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

Vertaald door: Dick Stada

I'm a radio glaciologist.

Ik ben radio-glacioloog.

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

Dat betekent dat ik radar gebruik om gletsjers en ijskappen te bestuderen.

And like most glaciologists right now,

Net als de meeste glaciologen

I'm working on the problem of estimating

werk ik aan het schatten

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

hoeveel het ijs gaat bijdragen aan de stijging van de zeespiegel.

So today, I want to talk to you about

Vandaag wil ik vertellen waarom het zo moeilijk is

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

om exacte cijfers te geven over de zeespiegelstijging

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

en waarom we, door anders te denken over radartechnologie

and earth-science education,

en aardwetenschapsonderwijs,

we can get much better at it.

daar veel beter in kunnen worden.

Wetenschapper die over zeespiegelstijging praten,

When most scientists talk about sea level rise,

they show a plot like this.

laten meestal zo'n grafiek zien.

This is produced using ice sheet and climate models.

Deze is gemaakt met modellen voor ijskap en klimaat.

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

Rechts zie je de zeespiegel-marge

predicted by these models over the next 100 years.

voorspeld door deze modellen voor de komende eeuw.

For context, this is current sea level,

Dit is de huidige zeespiegel,

and this is the sea level

en dit is de zeespiegel

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

waarboven meer dan 4 miljoen mensen zouden moeten verhuizen.

So in terms of planning,

Als het gaat om planning

the uncertainty in this plot is already large.

is de onzekerheid bij deze grafiek al behoorlijk groot.

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

Bij de grafiek staat ook nog eens een asterisk en een waarschuwing,

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

"... tenzij de West-Antarctische IJskap uiteen valt."

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

In dat geval hebben we het over dramatisch grotere aantallen.

They'd literally be off the chart.

Die vallen letterlijk van de grafiek af.

And the reason we should take that possibility seriously

En die mogelijkheid moeten we serieus nemen

is that we know from the geologic history of the Earth

omdat de geologische geschiedenis van de aarde zegt

that there were periods in its history

dat er periodes zijn geweest

when sea level rose much more quickly than today.

waarbij de zeespiegel veel sneller steeg dan nu.

And right now, we cannot rule out

En juist nu kunnen we niet uitsluiten

the possibility of that happening in the future.

dat zoiets nog eens gebeurt.

So why can't we say with confidence

Waarom kunnen we niet met zekerheid zeggen

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

of een aanzienlijk deel van de continentale ijskap

wel of niet uiteen zal vallen?

will or will not collapse?

Well, in order to do that, we need models

Daar hebben we modellen voor nodig

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

die alle processen, omstandigheden en fysica omvatten

that would be involved in a collapse like that.

die bij dat uiteenvallen komen kijken.

And that's hard to know,

En dat is moeilijk te bepalen,

because those processes and conditions are taking place

omdat zulke processen en omstandigheden plaatsvinden

beneath kilometers of ice,

onder kilometers dik ijs.

and satellites, like the one that produced this image,

Satellieten die zulke opnames maken,

are blind to observe them.

kunnen die niet zien.

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

We hebben meer gedetailleerde waarnemingen van het Mars-oppervlak

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

dan van wat er onder de ijskap van de zuidpool zit.

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

De uitdaging is nog groter, aangezien we waarnemingen nodig hebben

at a gigantic scale in both space and time.

op enorm grote schaal, zowel qua ruimte als in tijd.

In terms of space, this is a continent.

Qua oppervlak is dit een continent.

And in the same way that in North America,

En net als in Noord-Amerika,

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

waar de Rocky Mountains, de Everglades en de Grote Meren erg verschillend zijn,

so are the subsurface regions of Antarctica.

zijn de deelgebieden op de Zuidpool dat ook.

And in terms of time, we now know

Als we het over tijd hebben,

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

veranderen ijskappen niet alleen op een tijdschaal van millennia of eeuwen,

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

maar ze veranderen ook op een schaal van jaren en dagen.

So what we want is observations beneath kilometers of ice

We willen dus waarnemingen onder ijs van kilometers dik,

at the scale of a continent,

ter grootte van een continent,

and we want them all the time.

en we willen ze continu.

Hoe doen we dat?

So how do we do this?

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

We zijn niet helemaal blind voor de ondergrond.

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

In het begin zei ik dat ik radio-glacioloog was,

and the reason that that's a thing

en de reden waarom dat iets is,

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

is dat een vliegende ijsradar het belangrijkste gereedschap is

to see inside of ice sheets.

om in de ijskappen te kijken.

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

De meeste gegevens die mijn groep gebruikt, wordt door vliegtuigen verzameld

like this World War II-era DC-3,

zoals deze DC-3 uit de Tweede wereldoorlog,

that actually fought in the Battle of the Bulge.

die nog heeft gevochten in de Slag om de Ardennen.

You can see the antennas underneath the wing.

Je ziet de antennes onder de vleugel.

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

Deze worden gebruikt om radarsignalen uit te zenden het ijs in.

And the echos that come back contain information

De echo's die terugkomen, bevatten informatie

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

over wat er binnenin de ijslaag gebeurt.

While this is happening,

Terwijl dit gebeurt,

scientists and engineers are on the airplane

zitten er wetenschappers en ingenieurs acht uur lang in het vliegtuig,

for eight hours at a stretch,

making sure that the radar's working.

om te zorgen dat de radar werkt.

And I think this is actually a misconception

Ik denk dat er een misverstand is

about this type of fieldwork,

over dit soort veldwerk,

waarbij men zich voorstelt dat wetenschappers uit het raam turen

where people imagine scientists peering out the window,

contemplating the landscape, its geologic context

en het landschap bezien in zijn geologische context

and the fate of the ice sheets.

en het lot van de ijskappen.

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

Er was eens een kerel van Frozen Planet van de BBC bij zo'n vlucht.

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

Hij heeft uren gefilmd van ons, terwijl we aan knoppen draaiden.

(Laughter)

(Gelach)

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

Ik keek jaren later met mijn vrouw naar de serie.

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

Toen zagen we zo'n scène en ik zei dat het zo mooi was.

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

Ze zei: "Zat jij niet op die vlucht?"

(Laughter)

(Gelach)

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

Ik zei: "Ja, maar toen keek ik naar een computerscherm.

(Laughter)

(Gelach)

So when you think about this type of fieldwork,

Als je dus aan dit soort veldwerk denkt,

don't think about images like this.

denk dan niet aan zulke beelden.

Think about images like this.

Denk meer aan zoiets.

(Laughter)

(Gelach)

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

Dit is een radargram, een verticale doorsnee van de ijskap,

kind of like a slice of cake.

net zoiets als een plak cake.

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

De heldere laag bovenop is het oppervlak van de ijskap.

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

de heldere laag onderop is de rotsbodem van het continent zelf,

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

en de lagen ertussen die op jaarringen lijken,

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

bevatten informatie over de geschiedenis van de ijskap.

And it's amazing that this works this well.

Ongelofelijk dat dit zo goed werkt.

The ground-penetrating radars that are used

De radar die wordt gebruikt

to investigate infrastructures of roads or detect land mines

om het wegennet te onderzoeken of landmijnen te vinden,

komt moeilijk door een paar meter aarde.

struggle to get through a few meters of earth.

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

Hier kijken we door kilometers ijs.

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

Daar zijn geavanceerde, interessante elektromagnetische redenen voor,

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

maar laten we aannemen dat ijs heel goed werkt voor radar,

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

en dat radar een perfect middel is om ijslagen te bekijken.

These are the flight lines

Dit zijn de vluchtlijnen van de meeste radarprofielen vanuit de lucht.

of most of the modern airborne radar-sounding profiles

collected over Antarctica.

die verzameld zijn van de zuidpool.

This is the result of heroic efforts over decades

Dat is het resultaat van tientallen jaren heldhaftig onderzoek

by teams from a variety of countries and international collaborations.

door samenwerkende teams uit allerlei landen.

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

En als je die samenbrengt, krijg je zo'n plaatje.

which is what the continent of Antarctica would look like

Zo zou het Zuidpoolcontinent eruit zien

zonder het ijs erbovenop.

without all the ice on top.

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

Je kunt goed de verscheidenheid ervan zien op zo'n plaatje.

The red features are volcanoes or mountains;

De rode dingen zijn vulkanen of bergen,

the areas that are blue would be open ocean

de blauwe gebieden zou open oceaan zijn

if the ice sheet was removed.

als de ijskap weg was.

This is that giant spatial scale.

Dit is die enorme ruimtelijke schaal.

However, all of this that took decades to produce

Maar dit alles, dat tientallen jaren kostte om te maken,

is just one snapshot of the subsurface.

is maar een momentopname van de ondergrond.

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

Je komt daarmee niets te weten over de verandering in de tijd.

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

We werken daaraan, omdat blijkt

that the very first radar observations of Antarctica were collected

dat de eerste radarobservaties die van de Zuidpool zijn gedaan,

using 35 millimeter optical film.

op optische 35 mm-film waren.

And there were thousands of reels of this film

Ze hadden duizenden van deze filmpjes

in het archief van het museum van het Scott Poolonderzoeksinstituut

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

at the University of Cambridge.

aan de universiteit van Cambridge.

Afgelopen zomer nam ik een hypermoderne filmscanner mee

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

that was developed for digitizing Hollywood films and remastering them,

die was ontwikkeld voor het digitaliseren van Hollywood-films,

en twee kunsthistorici.

and two art historians,

and we went over to England, put on some gloves

We gingen naar Engeland, deden handschoenen aan

and archived and digitized all of that film.

en archiveerden en digitaliseerden de hele film.

So that produced two million high-resolution images

Dat resulteerde in twee miljoen foto's van hoge resolutie

that my group is now working on analyzing and processing

die mijn groep nu verwerkt en analyseert

for comparing with contemporary conditions in the ice sheet.

om ze te vergelijken met de toestand van de ijskap van nu.

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

en die scanner -- ik hoorde ervan

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

via een archivaris van de Academy of Motion Picture Arts and Sciences.

So I'd like to thank the Academy --

Ik wil de Academy daarom bedanken --

(Laughter)

(Gelach)

for making this possible.

voor het mogelijk maken.

(Laughter)

(Gelach)

And as amazing as it is

En hoe fantastisch het ook is

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

dat we kunnen kijken wat er 50 jaar geleden gebeurde onder de ijslaag,

this is still just one more snapshot.

is dit nog steeds alleen maar een momentopname.

It doesn't give us observations

We krijgen geen waarnemingen

of the variation at the annual or seasonal scale,

van de verandering per jaar of seizoen,

that we know matters.

waar het eigenlijk om gaat.

There's some progress here, too.

We gaan wel vooruit.

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

Je hebt nieuwe radarstations die op een vaste plek de grond staan.

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

Je neemt deze radars en zet ze op het ijs

and you bury a cache of car batteries.

en je begraaft een set autoaccu's.

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

Je laat ze daar een paar maanden of jaren staan,

en ze sturen pulsen het ijs in, om de paar minuten of uren.

and they send a pulse down into the ice sheet

every so many minutes or hours.

Daarmee krijg je dus doorlopend waarnemingen

So this gives you continuous observation in time --

but at one spot.

maar vanaf één plek.

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

Als je dus de beelden vergelijkt met de 2D-beelden vanuit het vliegtuig,

this is just one vertical line.

is dat slechts een verticale lijn.

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

En dit is dicht bij de plek waar we nu als veld zijn.

We can choose between good spatial coverage

We kunnen kiezen tussen goede ruimtelijke dekking

with airborne radar sounding

met radar vanuit de lucht

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

en goede tijdsverloop-dekking op één plek met een station op de grond.

But neither gives us what we really want:

Geen van beide doet wat we echt willen:

both at the same time.

beide tegelijkertijd.

And if we're going to do that,

We moeten dan een nieuwe manier vinden om naar de ijskap te kijken.

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

And ideally, those should be extremely low-cost

Liefst ook nog tegen extreem lage kosten,

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

zodat we veel metingen krijgen, van veel sensoren.

Well, for existing radar systems,

Voor bestaande radarsystemen

the biggest driver of cost is the power required

zijn de meeste kosten gemoeid met de benodigde energie

to transmit the radar signal itself.

om het radarsignaal zelf uit te zenden.

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

Het zou mooi zijn als we bestaande radiosystemen konden gebruiken

or radio signals that are in the environment.

of radiosignalen die al in die omgeving zijn.

And fortunately, the entire field of radio astronomy

Gelukkig is het hele veld van radioastronomie gebouwd

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

op het feit dat er heldere radiosignalen in de lucht zijn.

And a really bright one is our sun.

Een heel heldere is de zon.

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

Een van de spannendste dingen die mijn groep nu probeert,

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

is de radiostralen van de zon te gebruiken als een soort radarsignaal.

This is one of our field tests at Big Sur.

Een van onze veldtesten bij Big Sur.

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

Die tempeltoren van PVC is een antenne gebouwd door studenten in mijn lab.

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

Het idee hier is dat we buiten blijven in Big Sur

and we watch the sunset in radio frequencies,

en de zonsondergang bekijken als radiofrequenties,

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

en proberen de reflectie van de zon op de oceaan op te vangen.

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

Je denkt natuurlijk: "Er zijn geen gletsjers in Big Sur."

(Laughter)

(Gelach)

And that's true.

En dat klopt.

(Laughter)

(Gelach)

But it turns out that detecting the reflection of the sun

Het blijkt dat het detecteren van de weerspiegeling van de zon

off the surface of the ocean

via het oppervlak van de oceaan

and detecting the reflection off the bottom of an ice sheet

en via de bodem van een ijskap

are extremely geophysically similar.

geologisch precies hetzelfde gaat.

And if this works,

Als dat werkt

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

kunnen we hetzelfde meetprincipe toepassen op de Zuidpool.

Het is niet zo vergezocht als het klinkt.

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

De seismische industrie heeft eenzelfde ontwikkeling doorgemaakt,

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

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

waarbij ze van exploderend dynamiet

to using ambient seismic noise in the environment.

naar seismische omgevingsruis gingen.

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

Verdedigingsradars gebruiken tegelijk tv- en radiosignalen,

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

waardoor ze geen radarsignaal hoeven uit te zenden

and give away their position.

en hun positie hoeven weg te geven.

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

Dit zou echt kunnen gaan werken.

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

In dat geval moeten we super goedkope sensors hebben

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

zodat we netwerken van honderdduizenden op de ijskap kunnen maken voor beelden.

to do imaging.

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

En daar kunnen technologietoppers ons bij helpen.

Those earlier radar systems I talked about

Die oude radarsystemen waar ik het over had,

were developed by experienced engineers over the course of years

werden jarenlang ontwikkeld door ervaren technici met overheidsgeld

at national facilities

with expensive specialized equipment.

en met dure gespecialiseerde apparatuur.

But the recent developments in software-defined radio,

Maar de ontwikkelingen van op software gebaseerde radio,

rapid fabrication and the maker movement,

snelle fabricage en de 'maker'-beweging,

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

maken het mogelijk om met een team van tieners

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

die een paar maanden in mijn lab werken,

to build a prototype radar.

een prototype radar te maken.

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

Deze tieners zijn dan weliswaar studenten van Stanford,

but the point holds --

maar het blijft zo --

(Laughter)

(Gelach)

that these enabling technologies are letting us break down the barrier

dat deze faciliterende technologie de barrière kan wegnemen

between engineers who build instruments and scientists that use them.

tussen ingenieurs die instrumenten bouwen en wetenschappers die ze gebruiken.

And by teaching engineering students to think like earth scientists

Door ingenieurs in opleiding te leren denken als wetenschapper

and earth-science students who can think like engineers,

en aardwetenschappers die kunnen denken als ingenieur,

kan mijn lab een omgeving bouwen waar we speciale radarsensoren maken

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

for each problem at hand,

voor elk voorkomend probleem.

that are optimized for low cost and high performance

dat geoptimaliseerd is

voor lage kosten en hoge prestaties voor dát probleem.

for that problem.

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

Dat zal de manier waarop we ijskappen bekijken totaal veranderen.

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

Het zeespiegelprobleem en de rol van de cryosfeer op de zeespiegelstijging

is extremely important

is enorm belangrijk

and will affect the entire world.

en zal invloed op de hele aarde krijgen.

But that is not why I work on it.

Maar dat is niet waarom ik eraan werk.

I work on it for the opportunity to teach and mentor

Ik werk eraan om onderwijs en begeleiding te kunnen geven,

extremely brilliant students,

aan heel briljante studenten,

because I deeply believe that teams of hypertalented,

omdat ik erg geloof dat teams van zeer getalenteerde,

hyperdriven, hyperpassionate young people

zeer gedreven, zeer gepassioneerde jonge mensen

can solve most of the challenges facing the world,

de meeste wereldproblemen kunnen oplossen.

and that providing the observations required to estimate sea level rise

Waarnemingen doen om de zeespiegelstijging te voorspellen

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

is maar een van die problemen die kunnen en zullen worden opgelost.

Thank you.

Dank je wel.

(Applause)

(Applaus)