, все были на грани. И вдруг мы увидели это огромное морское чудовище. Это огнетелка или пиросом — как вам больше нравится. Это было не то, что мы искали. Мы искали кораллы, глубоководные кораллы. Сейчас я покажу вам один коралл. Он небольшой, высотой около 5 см. Он состоит из карбоната кальция, вы видите его щупальца, которые шевелятся под действием течений. Такой организм живёт около 100 лет, и по мере того, как он растёт, он поглощает вещества из океана. Количество этих веществ зависит от температуры и кислотности воды, от питательной среды. И если мы поймём, как эти вещества проникают в скелет коралла, то, собрав окаменелые кораллы и исследовав их, мы узнаем, каким океан был в прошлом. Здесь вы видите, как мы берём этот коралл вакуумным устройством и помещаем в контейнер для образцов. Надо сказать, это делается очень аккуратно.
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.
Некоторые из таких организмов живут ещё дольше. Это чёрный коралл, а снимок сделал мой коллега Брендан Рорк на Гавайях на глубине 500 метров. Четыре тысячи лет — долгий срок. Если взять ветку такого коралла и отшлифовать её, её диаметр будет около 100 микрон. Брендан провёл анализ разных фрагментов коралла — вы видите эти отметки, — и ему удалось доказать, что это не что иное как годовые кольца. Так что даже на глубине 500 метров кораллы фиксируют сезонные изменения. Это удивительно.
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.
Но 4 000 лет не хватит, чтобы вернуть нас к последнему ледниковому максимуму. И что же мы делаем? Мы изучаем образцы окаменелых кораллов. Вот за что меня недолюбливают остальные исследователи из моей команды: повсюду огромные акулы, оболочники, морские огурцы, гигантские морские губки, а я заставляю всех спускаться к этим окаменелостям и кучу времени копаться на дне. Мы собираем все эти кораллы, переносим на борт, сортируем. Но все они разного возраста, и если удастся выяснить, сколько им лет, то мы сможем измерить эти химические сигналы и понять, что происходило с океаном в прошлом.
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.
На картинке с левой стороны — сделанное мной оптическое изображение тщательно отполированного среза коралла. С правой стороны — мы поместили тот же фрагмент коралла в ядерный реактор, вызывающий деление, и каждый новый распад отражается на структуре коралла, так что мы видим распределение урана. Зачем мы это делаем? У урана плохая репутация, но я его обожаю. Распад помогает нам узнать скорости и сроки протекания процессов в океане. Как вы помните из начала нашей беседы, именно это нам и нужно для изучения климата. С помощью лазера мы исследуем уран и его дочерний продукт торий, входящие в состав кораллов. Это позволяет нам установить точный возраст кораллов.
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.
Это анимационное изображение Южного океана нужно мне для того, чтобы показать, как мы используем эти кораллы, чтобы получить сведения о древнем океане. Вы видите плотность поверхностных вод на анимации, сделанной Райаном Абернати. Здесь данные всего за один год, но вы видите, как изменчив Южный океан. Интенсивное смешивание, особенно в Проливе Дрейка, обведённого рамкой, является одним из самых мощных течений в мире, которое проходит с запада на восток. Воды смешиваются бурно, так как течение проходит над теми огромными подводными горами, благодаря чему осуществляется обмен теплом и СО2 с атмосферой. Южный океан — лёгкие мирового океана. Мы собрали кораллы вдоль всего пролива, я провела их урановое датирование и пришла к интересному выводу: кораллы мигрировали с юга на север во время перехода от ледникового к межледниковому периоду. Мы не знаем, почему, но предполагаем, что это связано с источником питания и, возможно, с содержанием кислорода в воде.
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.
Проиллюстрирую то, что нам удалось узнать о климате благодаря кораллам Южного океана. Мы исследовали подводные горы. Мы собирали окаменелые кораллы. Вот изображение этого процесса. Анализ кораллов показал, что в ледниковый период вода на глубине Южного океана содержала много углерода, а поверхностные воды имели низкую плотность. Это не позволяло углекислому газу покидать океан. Потом мы нашли кораллы, относящиеся к переходному периоду. Их анализ показывает, что океан частично смешался при смене климата. Это позволяет СО2 покидать глубины океана. При исследовании состава более молодых кораллов или современных кораллов, мы видим, что сегодня между атмосферой и океаном происходит активный обмен CO2. Так с помощью кораллов мы можем больше узнать об окружающей среде.
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.
Последний слайд, который я хочу вам показать. Это кадр из того видео, которое вы уже видели. Это прекрасный коралловый сад. Мы даже не надеялись увидеть такую красоту. Всё это находится на огромной глубине. Там есть новые виды. Это прекрасное место. Там же можно найти окаменевшие кораллы, которые и вы теперь можете по достоинству оценить.
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.
Так что в следующий раз, когда будете лететь над океаном или плыть по нему на корабле, только представьте — под вами огромные подводные горы, которые никто никогда не видел, а на них растут прекрасные кораллы.
Thank you.
Спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)