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

번역: Yoonkeun Ji 검토: Jihyeon J. Kim

I'm a radio glaciologist.

저는 전파(radio) 빙하학자입니다.

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

즉 빙하와 얼음층을 레이더를 통해 연구하는 학자입니다.

And like most glaciologists right now,

현재 다른 대부분의 빙하학자처럼

I'm working on the problem of estimating

저는 향후 얼음이 녹으면서 해수면을

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

얼마나 상승시킬지 측정하는 문제에 매달리고 있습니다.

So today, I want to talk to you about

오늘 저는 여러분에게

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

어째서 해수면 상승 방지에 많은 연구비를 투자하기 어려운지

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

또 왜 제가 레이더 기술과 지구과학 교육에 관한 우리의 생각을 바꿈으로써

and earth-science education,

더 많은 것을 얻을 수 있다고

we can get much better at it.

믿는지 이야기하려고 합니다.

When most scientists talk about sea level rise,

대부분의 과학자들이 해수면 상승을 이야기할 떄

they show a plot like this.

그 내용은 이 그래프과 같습니다.

This is produced using ice sheet and climate models.

대륙 빙하와 기후 모델을 이용해 만든 것인데요.

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

그래프의 오른쪽에서 이 기후 모델을 적용했을 때 향후 100년 간 예상되는

predicted by these models over the next 100 years.

해수면의 변화 추이를 살펴볼 수 있습니다.

For context, this is current sea level,

흰색 화살표가 가리키는 지점이 현재 해수면의 높이고요.

and this is the sea level

해수면이 이만큼 상승하면

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

4백만명의 사람들이 이주를 고려해야 하는 상황이 발생합니다.

So in terms of planning,

가설에 대해 따져보자면

the uncertainty in this plot is already large.

이 가설에서 불확실성은 이미 너무 큽니다.

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

하지만 무엇보다 이 가설은 다음과 같은 전제조건이 붙어있습니다.

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

"서남극 빙하가 붕괴하지 않는다면"

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

서남극 빙하가 붕괴할 경우 수치는 기하급수적으로 올라갑니다.

They'd literally be off the chart.

이 그래프를 뚫고 올라가죠.

And the reason we should take that possibility seriously

서남극빙하 붕괴의 가능성을 진지하게 고민해야 하는 이유는

is that we know from the geologic history of the Earth

지구의 지질학 역사를 통해 알 수 있듯이

that there were periods in its history

지구의 역사 중에는

when sea level rose much more quickly than today.

해수면이 지금보다 더 빠른 속도로 상승한 적이 있습니다.

And right now, we cannot rule out

그리고 현재 우리는 이 같은 일이 앞으로 일어나지 않으리라

the possibility of that happening in the future.

배제할 수 없는 상황입니다.

So why can't we say with confidence

대륙 규모의 빙하의 상당부분이

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

무너질지 그렇지 않을지 어째서 우리는

will or will not collapse?

확실하게 답을 내릴 수 없는 걸까요?

Well, in order to do that, we need models

그 답을 알기 위해서는 우리는

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

앞서 설명한 붕괴가 일어날 때 수반되는

that would be involved in a collapse like that.

모든 과정과 조건과 물리법칙을 포함한

And that's hard to know,

가상 모델이 필요합니다.

because those processes and conditions are taking place

왜냐하면 얼음의 수 킬로미터 밑에서

beneath kilometers of ice,

일어나는 모든 변화와 상황 및

and satellites, like the one that produced this image,

이 사진을 만들어낸 위성들은

are blind to observe them.

우리 시야에서 가려져 있기 때문입니다.

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

사실을 이야기하면, 우리는 화성의 표면을 남극의 빙하 속보다

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

더 포괄적으로 관찰, 이해하고 있습니다.

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

또 남극 빙하의 변화를 관찰하기 위해서는 막대한 규모의 장소

at a gigantic scale in both space and time.

시간이 필요하다는 점은 더 큰 장애물이 되고 있습니다.

In terms of space, this is a continent.

공간에 대해 이야기하자면, 여기에 대륙이 있습니다.

And in the same way that in North America,

그리고 북미 대륙처럼

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

록키 산맥, 에버글레이드 습지, 오대호를 확인할 수 있죠

so are the subsurface regions of Antarctica.

남극의 표면 밑도 마찬가지입니다.

And in terms of time, we now know

시간이라는 측면에서 우리는

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

대륙빙하가 수백 수천 년의 시간을 갖고 변화한다는 점뿐만 아니라

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

년(year)과 일(day)의 단위로도 변화를 겪는다는 것을 알고 있습니다

So what we want is observations beneath kilometers of ice

과학자들에게 필요한 것은 대륙 규모의 빙하

at the scale of a continent,

그 빙하의 수 킬로미터 아래를

and we want them all the time.

꾸준히 관찰할 수 있는 환경입니다.

So how do we do this?

자 그럼 어떻게 이 환경을 조성할 수 있을까요?

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

표면 밑을 전혀 확인할 수 없는 것은 아닙니다.

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

맨 처음 제가 전파 빙하학자라고 말씀드렸는데요.

and the reason that that's a thing

그 이유는 공중에서 얼음을

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

뚫고 관찰할 수 있는 레이더 를 이용해서 얼음 속을

to see inside of ice sheets.

관찰할 수 있기 때문입니다.

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

그래서 우리 연구진이 사용하는 데이터의 대부분은

like this World War II-era DC-3,

벌지 대전투에서 실제로 활약했던

that actually fought in the Battle of the Bulge.

2차대전 시기의 DC-3등을 통해 수집한 것입니다.

You can see the antennas underneath the wing.

날개 밑을 보시면 안테나가 있습니다.

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

이 안테나를 이용해 전파 신호를 얼음 밑까지 보냅니다.

And the echos that come back contain information

신호가 되돌아오면서 얼음 밑에서 무슨 일이 진행되고 있는지

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

그 정보를 함께 가져옵니다.

While this is happening,

그 동안

scientists and engineers are on the airplane

과학자와 공학자들은 비행기에

for eight hours at a stretch,

8시간 동안 탑승하여

making sure that the radar's working.

레이더가 정상 작동하는지 확인합니다.

And I think this is actually a misconception

일반인들이 현장 연구라는 말을 들으면

about this type of fieldwork,

많이 오해하는 것이

where people imagine scientists peering out the window,

과학자들이 창 밖을 내다보며

contemplating the landscape, its geologic context

경치를 관찰하고 지질학적 연대를 파악하고

and the fate of the ice sheets.

빙하의 운명이 어떠하리라고 추정한다고 생각하는 것이죠.

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

실제로 BBC의 "프로즌 플래닛"의 제작진 한 명과 같이 비행했었는데

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

우리가 문 손잡이를 돌리는 장면만 몇 시간을 찍어야 했죠.

(Laughter)

(웃음)

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

몇 년 뒤에 프로즌 플래닛을 아내와 함께 봤을 때

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

이 장면이 나와서 저는 얼마나 아름다웠는지 말해줬어요.

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

그러자 아내가 "당신은 같이 비행한 게 아니었어?"라고 하더군요.

(Laughter)

(웃음)

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

그래서 저는 "응 난 컴퓨터 화면을 확인하고 있었거든"이라고 했습니다.

(Laughter)

(웃음)

So when you think about this type of fieldwork,

그러니 여러분은 현장 연구를 상상할 떄

don't think about images like this.

이런 모습이 아니라

Think about images like this.

이런 모습을 떠올리시면 됩니다

(Laughter)

(웃음)

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

이건 라디오그램인데요, 빙하 대륙의 수평 단면을 보여주는 기기입니다.

kind of like a slice of cake.

케이크 조각처럼요.

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

제일 위의 밝은 층이 빙하대륙의 표면입니다.

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

가장 밑의 밝은 층이 빙하대륙의 기반으로써

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

이 두 층 사이의 공간은 나무의 나이테처럼

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

이 빙하대륙의 역사 정보를 포함하고 있습니다.

And it's amazing that this works this well.

레이더를 이용해 빙하를 이처럼 속속들이 꿰뚫을 수 있다는 게 놀랍죠.

The ground-penetrating radars that are used

지하 탐지 레이더는

to investigate infrastructures of roads or detect land mines

땅 속 수 미터까지 들어가

struggle to get through a few meters of earth.

도로의 기반을 조사하고 지뢰를 찾는데 사용합니다

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

하지만 우리는 레이더를 이용해 얼음을 수 킬로미터까지 뚫고 들어가죠.

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

여기엔 아주 세련되고 흥미로운 전자기와 관련된 이유가 있는데요

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

지금은 일단 얼음이 레이더를 사용하기에 안성맞춤인 대상이라고만 해두죠.

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

또 레이더도 기본적으로 빙하대륙을 연구하는데 최적의 수단입니다.

These are the flight lines

이 사진은 남극 상공에서

of most of the modern airborne radar-sounding profiles

레이더 음향 장비를 이용하여

collected over Antarctica.

완성한 그림입니다.

This is the result of heroic efforts over decades

다양한 국가에서 온 연구팀과 국제 협력을 통해서

by teams from a variety of countries and international collaborations.

수십 년 동안 헌신적인 노력을 들여 완성했습니다.

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

이 사진들을 한데 모으면 위와 같은 사진이 완성되는데요.

which is what the continent of Antarctica would look like

얼음이 모두 녹았을 때 남극대륙의 모습을

without all the ice on top.

보여주는 사진입니다.

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

남극 대륙이 얼마나 다양한 지형으로 이루어져 있는지 알 수 있습니다.

The red features are volcanoes or mountains;

붉은 부분은 화산과 산입니다.

the areas that are blue would be open ocean

파란 부분은 얼음이 녹으면 드러나는

if the ice sheet was removed.

바다입니다.

This is that giant spatial scale.

엄청난 규모죠.

However, all of this that took decades to produce

하지만 수십 년에 걸쳐 완성한, 남극의 지표면 밑을 드러내는

is just one snapshot of the subsurface.

이 사진은 한 장의 사진에 불과합니다.

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

이 사진만으로는 빙하가 시간에 따라 어떻게 변할 지 알 수 없죠.

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

이제 우리 과학자들은 이 점을 알아내려고 연구 중인데요

that the very first radar observations of Antarctica were collected

남극의 최초 레이더 관찰 기록은

using 35 millimeter optical film.

35mm 광학 필름으로 촬영되었다는 사실이 밝혀졌기 때문입니다.

And there were thousands of reels of this film

캠브릿지 대학의스콧 남극 연구 기관의

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

박물관에 위치한 기록 보관소에는

at the University of Cambridge.

수백 통의 필름이 보관되어 있습니다.

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

지난 여름 저는 최신형 필름 스캐너를 구입했는데요.

that was developed for digitizing Hollywood films and remastering them,

헐리우드 영화를 디지털화하고 리마스터링할 목적으로 제작된 것입니다.

and two art historians,

우리는 두 명의 예술 역사가와 함께

and we went over to England, put on some gloves

영국으로 건너가 앞서 말한 필름을 전부

and archived and digitized all of that film.

디지털화하여 기록했습니다.

So that produced two million high-resolution images

그렇게 해서 200만 장의 고화질 사진을 얻었죠.

that my group is now working on analyzing and processing

우리 연구진은 이 사진을 이용해 현재 남극의 상태와

for comparing with contemporary conditions in the ice sheet.

비교, 분석하는 작업을 진행하고 있습니다.

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

제가 스캐너에 관한 정보를 얻은 것은 영화 예술 과학 아카데미의

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

한 기록 보관 담당자에게서였습니다.

So I'd like to thank the Academy --

따라서 저는 아카데미에게

(Laughter)

(웃음)

for making this possible.

이 성과의 공을 돌리고 싶습니다.

(Laughter)

(웃음)

And as amazing as it is

50년 전에 남극의 표면 밑에서 어떤 일이 일어났는지 확인하는

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

일은 정말 대단합니다.

this is still just one more snapshot.

이건 단순한 사진 그 이상이에요.

It doesn't give us observations

이 사진만으로는 해나 계절에 따른 변화를

of the variation at the annual or seasonal scale,

알 수가 없어요.

that we know matters.

이런 요소로 인한 영향이 존재하는데도 말이죠.

There's some progress here, too.

이 부분에서도 어느 정도 진보가 있었습니다.

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

최근 지상 한 지점에 정착해서 레이더 탐사를 하는 시설들이 생겼는데요.

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

남극 위에서 레이더를 세우고

and you bury a cache of car batteries.

자동차 배터리를 땅 속에 파묻습니다.

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

그리고 몇 달에서 몇 년을 내버려둡니다

and they send a pulse down into the ice sheet

그동안 이 레이더는 매 분 혹은 매 시 간격으로

every so many minutes or hours.

남극 표면 밑으로 레이더 신호를 보냅니다.

So this gives you continuous observation in time --

이 방법을 통해 한 지점을

but at one spot.

계속해서 관찰할 수 있죠.

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

항공기를 이용해서 얻는 2차원의 그림과 비교해보면

this is just one vertical line.

이 고정 레이더는 하나의 수직선에 불과하죠.

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

동시에 우리가 현재 매달리고 있는 분야이기도 하죠.

We can choose between good spatial coverage

우리는 항공 음향 레이더를 사용해

with airborne radar sounding

광범위한 공간 정보를 얻거나

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

특정 좁은 지역을 지상 기반 레이더로 시간 관련 정보를 얻을 수도 있습니다.

But neither gives us what we really want:

하지만 둘 중 어느 것으로도 우리가 진짜 원하는 정보를 얻진 못합니다.

both at the same time.

두 가지 방법 모두 말이죠.

And if we're going to do that,

만약 우리가 원하는 정보를 얻으려면

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

남극을 탐사하는 완전히 새로운 방법을 시도해야 할 겁니다.

And ideally, those should be extremely low-cost

비현실적으로 들리지만 아주 저비용이어서

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

수 많은 센서를 이용해서 반복해서 측정할 수 있어야 합니다.

Well, for existing radar systems,

현재의 레이더 시스템은

the biggest driver of cost is the power required

레이더 신호를 보내는 일 자체에

to transmit the radar signal itself.

가장 많은 비용을 소모하고 있습니다.

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

따라서 현재 가지고 있는 라디오 시스템을 활용하거나

or radio signals that are in the environment.

자연에 존재하는 전파 신호를 활용할 수 있다면 안성맞춤이겠죠.

And fortunately, the entire field of radio astronomy

다행히도 전파 천문학 전체가

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

우주에 밝은 라디오 신호가 많다는 사실에 근거하고 있습니다.

And a really bright one is our sun.

특히 태양이 엄청나게 밝아요.

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

실제로 우리 연구팀은 태양이 방출하는 레이더 신호를 이용해 전파를 방출하려는

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

계획을 추진하고 있습니다.

This is one of our field tests at Big Sur.

이건 빅서(Big Sur)에서 진행한 현장 실험인데요.

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

이 PVC 파이프 지구라트는 제 연구소 소속 학부생들이 만든 안테나 지지대죠.

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

우리는 이곳 빅서에서 머무르면서

and we watch the sunset in radio frequencies,

주파수를 이용해 일몰을 관찰하고

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

태양이 발한 신호가 태평양 표면에 부딪혀 돌아오는 것을 포착하려고 했죠.

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

여러분이 "빅서에는 빙하가 하나도 없는데" 라고 생각하는 건 저도 압니다

(Laughter)

(웃음)

And that's true.

사실이죠.

(Laughter)

(웃음)

But it turns out that detecting the reflection of the sun

하지만 태양이 내뿜은 신호가 태평양 표면에서 반사된 것을

off the surface of the ocean

잡아내는 것과

and detecting the reflection off the bottom of an ice sheet

빙하 대륙의 밑바닥의 신호를 감지하는 일이

are extremely geophysically similar.

지구 물리학적으로 굉장히 유사하다는 사실을 밝혀냈습니다.

And if this works,

이것이 가능해지면

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

우리는 같은 방법을 남극대륙에도 적용할 수 있게 됩니다.

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

그리 먼 미래의 일이 아닙니다.

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

내진 산업 업계도 비슷한 기술 발전 과정을 거쳤는데요

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

진원(震源)을 만들기 위해 다이너마이트를 터뜨리는 대신

to using ambient seismic noise in the environment.

자연에 존재하는 주변의 진동 소음을 사용합니다.

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

방공 레이더는 TV 신호나 라디오 신호를 항상 발신하는데요.

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

따라서 레이더 신호를 전송할 필요가 없고

and give away their position.

언제든지 이용할 수 있습니다.

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

그럼 우리 계획이 정말로 실현될지도 모릅니다.

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

그렇게 된다면 거의 무료에 가까운 센서들이 필요합니다.

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

그래서 수백 수천 개의 센서를 빙하위에 놓고

to do imaging.

빙하의 모습을 그릴 수 있게 되는 겁니다.

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

이를 위해 많은 공학자들의 도움을 받았습니다.

Those earlier radar systems I talked about

제가 앞서 말씀드린 초기의 레이더 시스템들은

were developed by experienced engineers over the course of years

국가 연구시설에서 초고가 장비를 활용해 수 년에 걸쳐

at national facilities

숙련된 공학자들이

with expensive specialized equipment.

개발한 시스템입니다.

But the recent developments in software-defined radio,

하지만 최근 소프트웨어화된 전파기술 및

rapid fabrication and the maker movement,

급속 제조의 발전 및 제작사들의 노력을 통해

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

우리 연구소에서 일하는 젊은 연구팀도

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

단 몇 달 만에 레이더의 프로토타입을

to build a prototype radar.

만들 수 있게 되었습니다.

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

실은 그냥 젊은이들이 아니라 스탠포드대의 학부생들이죠.

but the point holds --

하지만 중요한 점은

(Laughter)

(웃음)

that these enabling technologies are letting us break down the barrier

이와 같은 기술이 장비를 개발하는 공학자들과 그 장비를 이용하는 과학자들

between engineers who build instruments and scientists that use them.

사이의 장벽을 부순다는 사실입니다.

And by teaching engineering students to think like earth scientists

공학도들에게 지구 과학자 같은 사고 방식을 심어주고

and earth-science students who can think like engineers,

반대로 지구과학자들에게 공학자같은 사고방식을 심어줌으로써

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

제 연구소는 자기가 연구하고 싶은 문제에 맞춰 레이더를 개발할 수 있는

for each problem at hand,

환경을 조성하고 있습니다.

that are optimized for low cost and high performance

저비용 고성능의

for that problem.

맞춤형 레이더죠.

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

이를 통해 빙하대륙 연구에도 커다란 변화가 생길 것입니다.

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

해수면 상승 문제와 지구 빙권이 이에 끼치는 영향을 파악하는 일은

is extremely important

매우 중요한 문제이며

and will affect the entire world.

전 세계가 관련된 문제입니다.

But that is not why I work on it.

하지만 제가 이 문제에 매달리는 이유는 아니죠.

I work on it for the opportunity to teach and mentor

저는 똑똑하고 영리한 학생들을

extremely brilliant students,

가르치고 이끌 수 있는 기회를 갖고 싶어서 연구합니다.

because I deeply believe that teams of hypertalented,

재능이 넘치고, 의욕이 충만한, 열정 넘치는 젊은이들이라면

hyperdriven, hyperpassionate young people

지금 세계가 당면하고 있는 문제를

can solve most of the challenges facing the world,

대부분 해결할 수 있다고 마음 속 깊이 믿고 있으며

and that providing the observations required to estimate sea level rise

또 해수면 상승을 연구하기 위해 필요한 관찰 기록을 제공하는 건

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

젊은이들이 해결할 수 있는 문제 중 한 가지에 불과하기 때문입니다.

Thank you.

감사합니다.

(Applause)

(박수)