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.
Tôi là nhà hóa học đại dương. Tôi nhìn vào hóa chất của đại dương ngày nay, và cả trong quá khứ. Khi nhìn về quá khứ bằng cách kiểm chứng tàn tích hóa thạch của rặng san hô dưới đáy. Bạn có thể thấy một trong những san hô phía sau tôi. Nó được lấy gần Nam Cực, sâu hàng ngàn mét dưới đáy biển rất khác biệt so với những loại san hô khác bạn có lẽ đã may mắn thấy nếu bạn đi nghỉ ở xứ nhiệt đới.
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.
Tôi hi vọng rằng bài nói này giúp bạn có cái nhìn 4 chiều về đại dương. 2 chiều, như ảnh 2 chiều xinh đẹp này của nhiệt độ bề mặt nước biển. Bức ảnh được chụp từ vệ tinh, nên nó có độ phân giải không gian rất lớn. Những đặc trưng tổng thể thì cực kì dễ hiểu. Thời tiết ấm ở vùng gần xích đạo vì có nhiều ánh sáng hơn. Lạnh ở vùng địa cực vì có ít ánh sáng hơn. Và điều đó cho phép những chỏm băng lớn hình thành ở Nam Cực và phần trên của bán cầu Bắc. Nếu bạn nhảy xuống biển, hay thậm chí nhấn chân xuống biển, bạn biết đó, càng đi sâu càng lạnh hơn, và phần lớn là vì nước sâu lấp đầy vực thẳm đại dương đến từ những vùng địa cực lạnh lẽo nơi nước đặc hơn.
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.
Nếu chúng ta quay trở về thời điểm 20,000 năm trước, Trái đất trông có vẻ khác nhiều. Tôi chỉ cho bạn xem phiên bản hoạt hình một trong những sự khác biệt bạn sẽ thấy nếu bạn lùi về thời điểm đó. Chỏm băng lớn hơn bây giờ nhiều. Chúng phủ khắp các châu lục, và chúng mở rộng về phía đại dương. Mực nước biển thấp hơn 120 mét. Mức CO2 thì rất thấp so với hiện tại. Nhìn chung, trái đất có lẽ lạnh hơn chừng 3 đến 5 độ, và càng ngày càng lạnh ở những vùng địa cực.
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.
Điều tôi và những đồng nghiệp đang cố gắng hiểu chính là cách chúng ta chuyển từ điều kiện thời tiết lạnh sang điều kiện thời tiết ấm mà chúng ta tận hưởng ngày nay. Chúng ta biết từ việc nghiên cứu lõi băng sự chuyển giao từ điều kiện lạnh sang ấm là không hề suôn sẻ vì bạn có thể dự đoán từ việc tăng chậm trong bức xạ mặt trời. Và chúng ta biết điều này từ lõi băng, vì nếu bạn khoan sâu vào băng, bạn sẽ thấy những vòng băng hàng năm, bạn có thể thấy trong núi băng. Bạn có thể thấy những lớp trắng - xanh này. Khí bị nén trong lõi băng, nên ta đo được lượng CO2 - đó là lí do ta biết lượng CO2 thấp hơn trong quá khứ - và tính chất hóa học của băng cũng cho ta biết về nhiệt độ tại những vùng địa cực. Và nếu bạn chuyển thời gian từ 20.000 năm trước đến thời điểm này, bạn thấy nhiệt độ đã tăng lên. Nó không hề tăng một cách đều đặn. Thỉnh thoảng nó tăng vô cùng nhanh, sau đó bình ổn trở lại, rồi tăng lên nhanh chóng. Điều này xảy ra khác nhau ở hai địa cực, và lượng CO2 cũng tăng lên nhảy vọt.
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.
Nên chúng tôi chắc chắn đại dương có liên quan chuyện này. Đại dương chứa lượng CO2 khổng lồ, nhiều gấp khoảng 60 lần so với khí quyển. Điều này giúp tản nhiệt quanh xích đạo, đại dương thì đầy ắp nguồn dinh dưỡng và điều khiển hiệu suất chính.
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.
Nếu ta muốn tìm hiểu diễn tiến dưới lòng đại dương, chúng tôi phải xuống tận nơi, xem xét tình hình ở đây, và bắt đầu khám phá. Đây là cảnh tượng ngoạn mục từ núi ngầm dưới biển sâu khoảng 1km tại hải phận quốc tế. vùng xích đạo quanh Đại Tây Dương, cách xa đất liền. Cùng với đội nghiên cứu của tôi, bạn là một trong những người đầu tiên được thấy một phần của đáy biển, Bạn có thể đang thấy nhiều loài mới. Chúng tôi không biết là gì. Bạn sẽ phải thu thập nhiều mẫu vật và phân loại rõ ràng. Bạn có thể thấy rặng san hô kẹo cao su. Có nhiều ngôi sao lấp lánh sống trên đó. Đó là những thứ trông giống xúc tu của san hô. Có nhiều san hô từ nhiều dạng canxi cacbonat khác nhau phát triển trên đất bazan của ngọn núi to dưới biển này, và cái thứ màu đen kia, chúng là san hô hóa thạch, và chúng ta sẽ nói một chút về chúng khi ta lùi về đúng lúc.
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.
Để làm được điều đó, chúng ta cần thuê tàu nghiên cứu. Đây là James Cook, tàu nghiên cứu đại dương neo ở Tenerife. Nhìn cũng đẹp đúng không? Tuyệt, nếu bạn không phải là thủy thủ giỏi. Đôi khi mọi việc trông giống như thế này. Đây là chúng tôi, đang cố đảm bảo không mất đi những mẫu vật quí giá. Mọi người hối hả vây quanh và tôi bị say sóng nặng, nên không phải lúc nào cũng vui, nhưng đa phần là vậy.
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.
Chúng tôi phải trở thành người vẽ bản đồ giỏi để làm được điều này. Bạn không thể thấy loại san hô đặc biệt đó khắp mọi nơi đâu. Nó có thể ở bất kì đâu và ở rất sâu nhưng chúng ta thật sự cần phải tìm đúng nơi. Chúng ta vừa xem bản đồ thế giới, và vạch trên đó là hải trình của chúng tôi từ năm ngoái. Đó là môt chuyến đi 7 tuần, và đây là chúng tôi, đang tự dựng bản đồ riêng của khoảng 75,000 km2 đáy biển trong 7 tuần, nhưng đó chỉ là một phần nhỏ của đáy biển. Chúng ta đang đi từ Tây sang Đông, qua nhiều phần đại dương trông phẳng lì trên bản đồ lớn nhưng thật ra vài ngọn núi ở đây lớn cỡ Everest. Với những bản đồ chúng tôi vẽ trên tàu, chúng tôi có độ phân giải 100 mét, đủ để chọn những khu vực để triển khai trang thiết bị, nhưng không đủ để thấy nhiều. Để làm được, chúng tôi cần lái thiết bị điều khiển từ xa xuống khoảng 5m cách mực đáy biển. Nếu vậy, chúng tôi có thể vẽ ra những bản đồ độ phân giải một mét dưới sâu hàng ngàn mét. Đây là thiết bị điều khiển từ xa, phương tiện dùng để nghiên cứu. Bạn có thể thấy một dãy những bóng đèn lớn ở phía trên. Có nhiều máy quay có độ phân giải cao, các cánh tay máy, và nhiều chiếc hộp nhỏ và vài thứ để chứa các mẫu vật.
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.
Đây là buổi đi lặn dưới biển đầu tiên của chúng tôi, lao xuống lòng đại dương. Chúng tôi đi khá nhanh để chắc chắn thiết bị điều khiển từ xa không bị ảnh hưởng bởi tàu khác. Và chúng tôi lặn xuống, và đây là những thứ bạn thấy được. Chúng là bọt biển dưới đáy biển, to khoảng một mét. Đây là dưa biển đang bơi - cơ bản là một loại sên biển nhỏ. Đoạn này bị chậm lại. Đa phần đoạn phim chiếu cho bạn đã được gia tốc, vì những thước phim này mất nhiều thời gian. Đây cũng là loài sên biển xinh đẹp. Và loài động vật bạn xem tiếp theo sẽ là một ngạc nhiên lớn. Tôi chưa từng thấy loài tương tự và nó khiến chúng tôi phải ngạc nhiên. Sau khi làm việc khoảng 15 tiếng và chúng tôi khá là vui vẻ, đột nhiên con quái vật biển khổng lồ bắt đầu lăn qua, nó gọi là kì lân biển hoặc là hải tiêu thuộc địa, nếu bạn thích. Đây không phải thứ chúng tôi đang tìm. Chúng tôi đang tìm san hô, rặng san hô sâu dưới biển. Chút nữa bạn sẽ thấy ảnh của một loài san hô. Nó nhỏ, cao khoảng 5cm. Được làm từ canxi cacbonat, nên bạn có thể thấy xúc tu của nó, di chuyển trong hải lưu. Sinh vật giống vậy có lẽ sống được khoảng 100 năm. Và khi nó trưởng thành, nó hấp thụ hóa chất từ đại dương. Và những hóa chất nào hay lượng hóa chất, phụ thuộc vào nhiệt độ; phụ thuộc độ pH, phụ thuộc vào nguồn dinh dưỡng. Nếu có thể hiểu cách mà những hóa chất này đi vào trong xương, ta có thể quay lại, thu thập những mẫu hóa thạch, và tái thiết lại những gì đại dương từng có trong quá khứ. Bạn có thể thấy chúng tôi đang nhặt san hô bằng một hệ thống chân không, và đặt vào thùng chứa mẫu vật. Nên nói thêm là phải làm rất cẩn thận.
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.
Một vài loài thậm chí còn sống lâu hơn. Đây là san hô đen Leiopathes, ảnh do đồng nghiệp của tôi chụp - Brendan Roark, khoảng 500m bên dưới Hawaii. 4.000 năm là một thời gian dài. Nếu bạn lấy 1 nhánh san hô và đánh bóng lên, đây là khoảng 100 mi-crô-mét bề ngang. Brendan đem mẫu san hô này về phân tích -- bạn có thể thấy các dấu tích -- và anh có thể chỉ ra chúng chính là dải băng hàng năm, hóa ra cho dù sâu tận 500 mét dưới đại dương, san hô có thể ghi lại những thay đổi theo mùa, điều này khá là tuyệt vời.
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.
Nhưng 4,000 năm không đủ để ta quay về thời kì đóng băng cực đại cuối. Vậy chúng ta nên làm gì? Chúng tôi thu thập những mẫu hóa thạch. Đây là điều làm cho tôi thực sự không được ưa trong đội nghiên cứu Đi cùng chúng tôi, có cá mập khổng lồ ở khắp nơi, có nhiều kì lân biển, hải sâm đang bơi gần đó, nhiều bọt biển khổng lồ, tôi nhờ mọi người đi xuống khu vực có hóa thạch chết và bỏ ra hàng giờ kiểu như đào quanh đáy biển. Và chúng tôi đi nhặt những san hô này, đem chúng về và phân loại. Nhưng mỗi loại lại khác độ tuổi, và nếu chúng tôi có thể biết tuổi của chúng chúng tôi có thể đo được những tín hiệu hóa học đó, điều này giúp chúng tôi biết chuyện gì đã diễn ra ở đại dương trong quá khứ.
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.
Và ảnh bên tay trái của tôi đây, tôi đã lấy một mẫu san hô, đánh bóng nó cẩn thận và chụp ảnh quang học. Bên tay phải của tôi, chúng tôi lấy mẫu san hô tương tự, cho vào lò phản ứng hạt nhân, làm giảm sự phân hạt, và mỗi lần có vài sự phân hủy diễn ra, điều đó lại được đánh dấu trên san hô, từ đó chúng tôi thấy được sự phân bổ uranium. Sao chúng tôi làm vậy? Uranium là chất khá bị xem thường, nhưng tôi thích nó. Sự phân rã giúp chúng tôi biết được tỉ lệ và ngày tháng chuyện đang diễn ra ở đại dương. Và nếu bạn nhớ ngay từ đầu, đó là thứ chúng tôi muốn có được khi nghĩ về khí hậu. Chúng tôi dùng laser phân tích uranium Và 1 trong những sản phẩm con, thori có trong san hô. và do đó ta biết chính xác tuổi của hóa thạch này.
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.
Đoạn minh họa xinh đẹp này của đại dương phía Nam mà tôi dùng sẽ minh hoa cách chúng tôi dùng những san hô này để nắm được những thông tin phản hồi từ đại dương cổ xưa. Bạn có thể thấy độ dày của bề mặt nước biển trong phim hoạt hình này của Ryan Abernathey. Đây chỉ là dữ liệu của một năm, nhưng bạn thấy được đại dương phía Nam náo nhiệt như thế nào. Hỗn hợp dày đặc, đặc biệt là Drake Passage, được trình bày trong thanh bên cạnh, là một trong những dòng hải lưu mạnh nhất trên thế giới chảy ngang qua đây, từ Tây sang Đông. Nó trộn lẫn rất hỗn loạn, vì nó đang di chuyển qua những ngọn núi lớn dưới biển, và điều này cho phép CO2 và nhiệt trao đổi trong và ngoài với không khí. Và cơ bản là, các đại dương đang hít thở qua đại dương phía Nam. Chúng tôi thu thập san hô quanh đi quẩn lại ngang qua Nam Cực, và chúng tôi tìm được điều ngạc nhiên từ việc truy tuổi bằng uranium; san hô đã di cư từ Nam sang Bắc suốt thời kì chuyển giao giữa thời kì đóng băng và gian băng. Chúng tôi không biết lí do, nhưng chúng tôi nghĩ là có liên quan đến nguồn thức ăn và có lẽ khí là oxy ở trong nước.
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.
Và ở đây. Tôi sẽ minh họa điều tôi nghĩ chúng tôi biết được về khí hậu từ những san hô ở đại dương phía Nam đó. Chúng tôi lên xuống núi biển để nhặt san hô hóa thạch. Đây là hình ảnh minh họa. Chúng tôi nghĩ về thời kì đóng băng, từ bản phân tích san hô chúng tôi làm, rằng phần sâu của đại dương phía Nam rất giàu cacbon. và có một lớp đặc ở phía trên đỉnh. Điều đó ngăn CO2 thoát khỏi đại dương. Sau đó chúng tôi tìm thấy san hô độ tuổi trung bình, và chúng cho thấy đại dương hòa lẫn phần nào với sự chuyển giao khí hậu. Điều đó cho phép cacbon thoát khỏi biển sâu. Và sau đó nếu chúng tôi phân tích những san hô gần với ngày nay, hay thật ra dù gì nếu chúng ta đi xuống đó vào hôm nay và đo đạc lượng hóa chất trong san hô, chúng tôi thấy chúng tôi di chuyển đến vị trí mà cacbon có thể thay đổi liên tục. Đây là cách chúng tôi dùng hóa thạch san hô để giúp chúng tôi nghiên cứu môi trường.
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.
Nên tôi muốn cho các bạn xem slide cuối. Đây vẫn chỉ là lấy một phần đầu tiên của đoạn phim mà tôi đã chiếu cho bạn. Đây là một khu vườn san hô tuyệt đẹp. Chúng tôi thậm chí không ngờ tìm được thứ tuyệt như vậy. Sâu hàng ngàn mét. Có nhiều loài mới. Đó là một nơi xinh đẹp. Có nhiều hóa thạch xen lẫn, và giờ tôi đã cho bạn biết cách trân trọng hóa thạch san hô ở dưới đó.
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.
Nên lần tới lúc bạn đủ may mắn để bay qua đại dương hay chèo thuyền vượt biển, chỉ cần nghĩ - có nhiều núi biển phía dưới mà chưa có ai khám phá được, và còn có các rặng san hô xinh đẹp.
Thank you.
Cảm ơn.
(Applause)
(Vỗ tay)