Как заглянуть под ледяной щит Антарктиды на километры вглубь

Антарктида — обширное и постоянно меняющееся место. Однако радиолокационные технологии — от плёнки времён Второй мировой до новейших миниатюрных датчиков — позволяют учёным отслеживать и понимать изменения подо льдом континента с беспрецедентной точностью. Присоединяйтесь к Дастину Шредеру в полёте над Антарктидой и узнайте, как радары подлёдного зондирования помогают нам определить повышение уровня моря в будущем и что таяние льда означает для всех нас.

Я радиогляциолог.

Я занимаюсь исследованием ледников
и ледяных щитов с помощью радара.

Как и большинство моих коллег сегодня,

я пытаюсь решить проблему оценки

степени воздействия льда
на повышение уровня моря в будущем.

Сегодня я хочу рассказать,

почему так сложно точно рассчитать
повышение уровня моря

и почему я считаю, что изменение
отношения к радиолокационной технологии

и преподаванию геонаук

поможет нам преуспеть.

Говоря о повышении уровня воды,

учёные обычно показывают подобный график

на основе климатических моделей
и моделей ледяных щитов.

Справа указан диапазон уровня воды,

который прогнозируют такие модели
на ближайшие сто лет.

Для сравнения, вот уровень моря сегодня,

а выше этого уровня моря

более четырёх миллионов людей
окажутся под угрозой переселения.

С точки зрения планирования

данная диаграмма уже
весьма неопределённа.

Однако вдобавок к этому
под графиком стоит звёздочка с оговоркой:

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

В этом случае показатели
были бы значительно выше.

Они бы в буквальном смысле
вышли за рамки.

И к этой возможности
стоит относиться серьёзно,

ведь из геологической истории Земли

нам известны периоды,

когда уровень моря поднимался
гораздо быстрее, чем сегодня.

И пока мы не можем гарантировать,

что этого не произойдёт в будущем.

Так почему же мы не можем
с уверенностью сказать,

обрушится или нет значительная часть

ледяного щита целого континента?

Для этого нужно составлять модели

с указанием всех процессов,
условий и физических явлений,

происходящих при таком обрушении.

Но мы не знаем их наверняка,

ведь эти процессы и условия протекают

под многокилометровой толщей льда,

и спутникам, которые делают
подобные снимки,

они недоступны.

На самом деле мы гораздо лучше
изучили поверхность Марса,

чем то, что находится под
антарктическим ледяным щитом.

Более того, нам нужно делать наблюдения

огромного масштаба
и в пространстве, и во времени.

С точки зрения пространства это континент.

Подобно тому, как в Северной Америке

отчётливо видны Скалистые горы,
парк Эверглейдс и Великие озёра,

подповерхностные регионы Антарктиды
тоже различимы на карте.

Что касается времени,

то теперь мы знаем,

что ледяные щиты не только формируются
веками и тысячелетиями,

но и меняются в течение
нескольких лет и даже дней.

Вот почему мы хотим вести
наблюдения под километрами льда

в масштабе целого континента

и хотим вести их постоянно.

Как же нам этого добиться?

Некоторая часть того, что находится
под поверхностью Антарктиды,

нам всё же доступна.

В самом начале я сказал вам,
что я радиогляциолог.

Такая профессия существует,

потому что основной инструмент,

с помощью которого
мы заглядываем вглубь ледяных щитов, —

радар подлёдного зондирования.

Большинство используемых моей командой
данных собирают самолёты,

такие как вот этот DC-3
времён Второй мировой,

который пережил ещё
наступление в Арденнах.

Под крылом у него есть антенны.

С их помощью сигналы радара
передаются в лёд.

А отражающееся эхо даёт нам понять,

что происходит внутри
ледяного щита и под ним.

Во время этого процесса

учёные и инженеры проводят на самолёте

по восемь часов без перерыва,

обеспечивая исправную работу радара.

Мне кажется, существует заблуждение

о подобных полевых работах.

Что учёные только и делают,
что смотрят в окно,

размышляют о местности,
её геологическом контексте

и судьбе ледяных щитов.

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

Оператор несколько часов снимал,
как мы вращаем ручки.

(Смех)

Несколько лет спустя
мы с женой смотрели этот сериал.

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

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

(Смех)

Я ответил, что тогда смотрел в монитор.

(Смех)

Так что, думая о полевых работах
в Антарктиде,

не представляйте себе такие картины.

Представляйте вот такие.

(Смех)

Это радарограмма —
поперечный разрез ледяного щита,

похожий на кусок торта.

Белый слой сверху —
поверхность ледяного щита,

белый слой снизу —
земная кора самого континента,

а слои между ними,
как годичные кольца у деревьев,

рассказывают об истории ледяного щита.

Удивительно, как хорошо это работает.

Георадары, которые используются

для изучения инфраструктуры дорог
и обнаружения мин,

с трудом проходят сквозь
пару метров земли.

А мы смотрим сквозь три километра льда.

И на то есть изощрённые, увлекательные,
электромагнитные причины,

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

а радар — идеальный инструмент
для исследования ледяных щитов.

По этим линиям полёта

современные воздушные радары
сделали геологические разрезы

по всей Антарктиде.

Это результат десятилетий
героических усилий

команд из разных стран
и международных совместных проектов.

Соединив все разрезы вместе,
мы получаем такое изображение.

Так выглядел бы Антарктический континент

безо льда.

На изображении хорошо видно,
насколько разнообразен рельеф Антарктиды.

Красным отмечены вулканы и горы;

синие области были бы открытым океаном,

если бы ледяного щита не было.

Это — огромный пространственный масштаб.

Однако всё это,
создававшееся десятилетиями, —

всего лишь один снимок подповерхности.

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

Мы уже решаем эту проблему,
ведь, как оказалось,

самые первые радиолокационные
наблюдения Антарктиды снимались

с помощью 35-мм киноплёнки.

Несколько тысяч рулонов
этой плёнки находятся

в архивах музея Института
полярных исследований имени Скотта

в Кембридже.

Прошлым летом я взял с собой
новейший телекинопроектор,

созданный для оцифровки и улучшения
качества голливудских фильмов,

и двух искусствоведов.

Мы прилетели в Англию, надели перчатки

и заархивировали
и оцифровали всю эту плёнку.

Мы получили два миллиона
снимков высокого разрешения.

Сейчас моя группа анализирует
и обрабатывает их,

чтобы сравнить с нынешним
состоянием ледяного щита.

Кстати, об этом проекторе я узнал

от архивиста Академии
кинематографических искусств и наук.

Поэтому я бы хотел
поблагодарить Академию...

(Смех)

...за такую возможность.

(Смех)

Но как бы ни было удивительно,

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

это не более, чем ещё один снимок.

Он не даст нам проследить

ежегодные или ежемесячные изменения,

а мы знаем, как это важно.

Здесь мы тоже не стоим на месте.

Есть новые наземные радиолокационные
системы, находящиеся на одном месте.

Такие радары ставят на ледяной щит
и закапывают в снег

запас автомобильных аккумуляторов.

Оставляют их там
на несколько месяцев или лет,

и они посылают импульс в ледяной щит

раз в несколько минут или часов.

Получается непрерывное
наблюдение во времени,

но на одном месте.

Если сравнивать со снимками из самолёта,

то это просто одна вертикальная линия.

Так и обстоят сейчас дела в нашей области.

Надо выбирать между
хорошим пространственным охватом

с воздушным зондированием

и временным охватом
с наземным зондированием.

Но на самом деле мы хотим

и то, и другое одновременно.

Чтобы добиться этого,

нужны совершенно новые способы
наблюдения за ледяным щитом.

В идеале они должны быть очень недорогими,

чтобы снимать множество показаний
со множества датчиков.

У существующих радиолокационных систем

больше всего расходов уходит на энергию

для передачи самогó сигнала.

Поэтому было бы неплохо
использовать существующие системы

или радиосигналы из окружающей среды.

На наше счастье, вся сфера радиоастрономии

построена на том, что на небе
есть яркие радиосигналы.

А самый яркий — это наше солнце.

Один из самых интересных
проектов моей группы —

использование солнечных радиоизлучений
в качестве радиосигнала.

Вот одно из наших
полевых испытаний в Биг-Суре.

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

Идея вот в чём: находясь в Биг-Суре,

мы наблюдаем закат в радиочастотах

и определяем отражение солнца
с поверхности океана.

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

(Смех)

Так и есть.

(Смех)

Но оказывается,
что определение отражения солнца

с поверхности океана

и со дна ледяного щита

геофизически очень похожи.

Если у нас всё получится,

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

Это более вероятно, чем кажется.

Сейсмическая отрасль прошла через похожее
совершенствование своих методов.

Им удалось перейти со взрыва динамитов
в качестве источника

на сейсмический фоновый шум
в окружающей среде.

А военные радары часто пользуются
сигналами радио и телевидения,

чтобы не передавать сигналы
со своих радаров

и не выдавать своё местоположение.

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

И в таком случае нам понадобятся
очень недорогие датчики.

Тогда мы сможем разместить
сотни тысяч датчиков на ледяной щит,

чтобы они делали снимки.

И здесь для помощи нам действительно
сошлись технологические звёзды.

Первые РЛС, о которых я уже говорил,

в течение нескольких лет
создавали опытные инженеры

в госучреждениях с дорогим

специализированным оборудованием.

Но изобретения в области
программно-определяемых радиосистем

и быстрого прототипирования,

а также движение производителей
позволяют команде подростков

за несколько месяцев работы
в моей лаборатории

построить прототип радара.

Хорошо, это не простые подростки,
а студенты Стэнфорда,

но суть та же...

(Смех)

что эти вспомогательные
технологии стирают границы

между инженерами,
которые создают инструменты,

и учёными, которые ими пользуются.

Когда студенты-инженеры
начинают мыслить, как геологи,

а студенты-геологи —
мыслить, как инженеры,

моя лаборатория превращается в среду́,

где мы можем создать
свой радиолокационный датчик

для каждой отдельной проблемы,

оптимизированный под низкую стоимость
и высокую производительность

для решения этой проблемы.

Это в корне изменит
способы наблюдения за ледяным щитом.

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

очень важная проблема,

которая волнует весь мир.

Но я занимаюсь этим по другой причине.

Для меня это возможность
быть учителем и наставником

чрезвычайно умных студентов.

Я глубоко убеждён,
что команды гиперталантливых,

гипермотивированных
и гиперувлечённых молодых людей

могут решить большую часть
проблем нашего мира.

Получение необходимых наблюдений
для оценки повышения уровня моря —

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

Спасибо.

(Аплодисменты)