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

Переводчик: Polina Nikitina Редактор: Yulia Kallistratova

I'm a radio glaciologist.

Я радиогляциолог.

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

Я занимаюсь исследованием ледников и ледяных щитов с помощью радара.

And like most glaciologists right now,

Как и большинство моих коллег сегодня,

I'm working on the problem of estimating

я пытаюсь решить проблему оценки

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

степени воздействия льда на повышение уровня моря в будущем.

So today, I want to talk to you about

Сегодня я хочу рассказать,

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

почему так сложно точно рассчитать повышение уровня моря

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

и почему я считаю, что изменение отношения к радиолокационной технологии

and earth-science education,

и преподаванию геонаук

we can get much better at it.

поможет нам преуспеть.

When most scientists talk about sea level rise,

Говоря о повышении уровня воды,

учёные обычно показывают подобный график

they show a plot like this.

This is produced using ice sheet and climate models.

на основе климатических моделей и моделей ледяных щитов.

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

Справа указан диапазон уровня воды,

predicted by these models over the next 100 years.

который прогнозируют такие модели на ближайшие сто лет.

For context, this is current sea level,

Для сравнения, вот уровень моря сегодня,

and this is the sea level

а выше этого уровня моря

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

более четырёх миллионов людей окажутся под угрозой переселения.

So in terms of planning,

С точки зрения планирования

the uncertainty in this plot is already large.

данная диаграмма уже весьма неопределённа.

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

Однако вдобавок к этому под графиком стоит звёздочка с оговоркой:

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

«...при условии, если ледяной щит в Антарктиде не обрушится».

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

В этом случае показатели были бы значительно выше.

They'd literally be off the chart.

Они бы в буквальном смысле вышли за рамки.

And the reason we should take that possibility seriously

И к этой возможности стоит относиться серьёзно,

is that we know from the geologic history of the Earth

ведь из геологической истории Земли

that there were periods in its history

нам известны периоды,

когда уровень моря поднимался гораздо быстрее, чем сегодня.

when sea level rose much more quickly than today.

And right now, we cannot rule out

И пока мы не можем гарантировать,

the possibility of that happening in the future.

что этого не произойдёт в будущем.

So why can't we say with confidence

Так почему же мы не можем с уверенностью сказать,

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

обрушится или нет значительная часть

will or will not collapse?

ледяного щита целого континента?

Well, in order to do that, we need models

Для этого нужно составлять модели

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

с указанием всех процессов, условий и физических явлений,

that would be involved in a collapse like that.

происходящих при таком обрушении.

And that's hard to know,

Но мы не знаем их наверняка,

because those processes and conditions are taking place

ведь эти процессы и условия протекают

beneath kilometers of ice,

под многокилометровой толщей льда,

and satellites, like the one that produced this image,

и спутникам, которые делают подобные снимки,

are blind to observe them.

они недоступны.

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

На самом деле мы гораздо лучше изучили поверхность Марса,

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

чем то, что находится под антарктическим ледяным щитом.

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

Более того, нам нужно делать наблюдения

at a gigantic scale in both space and time.

огромного масштаба и в пространстве, и во времени.

In terms of space, this is a continent.

С точки зрения пространства это континент.

And in the same way that in North America,

Подобно тому, как в Северной Америке

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

отчётливо видны Скалистые горы, парк Эверглейдс и Великие озёра,

so are the subsurface regions of Antarctica.

подповерхностные регионы Антарктиды тоже различимы на карте.

And in terms of time, we now know

Что касается времени,

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

то теперь мы знаем,

что ледяные щиты не только формируются веками и тысячелетиями,

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

но и меняются в течение нескольких лет и даже дней.

So what we want is observations beneath kilometers of ice

Вот почему мы хотим вести наблюдения под километрами льда

at the scale of a continent,

в масштабе целого континента

and we want them all the time.

и хотим вести их постоянно.

So how do we do this?

Как же нам этого добиться?

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

Некоторая часть того, что находится под поверхностью Антарктиды,

нам всё же доступна.

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

В самом начале я сказал вам, что я радиогляциолог.

and the reason that that's a thing

Такая профессия существует,

потому что основной инструмент,

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

с помощью которого мы заглядываем вглубь ледяных щитов, —

to see inside of ice sheets.

радар подлёдного зондирования.

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

Большинство используемых моей командой данных собирают самолёты,

like this World War II-era DC-3,

такие как вот этот DC-3 времён Второй мировой,

that actually fought in the Battle of the Bulge.

который пережил ещё наступление в Арденнах.

You can see the antennas underneath the wing.

Под крылом у него есть антенны.

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

С их помощью сигналы радара передаются в лёд.

And the echos that come back contain information

А отражающееся эхо даёт нам понять,

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

что происходит внутри ледяного щита и под ним.

While this is happening,

Во время этого процесса

scientists and engineers are on the airplane

учёные и инженеры проводят на самолёте

for eight hours at a stretch,

по восемь часов без перерыва,

making sure that the radar's working.

обеспечивая исправную работу радара.

And I think this is actually a misconception

Мне кажется, существует заблуждение

about this type of fieldwork,

о подобных полевых работах.

where people imagine scientists peering out the window,

Что учёные только и делают, что смотрят в окно,

contemplating the landscape, its geologic context

размышляют о местности, её геологическом контексте

and the fate of the ice sheets.

и судьбе ледяных щитов.

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

Однажды наш полёт снимали для сериала BBC «Замёрзшая планета».

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

Оператор несколько часов снимал, как мы вращаем ручки.

(Laughter)

(Смех)

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

Несколько лет спустя мы с женой смотрели этот сериал.

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

Когда в кадре появился подобный пейзаж, я сказал, что он очень красивый.

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

И она спросила: «Разве ты не видел его из самолёта?»

(Laughter)

(Смех)

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

Я ответил, что тогда смотрел в монитор.

(Laughter)

(Смех)

So when you think about this type of fieldwork,

Так что, думая о полевых работах в Антарктиде,

don't think about images like this.

не представляйте себе такие картины.

Think about images like this.

Представляйте вот такие.

(Laughter)

(Смех)

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

Это радарограмма — поперечный разрез ледяного щита,

kind of like a slice of cake.

похожий на кусок торта.

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

Белый слой сверху — поверхность ледяного щита,

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

белый слой снизу — земная кора самого континента,

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

а слои между ними, как годичные кольца у деревьев,

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

рассказывают об истории ледяного щита.

And it's amazing that this works this well.

Удивительно, как хорошо это работает.

The ground-penetrating radars that are used

Георадары, которые используются

to investigate infrastructures of roads or detect land mines

для изучения инфраструктуры дорог и обнаружения мин,

struggle to get through a few meters of earth.

с трудом проходят сквозь пару метров земли.

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

А мы смотрим сквозь три километра льда.

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

И на то есть изощрённые, увлекательные, электромагнитные причины,

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

но пока просто скажем, что лёд — это, пожалуй, идеальная цель для радара,

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

а радар — идеальный инструмент для исследования ледяных щитов.

These are the flight lines

По этим линиям полёта

of most of the modern airborne radar-sounding profiles

современные воздушные радары сделали геологические разрезы

collected over Antarctica.

по всей Антарктиде.

This is the result of heroic efforts over decades

Это результат десятилетий героических усилий

by teams from a variety of countries and international collaborations.

команд из разных стран и международных совместных проектов.

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

Соединив все разрезы вместе, мы получаем такое изображение.

which is what the continent of Antarctica would look like

Так выглядел бы Антарктический континент

without all the ice on top.

безо льда.

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

На изображении хорошо видно, насколько разнообразен рельеф Антарктиды.

The red features are volcanoes or mountains;

Красным отмечены вулканы и горы;

the areas that are blue would be open ocean

синие области были бы открытым океаном,

if the ice sheet was removed.

если бы ледяного щита не было.

This is that giant spatial scale.

Это — огромный пространственный масштаб.

However, all of this that took decades to produce

Однако всё это, создававшееся десятилетиями, —

is just one snapshot of the subsurface.

всего лишь один снимок подповерхности.

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

Он не сообщает нам о том, как ледяной щит изменяется во времени.

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

Мы уже решаем эту проблему, ведь, как оказалось,

that the very first radar observations of Antarctica were collected

самые первые радиолокационные наблюдения Антарктиды снимались

using 35 millimeter optical film.

с помощью 35-мм киноплёнки.

And there were thousands of reels of this film

Несколько тысяч рулонов этой плёнки находятся

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

в архивах музея Института полярных исследований имени Скотта

at the University of Cambridge.

в Кембридже.

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

Прошлым летом я взял с собой новейший телекинопроектор,

that was developed for digitizing Hollywood films and remastering them,

созданный для оцифровки и улучшения качества голливудских фильмов,

and two art historians,

и двух искусствоведов.

and we went over to England, put on some gloves

Мы прилетели в Англию, надели перчатки

and archived and digitized all of that film.

и заархивировали и оцифровали всю эту плёнку.

So that produced two million high-resolution images

Мы получили два миллиона снимков высокого разрешения.

that my group is now working on analyzing and processing

Сейчас моя группа анализирует и обрабатывает их,

for comparing with contemporary conditions in the ice sheet.

чтобы сравнить с нынешним состоянием ледяного щита.

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

Кстати, об этом проекторе я узнал

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

от архивиста Академии кинематографических искусств и наук.

So I'd like to thank the Academy --

Поэтому я бы хотел поблагодарить Академию...

(Laughter)

(Смех)

for making this possible.

...за такую возможность.

(Laughter)

(Смех)

And as amazing as it is

Но как бы ни было удивительно,

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

что нам довелось взглянуть на то, каким был ледяной щит 50 лет назад,

this is still just one more snapshot.

это не более, чем ещё один снимок.

It doesn't give us observations

Он не даст нам проследить

of the variation at the annual or seasonal scale,

ежегодные или ежемесячные изменения,

that we know matters.

а мы знаем, как это важно.

There's some progress here, too.

Здесь мы тоже не стоим на месте.

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

Есть новые наземные радиолокационные системы, находящиеся на одном месте.

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

Такие радары ставят на ледяной щит и закапывают в снег

and you bury a cache of car batteries.

запас автомобильных аккумуляторов.

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

Оставляют их там на несколько месяцев или лет,

and they send a pulse down into the ice sheet

и они посылают импульс в ледяной щит

every so many minutes or hours.

раз в несколько минут или часов.

So this gives you continuous observation in time --

Получается непрерывное наблюдение во времени,

but at one spot.

но на одном месте.

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

Если сравнивать со снимками из самолёта,

this is just one vertical line.

то это просто одна вертикальная линия.

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

Так и обстоят сейчас дела в нашей области.

We can choose between good spatial coverage

Надо выбирать между хорошим пространственным охватом

with airborne radar sounding

с воздушным зондированием

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

и временным охватом с наземным зондированием.

But neither gives us what we really want:

Но на самом деле мы хотим

both at the same time.

и то, и другое одновременно.

And if we're going to do that,

Чтобы добиться этого,

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

нужны совершенно новые способы наблюдения за ледяным щитом.

And ideally, those should be extremely low-cost

В идеале они должны быть очень недорогими,

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

чтобы снимать множество показаний со множества датчиков.

Well, for existing radar systems,

У существующих радиолокационных систем

the biggest driver of cost is the power required

больше всего расходов уходит на энергию

to transmit the radar signal itself.

для передачи самогó сигнала.

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

Поэтому было бы неплохо использовать существующие системы

or radio signals that are in the environment.

или радиосигналы из окружающей среды.

And fortunately, the entire field of radio astronomy

На наше счастье, вся сфера радиоастрономии

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

построена на том, что на небе есть яркие радиосигналы.

And a really bright one is our sun.

А самый яркий — это наше солнце.

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

Один из самых интересных проектов моей группы —

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

использование солнечных радиоизлучений в качестве радиосигнала.

This is one of our field tests at Big Sur.

Вот одно из наших полевых испытаний в Биг-Суре.

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

Эта конструкция из труб — стойка антенны, построенная студентами в моей лаборатории.

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

Идея вот в чём: находясь в Биг-Суре,

and we watch the sunset in radio frequencies,

мы наблюдаем закат в радиочастотах

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

и определяем отражение солнца с поверхности океана.

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

Я знаю, о чём вы думаете: «Но ведь в Биг-Суре нет ледников!»

(Laughter)

(Смех)

And that's true.

Так и есть.

(Laughter)

(Смех)

But it turns out that detecting the reflection of the sun

Но оказывается, что определение отражения солнца

off the surface of the ocean

с поверхности океана

and detecting the reflection off the bottom of an ice sheet

и со дна ледяного щита

are extremely geophysically similar.

геофизически очень похожи.

And if this works,

Если у нас всё получится,

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

то мы сможем применять такой же принцип измерения и в Антарктиде.

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

Это более вероятно, чем кажется.

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

Сейсмическая отрасль прошла через похожее совершенствование своих методов.

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

Им удалось перейти со взрыва динамитов в качестве источника

to using ambient seismic noise in the environment.

на сейсмический фоновый шум в окружающей среде.

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

А военные радары часто пользуются сигналами радио и телевидения,

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

чтобы не передавать сигналы со своих радаров

and give away their position.

и не выдавать своё местоположение.

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

Я хочу сказать, что шансы на успех у нас есть.

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

И в таком случае нам понадобятся очень недорогие датчики.

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

Тогда мы сможем разместить сотни тысяч датчиков на ледяной щит,

to do imaging.

чтобы они делали снимки.

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

И здесь для помощи нам действительно сошлись технологические звёзды.

Those earlier radar systems I talked about

Первые РЛС, о которых я уже говорил,

were developed by experienced engineers over the course of years

в течение нескольких лет создавали опытные инженеры

at national facilities

в госучреждениях с дорогим

with expensive specialized equipment.

специализированным оборудованием.

But the recent developments in software-defined radio,

Но изобретения в области программно-определяемых радиосистем

rapid fabrication and the maker movement,

и быстрого прототипирования,

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

а также движение производителей позволяют команде подростков

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

за несколько месяцев работы в моей лаборатории

to build a prototype radar.

построить прототип радара.

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

Хорошо, это не простые подростки, а студенты Стэнфорда,

but the point holds --

но суть та же...

(Laughter)

(Смех)

that these enabling technologies are letting us break down the barrier

что эти вспомогательные технологии стирают границы

between engineers who build instruments and scientists that use them.

между инженерами, которые создают инструменты,

и учёными, которые ими пользуются.

And by teaching engineering students to think like earth scientists

Когда студенты-инженеры начинают мыслить, как геологи,

and earth-science students who can think like engineers,

а студенты-геологи — мыслить, как инженеры,

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

моя лаборатория превращается в среду́,

где мы можем создать свой радиолокационный датчик

for each problem at hand,

для каждой отдельной проблемы,

that are optimized for low cost and high performance

оптимизированный под низкую стоимость и высокую производительность

for that problem.

для решения этой проблемы.

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

Это в корне изменит способы наблюдения за ледяным щитом.

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

Конечно, тема уровня моря и влияние криосферы на его повышение —

is extremely important

очень важная проблема,

and will affect the entire world.

которая волнует весь мир.

But that is not why I work on it.

Но я занимаюсь этим по другой причине.

I work on it for the opportunity to teach and mentor

Для меня это возможность быть учителем и наставником

extremely brilliant students,

чрезвычайно умных студентов.

because I deeply believe that teams of hypertalented,

Я глубоко убеждён, что команды гиперталантливых,

hyperdriven, hyperpassionate young people

гипермотивированных и гиперувлечённых молодых людей

can solve most of the challenges facing the world,

могут решить большую часть проблем нашего мира.

and that providing the observations required to estimate sea level rise

Получение необходимых наблюдений для оценки повышения уровня моря —

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

это лишь одна из многих проблем, решение которой им под силу.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)