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

Translator: Huong Ngo Reviewer: Nguyen Hue

I'm a radio glaciologist.

Tôi là nhà nghiên cứu băng vô tuyến.

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

Tôi dùng rađa nghiên cứu sông và lớp băng.

And like most glaciologists right now,

Và như hầu hết các nhà nghiên cứu băng,

I'm working on the problem of estimating

Tôi ước tính bao nhiêu băng

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

sẽ làm tăng mực nước biển trong tương lai.

So today, I want to talk to you about

Nên hôm nay, tôi muốn nói tại sao

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

khó đặt ra số đẹp về mực nước biển dâng,

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

và tại sao tôi tin việc thay đổi cách nghĩ

về công nghệ rađa,

and earth-science education,

giáo dục khoa học trái đất,

we can get much better at it.

chúng ta có thể có nhiều lợi ích hơn.

When most scientists talk about sea level rise,

Hầu hết nhà khoa học nói về nước biển dâng

they show a plot like this.

họ chỉ ra kịch bản như này.

This is produced using ice sheet and climate models.

Vấn đề này là do sử dụng lớp băng và mô hình khí hậu.

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

Một mặt, bạn có thể thấy mực nước biển

predicted by these models over the next 100 years.

được dự đoán bởi các mô hình này

trong hơn 100 năm tới.

For context, this is current sea level,

Thực tế, đây là mực nước biển hiện tại,

and this is the sea level

và đây là mực nước biển

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

mà 4 triệu người có thể bị xóa sổ.

So in terms of planning,

Cho nên về mặt lên kế hoạch,

the uncertainty in this plot is already large.

thì kịch bản này không chắc chắn lắm rồi.

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

Tuy nhiên, ngoài ra, kịch bản này

còn đến cùng với một điềm báo trước,

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

"...trừ khi băng ở Tây nam Cực sụp đổ."

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

và trường hợp đó, chúng ta sẽ nói về

những con số cao hơn đáng kể.

They'd literally be off the chart.

Chúng thực sự vượt ra khỏi biểu đồ.

And the reason we should take that possibility seriously

Lý do ta nên nghiêm túc chịu trách nhiệm

is that we know from the geologic history of the Earth

đó là vì ta biết về lịch sử địa chất

that there were periods in its history

Trái Đất có các giai đoạn

when sea level rose much more quickly than today.

mực nước biển tăng lên nhanh hơn hiện nay.

And right now, we cannot rule out

Và hiện tại, chúng ta không thể loại trừ

the possibility of that happening in the future.

khả năng đó có thể xảy ra trong tương lai.

So why can't we say with confidence

Vậy tại sao chúng ta không khẳng định

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

một khối băng bằng một lục địa

sẽ sụp đổ hay không?

will or will not collapse?

Well, in order to do that, we need models

À, để làm được, chúng ta cần các mô hình

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

mà ta biết bao gồm tất cả quá trình,

điều kiện và vật lý

that would be involved in a collapse like that.

sẽ gây ra sự sụp đổ như vậy.

And that's hard to know,

Và thật khó để biết được,

because those processes and conditions are taking place

Vì các quá trình và điều kiện đang diễn ra

beneath kilometers of ice,

bên dưới nhiều km băng,

and satellites, like the one that produced this image,

và các vệ tinh, như vệ tinh chụp ảnh này,

are blind to observe them.

không quan sát được chúng.

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

Thật ra, chúng ta có nhiều sự quan sát

toàn diện về bề mặt sao hỏa

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

hơn những gì bên dưới lớp băng Nam cực.

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

Và điều này thậm chí khó khăn hơn

khi ta cần quan sát

at a gigantic scale in both space and time.

không gian và thời gian ở qui mô cực lớn.

In terms of space, this is a continent.

Về mặt không gian, đây là 1 lục địa.

And in the same way that in North America,

Và cũng như vậy ở Bắc Mĩ,

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

Dãy Rocky, vùng Everglades

và Great Lakes rất khác,

so are the subsurface regions of Antarctica.

vùng dưới bề mặt Nam Cực cũng vậy.

And in terms of time, we now know

Về mặt thời gian, bây giờ ta biết

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

các tảng băng không chỉ tiến hóa

qua hàng thế kỉ và hàng thiên niên kỉ,

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

mà còn thay đổi qui mô qua ngày và năm.

So what we want is observations beneath kilometers of ice

Nên những gì ta cần là quan sát bên dưới

at the scale of a continent,

hàng km băng ở qui mô lục địa,

and we want them all the time.

và chúng ta luôn mong đợi điều đó.

Vậy làm như thế nào?

So how do we do this?

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

Chúng ta hoàn toàn mù tịt về lớp bên dưới.

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

Như đã nói, tôi nghiên cứu băng vô tuyến,

and the reason that that's a thing

và lý do là ra đa thâm nhập

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

trên không là công cụ chính

to see inside of ice sheets.

để nhìn vào bên trong lớp băng.

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

Nên hầu hết dữ liệu nhóm tôi sử dụng

được lấy từ các máy bay

like this World War II-era DC-3,

như chiếc World War II-era DC-3 này,

that actually fought in the Battle of the Bulge.

đã thực sự chiến đấu trong Trận Ardennes.

You can see the antennas underneath the wing.

Bạn có thể thấy các anten bên dưới cánh.

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

Chúng được sử dụng để truyền

tín hiệu ra đa xuống băng.

And the echos that come back contain information

Và tiếng vọng trở về chứa thông tin

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

về những gì đang xảy ra trong

và dưới lớp băng.

While this is happening,

Trong khi đang bay,

scientists and engineers are on the airplane

các nhà khoa học và kĩ sư ở trên máy bay

for eight hours at a stretch,

khoảng 8 tiếng liên tục,

making sure that the radar's working.

để bảo đảm rằng ra đa đang hoạt động.

And I think this is actually a misconception

Và tôi nghĩ đây thực sự

là một khái niệm sai lầm

about this type of fieldwork,

vầ loại công tác thực địa này,

where people imagine scientists peering out the window,

nơi mà mọi người tưởng tượng

các nhà khoa học nhìn ra cửa sổ,

contemplating the landscape, its geologic context

chiêm ngưỡng phong cảnh, địa chất

and the fate of the ice sheets.

và số phận của những tảng băng.

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

Chúng tôi có 1 bạn từ "Frozen Planet"

BBC trên 1 trong các chuyến bay này.

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

Và anh ấy đã dành hàng giờ

để quay chúng tôi vặn nút.

(Cười)

(Laughter)

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

Và tôi và vợ đã thực sự xem bộ phim

vào nhiều năm sau đó,

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

và một cảnh như này xuất hiện,

tôi cảm thán về vẻ đẹp của nó.

Vợ tôi nói, "Không phải anh

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

trên chuyến bay đó sao?"

(Laughter)

(Cười)

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

Tôi nói, "Đúng, nhưng anh

đang nhìn màn hình máy tính."

(Laughter)

(Cười)

So when you think about this type of fieldwork,

Cho nên khi bạn nghĩ về loại công việc này

don't think about images like this.

đừng nghĩ về những hình ảnh như này.

Think about images like this.

Nên nghĩ về những hình ảnh như này.

(Laughter)

(Cười)

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

Đây là sơ đồ ra đa,

là đường thẳng xuyên qua tảng băng,

kind of like a slice of cake.

như một miếng bánh.

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

Lớp sáng phía trên là bề mặt tảng băng,

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

lớp sáng dưới đáy là tầng đá lục địa,

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

và lớp giữa là giống như vòng gỗ,

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

ở đó chứa thông tin lịch sử tảng băng.

And it's amazing that this works this well.

Và ngạc nhiên là chúng làm tốt việc này.

The ground-penetrating radars that are used

Các ra đa xâm nhập mặt đất được sử dụng

to investigate infrastructures of roads or detect land mines

để điều tra hạ tầng đường sá

hoặc dò thám bom trong đất

struggle to get through a few meters of earth.

gặp khó khăn khi xuyên qua vài mét đất.

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

Và ở đây chúng ta nhìn qua 3 km băng.

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

Và có các lý do điện từ thú vị, phức tạp,

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

nhưng từ bây giờ băng

về cơ bản là mục tiêu hoàn hảo cho ra đa,

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

và ra đa về cơ bản là công cụ

hoàn hảo để nghiên cứu băng.

These are the flight lines

Đây là những đường bay

of most of the modern airborne radar-sounding profiles

của hầu hết máy bay sử dụng âm thanh ra đa

thu thập thông tin trên Nam Cực.

collected over Antarctica.

This is the result of heroic efforts over decades

Đây là kết quả của những nỗ lực

phi thường hàng thập kỉ

by teams from a variety of countries and international collaborations.

của các nhóm từ nhiều quốc gia

và hợp tác quốc tế.

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

Khi bạn đặt chúng với nhau,

bạn sẽ có hình ảnh như này,

which is what the continent of Antarctica would look like

là lục địa Nam Cực trông như thế này

without all the ice on top.

khi không có băng phía trên.

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

Và bạn có thể thật sự thấy sự đa dạng

của lục địa này ở hình ảnh thế này đây.

The red features are volcanoes or mountains;

Những điểm màu đỏ là núi lửa hoặc núi,

the areas that are blue would be open ocean

khu vực màu xanh là biển khơi

if the ice sheet was removed.

nếu lớp băng bị dở bỏ.

This is that giant spatial scale.

Đây là một không gian khổng lồ.

However, all of this that took decades to produce

Tuy nhiên, tất cả không gian

mà mất hàng thập kỉ để tạo ra

is just one snapshot of the subsurface.

chỉ là một ảnh chụp nhanh bên dưới bề mặt.

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

Nó không cho ta chỉ định nào về lớp băng

đang thay đổi như thế nào theo thời gian.

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

Hiện tại, chúng ta làm về nó, vì hóa ra

that the very first radar observations of Antarctica were collected

rằng các quan sát ra đa đầu tiên

về Nam Cực thu thập được

using 35 millimeter optical film.

là bằng việc sử dụng phim quang học 35 mm.

And there were thousands of reels of this film

Và có hàng ngàn cuộn phim này

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

ở các nơi lưu trữ của bảo tàng

của Viện Scott Polar Research

at the University of Cambridge.

tại Đại học Cambridge.

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

Cho nên hè qua, tôi đã lấy máy quét phim hiện đại nhất

that was developed for digitizing Hollywood films and remastering them,

đã phát triển phim kĩ thuật số

ở Hollywood và sửa lại chúng,

and two art historians,

và 2 sử gia nghệ thuật,

and we went over to England, put on some gloves

và chúng tôi đi đến Anh, mang bao tay vào,

and archived and digitized all of that film.

lưu trữ và số hóa phim đó.

So that produced two million high-resolution images

Vậy là tạo ra 2 triệu hình ảnh

có độ phân giải cao

that my group is now working on analyzing and processing

mà nhóm tôi hiện đang phân tích và xử lí

for comparing with contemporary conditions in the ice sheet.

để so sánh với tình trạng trong lớp băng hiện giờ.

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

Và, thật ra, tôi tìm thấy máy quét phim

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

từ một nhà lưu trữ ở Viện Hàn lâm Khoa học và Nghệ thuật Điện ảnh.

So I'd like to thank the Academy --

Cho nên tôi muốn cảm ơn Viện

(Laughter)

(Cười)

for making this possible.

vì đã giúp thành hiện thực.

(Laughter)

(Cười)

And as amazing as it is

Và ngạc nhiên là

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

chúng ta có thể thấy những gì

diễn ra dưới lớp băng 50 năm trước

this is still just one more snapshot.

đây vẫn là một ảnh chụp nhanh nữa.

It doesn't give us observations

Chúng ta không thể quan sát

of the variation at the annual or seasonal scale,

biến đổi theo năm hay theo mùa,

that we know matters.

mà ta biết là quan trọng.

There's some progress here, too.

Cũng có vài sự tiến bộ ở đây.

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

Có các hệ thống ra đa mặt đất gần đây này ở một điểm.

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

Cho nên bạn lấy chúng và đặt trên lớp băng

and you bury a cache of car batteries.

và bạn chôn một ắc quy bên dưới.

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

Bạn để chúng ở đó vài tháng hoặc vài năm,

and they send a pulse down into the ice sheet

và chúng sẽ gửi xung động xuống lớp băng

every so many minutes or hours.

vài phút hoặc vài giờ một lần.

So this gives you continuous observation in time --

Nên điều này cho thấy sự quan sát liên tục

but at one spot.

nhưng chỉ ở một điểm.

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

Nên nếu bạn so sánh nó với hình ảnh 2-D

máy bay cung cấp,

this is just one vertical line.

thì đây chỉ là một đường thẳng.

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

Và điều này khá giống nơi ta ở hiện tại.

We can choose between good spatial coverage

Ta có thể chọn phủ sóng không gian tốt

with airborne radar sounding

bằng dò tìm ra đa trên không

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

hay độ bao phủ tạm thời tốt ở một chỗ với dò tìm trên mặt đất.

But neither gives us what we really want:

Nhưng cả hai đều không cho điều ta muốn:

both at the same time.

cả hai đều giống nhau.

And if we're going to do that,

Và nếu chúng ta làm,

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

chúng ta sẽ cần các cách quan sát băng hoàn toàn mới.

And ideally, those should be extremely low-cost

Và lý tưởng là chúng cực kỳ rẻ tiền

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

để mà chúng ta có thể dùng nhiều cảm biến để đo.

Well, for existing radar systems,

À, để duy trì hệ thống ra đa,

the biggest driver of cost is the power required

thì chi phí lớn nhất là cho công suất cần

to transmit the radar signal itself.

để tự truyền tín hiệu ra đa.

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

Nên thật tuyệt nếu có thể dùng các hệ thống ra đa hiện tại

or radio signals that are in the environment.

hay tín hiệu vô tuyến có trong môi trường.

And fortunately, the entire field of radio astronomy

Và may mắn là toàn bộ lĩnh vực thiên văn vô tuyến này

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

được hình thành dựa trên các tín hiệu vô tuyến sáng trên trời.

And a really bright one is our sun.

Và một cái rất sáng là mặt trời của chúng ta.

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

Nên 1 trong các thứ thú vị nhất mà nhóm tôi đang làm hiện nay

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

là thử dùng phát xạ vô tuyến mặt trời

như một loại tín hiệu ra đa.

This is one of our field tests at Big Sur.

Đây là 1 trong các thực nghiệm ở Big Sur.

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

Ống PVC đó là 1 giá đỡ do một số sinh viên

ở phòng thí nghiệm của tôi làm.

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

Và ý tưởng ở đây là

chúng ta ở ngoài Big Sur,

and we watch the sunset in radio frequencies,

và xem mặt trời lặn

ở tần số vô tuyến,

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

chúng ta thử dò phản xạ mặt trời

xuống bề mặt đại dương.

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

Bây giờ, tôi biết các bạn đang nghĩ

"Không có sông băng ở Big Sur."

(Laughter)

(Cười)

And that's true.

Và đúng là vậy.

(Laughter)

(Cười)

But it turns out that detecting the reflection of the sun

Nhưng hóa ra dò tìm phản xạ của mặt trời

off the surface of the ocean

trên mặt đại dương

và dò tìm phản xạ dưới đáy 1 lớp băng

and detecting the reflection off the bottom of an ice sheet

are extremely geophysically similar.

cực kỳ giống nhau về mặt địa vật lý.

And if this works,

Và nếu điều này đúng,

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

chúng ta sẽ có thể vận dụng

nguyên tắc đo như ở Nam Cực.

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

Và điều này không xa vời.

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

Ngành địa chấn đã trải qua

một bài phát triển kĩ thuật tương tự,

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

nơi mà họ có thể chuyển từ

sử dụng thuốc kích nổ thành

to using ambient seismic noise in the environment.

tiếng địa chấn xung quanh

trong môi trường đó.

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

Các ra đa phòng thủ

luôn sử dụng tín hiệu tivi và vô tuyến,

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

Nên họ không phải truyền tín hiệu ra đa

and give away their position.

và bỏ vị trí của họ.

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

Nên những gì tôi đang nói

là điều này có thể làm được

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

Và nếu được, chúng ta sẽ cần

các cảm biến cực rẻ tiền

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

để ta có thể dùng hệ thống với hàng trăm, ngàn cảm biến trên 1 tảng băng

to do imaging.

để lấy ảnh.

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

Và đó là nơi các ngôi sao công nghệ

thật sự liên kết để giúp chúng ta.

Those earlier radar systems I talked about

Cá hệ thống ra đa trước mà tôi đã nói là

were developed by experienced engineers over the course of years

được phát triển bởi các kĩ sư

có kinh nghiệm qua khóa học nhiều năm

at national facilities

ở các sơ sở quốc gia

với các thiết bị chuyên dụng đắc tiền.

with expensive specialized equipment.

But the recent developments in software-defined radio,

Nhưng phát triển mới về phần mềm định vị sóng vô tuyến,

rapid fabrication and the maker movement,

chế tạo nhanh và bước đột phá sản xuất,

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

khiến một nhóm thanh niên có thể

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

làm việc ở phòng thí nghiệm

suốt khóa học vài tháng

to build a prototype radar.

để tạo ra ra đa mẫu đầu tiên.

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

OK, không thanh niên nào khác,

họ là sinh viên Stanford,

but the point holds --

nhưng vẫn đúng

(Laughter)

(Cười)

that these enabling technologies are letting us break down the barrier

Những công nghệ hỗ trợ này

cho phép chúng ta phá bỏ rào cản

between engineers who build instruments and scientists that use them.

giữa các kĩ sư tạo ra thiết bị

và các nhà khoa học sử dụng chúng.

And by teaching engineering students to think like earth scientists

Và bằng việc dạy sinh viên ngành kĩ sư

nghĩ giống như các nhà khoa học trái đất,

and earth-science students who can think like engineers,

sinh viên khoa học trái đất

có thể nghĩ như kĩ sư,

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

phòng thí nghiệm đang tạo nên 1 môi trường

có thể tạo ra cảm biến ra đa đặc biệt

for each problem at hand,

cho mỗi vấn đề hiện có,

that are optimized for low cost and high performance

tối ưu hóa với chi phí thấp, năng suất cao

for that problem.

cho vấn đề đó.

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

Và nó sẽ hoàn toàn thay đổi

cách chúng ta quan sát lớp băng.

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

Nhìn xem, vấn đề mực nước biển và vai trò

của băng quyển đối với tăng mực nước biển

is extremely important

là cực kỳ quan trọng

and will affect the entire world.

và sẽ ảnh hưởng đến cả thế giới.

But that is not why I work on it.

Nhưng đó không là lý do để tôi nghiên cứu.

I work on it for the opportunity to teach and mentor

Tôi làm để có cơ hội dạy và hướng dẫn những học sinh cực kì thông minh,

extremely brilliant students,

because I deeply believe that teams of hypertalented,

vì tôi tin tưởng sâu sắc rằng các nhóm siêu tài năng, cuồng nhiệt, đam mê

hyperdriven, hyperpassionate young people

can solve most of the challenges facing the world,

có thể giải quyết hầu hết

khó khăn thế giới đối mặt,

and that providing the observations required to estimate sea level rise

và nếu quan sát để ước tính

mực nước biểng dâng

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

chỉ là một trong nhiều vấn đề như thế

thì họ có thể và sẽ giải quyết được.

Thank you.

Cảm ơn.

(Applause)

(Vỗ tay)