How we look kilometers below the Antarctic ice sheet | Dustin Schroeder

翻訳: Natsuki Kominami 校正: Masaki Yanagishita

私は電波氷河学者です

つまり レーダーを使って 氷河や氷床の研究をしています

多くの氷河学者と同じく

I'm a radio glaciologist.

氷の融解によって

That means that I use radar to study glaciers and ice sheets.

どの程度 海面が上昇するか 予測しようとしています

And like most glaciologists right now,

今日は なぜ海面上昇の

I'm working on the problem of estimating

正確な数字を出すのが難しいのか そして なぜ私が

how much the ice is going to contribute to sea level rise in the future.

レーダー技術や地球科学についての 考え方を変えることで より正確な数字に

So today, I want to talk to you about

近づくことができると考えるか

why it's so hard to put good numbers on sea level rise,

お話ししたいと思います

and why I believe that by changing the way we think about radar technology

海面上昇について話すとき 多くの科学者は

こんなグラフを見せます

and earth-science education,

氷床や気象のモデルをもとに 作成されたグラフです

we can get much better at it.

右の方を見ると このモデルで予想される

When most scientists talk about sea level rise,

今後100年における 海水準の昇降範囲が分かります

they show a plot like this.

This is produced using ice sheet and climate models.

補足すると ここが現在の海水準で

On the right, you can see the range of sea level

400万人以上が

被害を受ける可能性のある 海水準がここです

predicted by these models over the next 100 years.

For context, this is current sea level,

将来計画という意味では

このグラフ自体 不確実性が大きいのです

and this is the sea level

above which more than 4 million people could be vulnerable to displacement.

その上 グラフには 次のような警告があるのです

So in terms of planning,

the uncertainty in this plot is already large.

「ただし西南極氷床が崩壊しなければ...」

However, beyond that, this plot comes with the asterisk and the caveat,

西南極氷床の崩壊を加味すると 飛躍的に高い数字が出てきます

グラフ外に飛び出してしまう数字です

"... unless the West Antarctic Ice Sheet collapses."

ただ その可能性について 真剣に考える必要があります

And in that case, we would be talking about dramatically higher numbers.

地球の地質時代を遡ると

今日よりもずっと速い速度で

They'd literally be off the chart.

And the reason we should take that possibility seriously

海面が上昇していた時代があるからです

今後そのような上昇が

is that we know from the geologic history of the Earth

起こる可能性を 排除することはできません

that there were periods in its history

when sea level rose much more quickly than today.

では 大陸規模の氷床で

And right now, we cannot rule out

無視できない量の氷が崩壊するかどうか なぜ はっきりしたことを

the possibility of that happening in the future.

So why can't we say with confidence

言えないのでしょうか

whether or not a significant portion of a continent-scale ice sheet

そのような崩壊に関する

プロセス 条件 物理的作用 全てが織り込まれた

モデルが必要になるからです

will or will not collapse?

Well, in order to do that, we need models

このプロセスや条件は

that we know include all of the processes, conditions and physics

何キロにも及ぶ氷の下で 起こっていることなので

把握するのが難しいのです

that would be involved in a collapse like that.

このような画像を捉える衛星では

And that's hard to know,

観測できません

because those processes and conditions are taking place

実は南極氷床下よりも 火星表面の方が 観測によって

beneath kilometers of ice,

and satellites, like the one that produced this image,

分かっていることが多いのです

are blind to observe them.

In fact, we have much more comprehensive observations of the surface of Mars

南極氷床の観測は 空間と時間 どちらにおいても

壮大なスケールなので よりいっそう難しくなります

than we do of what's beneath the Antarctic ice sheet.

空間という観点では 南極は一つの大陸です

And this is even more challenging in that we need these observations

北アメリカでも

ロッキー山脈とエバーグレーズ 五大湖地域では全く性質が異なるように

at a gigantic scale in both space and time.

In terms of space, this is a continent.

南極氷床下の地域も同様です

And in the same way that in North America,

時間という観点だと

the Rocky Mountains, Everglades and Great Lakes regions are very distinct,

氷床というのは100年 1000年という単位だけでなく

so are the subsurface regions of Antarctica.

年単位 日単位でも変化しています

And in terms of time, we now know

つまり 数キロに及ぶ氷の下を

that ice sheets not only evolve over the timescale of millennia and centuries,

but they're also changing over the scale of years and days.

大陸規模で 絶え間なく

観測したいということです

So what we want is observations beneath kilometers of ice

どうやってやるか

氷床下について 少しは分かっていることがあります

at the scale of a continent,

and we want them all the time.

冒頭で私は電波氷河学者だと言いましたが

So how do we do this?

そのような職業が存在するのは

Well, we're not totally blind to the subsurface.

我々が氷床の内部を見るのに使っている 主たる道具が 空から

I said in the beginning that I was a radio glaciologist,

氷床を通過するレーダーだからです

私のグループが使うデータの多くは 第二次世界大戦時代のDC-3のような

and the reason that that's a thing

is that airborne ice-penetrating radar is the main tool we have

飛行機で集められています

これはバルジの戦いで 実際に戦闘した機体です

to see inside of ice sheets.

So most of the data used by my group is collected by airplanes

主翼の下にアンテナがついています

このアンテナから 氷の内部にレーダーを送信すると

like this World War II-era DC-3,

that actually fought in the Battle of the Bulge.

氷床内部と下部で起きていることの

You can see the antennas underneath the wing.

情報を含んだ反射波が返ってくるのです

These are used to transmit radar signals down into the ice.

この間

科学者とエンジニアは機内で

And the echos that come back contain information

８時間にわたり

about what's happening inside and beneath the ice sheet.

レーダーの動きをチェックしています

この種の実地調査について

While this is happening,

scientists and engineers are on the airplane

よく勘違いされるのが

科学者が窓の外の大地をじっと見つめ

for eight hours at a stretch,

making sure that the radar's working.

地質学的な特徴や氷床の行く末に 思いをめぐらせる

And I think this is actually a misconception

そんな想像をする人が多いのです

about this type of fieldwork,

あるときBBCの「フローズン・プラネット」 のスタッフがいて

where people imagine scientists peering out the window,

contemplating the landscape, its geologic context

我々がつまみを回している様子を 何時間も撮っていました

and the fate of the ice sheets.

（笑）

We actually had a guy from the BBC's "Frozen Planet" on one of these flights.

それから数年後に妻と番組を観ていて

And he spent, like, hours videotaping us turn knobs.

こういうシーンが映ったとき 何てきれいなんだと言ったら

(Laughter)

「あなたもそこにいたんでしょ？」 と言われました

And I was actually watching the series years later with my wife,

（笑）

私は「そうだけど コンピュータの 画面を見ていたから」と

and a scene like this came up, and I commented on how beautiful it was.

（笑）

この種の実地調査について 正しいのは

And she said, "Weren't you on that flight?"

(Laughter)

先ほどのようなイメージではなく

I said, "Yeah, but I was looking at a computer screen."

このようなイメージです

（笑）

(Laughter)

レーダーグラム 氷床の断面図です

So when you think about this type of fieldwork,

don't think about images like this.

カットしたケーキのようですね

Think about images like this.

最上部の明るい層は氷床の表面で

(Laughter)

This is a radargram, which is a vertical profile through the ice sheet,

下部の明るい層は 大陸自体の岩盤です

kind of like a slice of cake.

その間にある層は 樹木の年輪のようなもので

The bright layer on the top is the surface of the ice sheet,

氷床の歴史についての情報を含んでいます

the bright layer on the bottom is the bedrock of the continent itself,

これが驚くほどうまくいくのです

and the layers in between are kind of like tree rings,

道路のインフラ調査や地雷探知に

使用される地中レーダーでは

in that they contain information about the history of the ice sheet.

地下数メートルの観測にも苦労しています

And it's amazing that this works this well.

それに対し ３キロに及ぶ氷を 観測しているわけですから

The ground-penetrating radars that are used

これには複雑で興味深い 電磁気学的な要因があるのですが

to investigate infrastructures of roads or detect land mines

struggle to get through a few meters of earth.

氷床がレーダーにぴったりの観測対象で レーダーが氷床の観測に

And here we're peering through three kilometers of ice.

ぴったりの道具である とだけ言っておきましょう

And there are sophisticated, interesting, electromagnetic reasons for that,

but let's say for now that ice is basically the perfect target for radar,

これは南極大陸において

最新の航空レーダーでデータを集めた時の

and radar is basically the perfect tool to study ice sheets.

飛行機の進路です

様々な国のチームや国際的な協力による

These are the flight lines

of most of the modern airborne radar-sounding profiles

数十年に渡る 輝かしい努力の証と言えるでしょう

collected over Antarctica.

それらのデータを合わせると このような画像になります

This is the result of heroic efforts over decades

表面の氷を除くと 南極大陸は

by teams from a variety of countries and international collaborations.

このような姿をしているのです

And when you put those together, you get an image like this,

この画像から 南極がいかに 多様性に満ちているかが分かります

which is what the continent of Antarctica would look like

氷床を取り除くと

without all the ice on top.

赤い部分は火山やほかの山々

And you can really see the diversity of the continent in an image like this.

青い部分はひらけた海になります

空間的にはこれほど大規模ということです

The red features are volcanoes or mountains;

ところが 数十年かけて作られたこのデータも

the areas that are blue would be open ocean

たった１枚のスナップに過ぎません

if the ice sheet was removed.

This is that giant spatial scale.

氷床が時と共にどのように変化しているのか その手がかりは何一つありません

However, all of this that took decades to produce

is just one snapshot of the subsurface.

今 その手がかりをつかもうとしていて

南極における最初のレーダー観測が 35mmフィルムで行われたことが

It does not give us any indication of how the ice sheet is changing in time.

分かったのです

Now, we're working on that, because it turns out

そして数千巻のフィルムが

that the very first radar observations of Antarctica were collected

ケンブリッジ大学 スコット極地研究所に

using 35 millimeter optical film.

保管されていました

ハリウッド映画の デジタル化とリマスター用に

And there were thousands of reels of this film

開発された 最新のフィルムスキャナーを携えて

in the archives of the museum of the Scott Polar Research Institute

昨夏 ２人の美術史家と

at the University of Cambridge.

イギリスへ渡り 手袋をはめて

So last summer, I took a state-of-the-art film scanner

そのフィルム全てを アーカイブ化 デジタル化しました

that was developed for digitizing Hollywood films and remastering them,

そうして200万にのぼる 高解像度の画像が生成され

and two art historians,

and we went over to England, put on some gloves

現在の氷床の状態と比較するために

and archived and digitized all of that film.

私のグループで分析を進めています

So that produced two million high-resolution images

実は フィルムスキャナーのことは

that my group is now working on analyzing and processing

映画芸術科学アカデミーの 記録係の方から教えて頂きまして

for comparing with contemporary conditions in the ice sheet.

この場を借りて アカデミー賞協会の皆さんに……

And, actually, that scanner -- I found out about it

（笑）

from an archivist at the Academy of Motion Picture Arts and Sciences.

感謝申し上げます

（笑）

50年前に氷床下で

So I'd like to thank the Academy --

何が起こっていたのかを 見られるのはすごいことです

(Laughter)

しかし これもまた １枚のスナップに過ぎません

for making this possible.

(Laughter)

And as amazing as it is

重要なポイントである

that we can look at what was happening under the ice sheet 50 years ago,

年ごと あるいは季節ごとの 変化についての観測は

this is still just one more snapshot.

行えません

ただ 進歩も見られます

It doesn't give us observations

地上で定点観測を行う 最新のレーダーシステムがあるのです

of the variation at the annual or seasonal scale,

このレーダーを氷床の上に置き

that we know matters.

There's some progress here, too.

車のバッテリを氷の中に埋めます

There are these recent ground-based radar systems that stay in one spot.

そして 何ヶ月か あるいは何年か置いておきます

レーダーが 数分か数時間おきに一度

So you take these radars and put them on the ice sheet

氷床内部へ送信されます

and you bury a cache of car batteries.

これで連続した時間の 観測データが得られます

And you leave them out there for months or years at a time,

ただし定点です

飛行機で取った 二次元のデータと重ねると

and they send a pulse down into the ice sheet

every so many minutes or hours.

So this gives you continuous observation in time --

１本の縦線になります

but at one spot.

実地調査の現在地はこんなところです

So if you compare that imaging to the 2-D pictures provided by the airplane,

広い空間を観測できる 航空レーダーか

this is just one vertical line.

長期間観測できる

地上レーダーのいずれかを 選ぶことになります

And this is pretty much where we are as a field right now.

しかし 我々が本当に必要としているのは

We can choose between good spatial coverage

両方同時に行えるものです

with airborne radar sounding

and good temporal coverage in one spot with ground-based sounding.

そのためには

まったく新しい 氷床の観測方法が必要になります

But neither gives us what we really want:

多くのセンサーで 多くの観測を行うため

both at the same time.

きわめて低コストな方法が理想的です

And if we're going to do that,

we're going to need totally new ways of observing the ice sheet.

今までのレーダーシステムで

And ideally, those should be extremely low-cost

最大のコストとなっているのは レーダー信号そのものを

so that we can take lots of measurements from lots of sensors.

送信するための動力です

Well, for existing radar systems,

つまり 既存の電波システムか 周りに存在する

the biggest driver of cost is the power required

電波信号を利用できれば最高です

to transmit the radar signal itself.

幸運なことに 電波天文学という分野では

So it’d be great if we were able to use existing radio systems

強い電波信号が宇宙に存在するという 事実が基盤になっています

or radio signals that are in the environment.

とりわけ明るいのは太陽光です

And fortunately, the entire field of radio astronomy

実は今 私のグループで 面白い取り組みをしていて

is built on the fact that there are bright radio signals in the sky.

太陽からの電波を レーダー信号の一種として 利用しようというものです

And a really bright one is our sun.

これはビッグサーでの実証の一部です

So, actually, one of the most exciting things my group is doing right now

PVC管のジッグラトがアンテナ台で ラボの学部生が製作しました

is trying to use the radio emissions from the sun as a type of radar signal.

何をしているかというと ビッグサーで

This is one of our field tests at Big Sur.

夕日を電波の周波数で捉え

That PVC pipe ziggurat is an antenna stand some undergrads in my lab built.

海面で反射される太陽光を 検知しようとしています

And the idea here is that we stay out at Big Sur,

こう思っているでしょう 「ビッグサーに氷河はないじゃないか」と

and we watch the sunset in radio frequencies,

and we try and detect the reflection of the sun off the surface of the ocean.

（笑）

その通りです

（笑）

しかし 海面で反射される 太陽光を検知するのと

Now, I know you're thinking, "There are no glaciers at Big Sur."

氷床の底からの

(Laughter)

反射波を検知するのは 地球物理学的に とてもよく

And that's true.

(Laughter)

But it turns out that detecting the reflection of the sun

似ていることが分かったのです

これが上手くいけば

南極でも同じ観測原理を 当てはめることができるはずです

off the surface of the ocean

and detecting the reflection off the bottom of an ice sheet

実は それほど無理のある話でもなくて

are extremely geophysically similar.

地震学でも同じような 技術進歩の仕方をしているのです

And if this works,

we should be able to apply the same measurement principle in Antarctica.

元々はダイナマイトを 爆発させて揺れを起こしていましたが

And this is not as far-fetched as it seems.

今では環境中の微動を利用する方法に 変わりました

The seismic industry has gone through a similar technique-development exercise,

防衛レーダーもテレビやラジオの 電波信号を 常時利用していて

where they were able to move from detonating dynamite as a source,

レーダーを送信する役目は それらの信号に

to using ambient seismic noise in the environment.

任せている状態です

And defense radars use TV signals and radio signals all the time,

つまり 実現可能性は十分にあります

すると 数百 数千のレーダーによる ネットワークを氷床に配備し

so they don't have to transmit a signal of radar

画像生成を行うため きわめて低コストのセンサーが

and give away their position.

So what I'm saying is, this might really work.

必要になります

And if it does, we're going to need extremely low-cost sensors

そこで技術屋のヒーローたちが 協力を申し出てくれたのです

so we can deploy networks of hundreds or thousands of these on an ice sheet

最初に紹介したようなレーダーシステムは

高価な専門装置のある全国的な施設で

to do imaging.

And that's where the technological stars have really aligned to help us.

熟練のエンジニアたちが

何年もかけて開発したものです

Those earlier radar systems I talked about

一方 近年のソフトウェアベースの 電波技術では

were developed by experienced engineers over the course of years

短期での製作が多く メーカーの潮流もあって

at national facilities

ラボの10代の若者たちが

with expensive specialized equipment.

But the recent developments in software-defined radio,

数か月でレーダーの試作品を 製作することも

可能なのです

rapid fabrication and the maker movement,

もちろん ただの10代ではなく スタンフォードの学生ですが

make it so that it's possible for a team of teenagers

要は

working in my lab over the course of a handful of months

（笑）

このような技術が 装置を作るエンジニアと

to build a prototype radar.

OK, they're not any teenagers, they’re Stanford undergrads,

それを使う科学者の間にある壁を 取り払ってくれているのです

but the point holds --

(Laughter)

that these enabling technologies are letting us break down the barrier

エンジニアリングの学生が 地球科学的な思考を学び

between engineers who build instruments and scientists that use them.

地球科学の学生が エンジニア的思考を学ぶ

それにより 特定の課題解決に 最適化された 低コストで高性能な

And by teaching engineering students to think like earth scientists

レーダーセンサーを

and earth-science students who can think like engineers,

カスタマイズできる 私のラボはそのような環境に

my lab is building an environment in which we can build custom radar sensors

なっています

これは氷床観測の方法にも 劇的な変化をもたらします

for each problem at hand,

that are optimized for low cost and high performance

海面上昇の問題と そこで雪氷圏が果たす役割は

for that problem.

And that's going to totally change the way we observe ice sheets.

とても重要で

地球全体に関わります

Look, the sea level problem and the role of the cryosphere in sea level rise

でも 私には別の動機があります

素晴らしい学生たちに 指導とアドバイスを提供する

is extremely important

and will affect the entire world.

機会になるからです

But that is not why I work on it.

とてつもない才能とエネルギーと熱意を持つ 若者たちのチームが

I work on it for the opportunity to teach and mentor

世界の抱える課題の多くを

解決できると そう信じています

extremely brilliant students,

because I deeply believe that teams of hypertalented,

海面上昇を予測するための観測は

hyperdriven, hyperpassionate young people

解決可能な多くの課題の たった一つに過ぎません

can solve most of the challenges facing the world,

and that providing the observations required to estimate sea level rise

ありがとうございました

（拍手）

is just one of the many such problems they can and will solve.

Thank you.

(Applause)