TED日本語 - クリスティン・ポイナー: グリーンランドの氷床の下に何が隠されているのか?


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TED日本語 - クリスティン・ポイナー: グリーンランドの氷床の下に何が隠されているのか?

TED Talks

What's hidden under the Greenland ice sheet?
Kristin Poinar




When was I was 21 years old, I had all this physics homework. Physics homework requires taking breaks, and Wikipedia was relatively new, so I took a lot of breaks there. I kept going back to the same articles, reading them again and again, on glaciers, Antarctica and Greenland. How cool would it be to visit these places and what would it take to do so? Well, here we are on a repurposed Air Force cargo plane operated by NASA flying over the Greenland ice sheet. There's a lot to see here, but there's more that is hidden, waiting to be uncovered. What the Wikipedia articles didn't tell me is that there's liquid water hidden inside the ice sheet, because we didn't know that yet.

I did learn on Wikipedia that the Greenland ice sheet is huge, the size of Mexico, and its ice from top to bottom is two miles thick. But it's not just static. The ice flows like a river downhill towards the ocean. As it flows around bends, it deforms and cracks.

I get to study these amazing ice dynamics, which are located in one of the most remote physical environments remaining on earth. To work in glaciology right now is like getting in on the ground floor at Facebook in the 2000s.


Our capability to fly airplanes and satellites over the ice sheets is revolutionizing glaciology. It's just starting to do for science what the smartphone has done for social media.

The satellites are reporting a wealth of observations that are revealing new hidden facts about the ice sheets continuously. For instance, we have observations of the size of the Greenland ice sheet every month going back to 2002. You can look towards the bottom of the screen here to see the month and the year go forward. You can see that some areas of the ice sheet melt or lose ice in the summer. Other areas experience snowfall or gain ice back in the winter. This seasonal cycle, though, is eclipsed by an overall rate of mass loss that would have stunned a glaciologist 50 years ago. We never thought that an ice sheet could lose mass into the ocean this quickly. Since these measurements began in 2002, the ice sheet has lost so much ice that if that water were piled up on our smallest continent, it would drown Australia knee-deep. How is this possible? Well, under the ice lies the bedrock. We used radar to image the hills, valleys, mountains and depressions that the ice flows over. Hidden under the ice sheet are channels the size of the Grand Canyon that funnel ice and water off of Greenland and into the ocean.

The reason that radar can reveal the bedrock is that ice is entirely transparent to radar. You can do an experiment. Go home and put an ice cube in the microwave. It won't melt, because microwaves, or radar, pass straight through the ice without interacting. If you want to melt your ice cube, you have to get it wet, because water heats up easily in the microwave. That's the whole principle the microwave oven is designed around. Radar can see water. And radar has revealed a vast pool of liquid water hidden under my colleague Olivia,seven stories beneath her feet. Here, she's used a pump to bring some of that water back to the ice sheet's surface.

Just six years ago, we had no idea this glacier aquifer existed. The aquifer formed when snow melts in the summer sun and trickles downward. It puddles up in huge pools. From there, the snow acts as an igloo, insulating this water from the cold and the wind above. So the water can stay hidden in the ice sheet in liquid form year after year. The question is, what happens next? Does the water stay there forever? It could. Or does it find a way out to reach the global ocean? One possible way for the water to reach the bedrock and from there the ocean is a crevasse, or a crack in the ice. When cracks fill with water, the weight of the water forces them deeper and deeper. This is how fracking works to extract natural gas from deep within the earth. Pressurized fluids fracture rocks. All it takes is a crack to get started.

Well, we recently discovered that there are cracks available in the Greenland ice sheet near this glacier aquifer. You can fly over most of the Greenland ice sheet and see nothing, no cracks, no features on the surface, but as this helicopter flies towards the coast, the path that water would take on its quest to flow downhill,one crack appears, then another and another. Are these cracks filled with liquid water? And if so, how deep do they take that water? Can they take it to the bedrock and the ocean? To answer these questions, we need something beyond remote sensing data. We need numeric models.

I write numeric models that run on supercomputers. A numeric model is simply a set of equations that works together to describe something. It can be as simple as the next number in a sequence -- one,three,five,seven -- or it can be a more complex set of equations that predict the future based on known conditions in the present. In our case, what are the equations for how ice cracks? Well, engineers already have a very good understanding of how aluminum, steel and plastics fracture under stress. It's an important problem in our society. And it turns out that the engineering equations for how materials fracture are not that different from my physics homework. So I borrowed them, adapted them for ice, and then I had a numeric model for how a crevasse can fracture when filled with water from the aquifer. This is the power of math. It can help us understand real processes in our world.

I'll show you now the results of my numeric model, but first I should point out that the crevasse is about a thousand times narrower than it is deep, so in the main panel here, we've zoomed in to better see the details. You can look to the smaller panel on the right to see the true scale for how tall and skinny the crevasse is.

As the aquifer water flows into the crevasse, some of it refreezes in the negative 15 degree Celsius ice. That's about as cold as your kitchen freezer. But this loss can be overcome if the flow rate in from the glacier aquifer is high enough. In our case, it is, and the aquifer water drives the crevasse all the way to the base of the ice sheet a thousand meters below. From there, it has a clear path to reach the ocean. So the aquifer water is a part of the three millimeters per year of sea level rise that we experience as a global society.

But there's more: the aquifer water might be punching above its weight. The ice flows in complex ways. In some places, the ice flows very fast. There tends to be water at the base of the ice sheet here. In other places, not so fast. Usually, there's not water present at the base there.

Now that we know the aquifer water is getting to the base of the ice sheet, the next question is: Is it making the ice itself flow faster into the ocean? We're trying to uncover these mysteries hidden inside the Greenland ice sheet so that we can better plan for the sea level rise it holds. The amount of ice that Greenland has lost since 2002 is just a small fraction of what that ice sheet holds.

Ice sheets are immense, powerful machines that operate on long timescales. In the next 80 years, global sea levels will rise at least 20 centimeters, perhaps as much as one meter, and maybe more. Our understanding of future sea level rise is good, but our projections have a wide range. It's our role as glaciologists and scientists to narrow these uncertainties.

How much sea level rise is coming, and how fast will it get here? We need to know how much and how fast, so the world and its communities can plan for the sea level rise that's coming.

Thank you.


21歳の時 物理の宿題がたっぷりありました 物理の宿題には 休憩が必要で ウィキペディアが比較的 目新しかったので 休憩中はよくそれを見ていました 私は いつも同じ記事に戻って 何度も何度も読み返しました 氷河と南極とグリーンランド についての記事でした そこへ行ったら どんなに素敵だろう? そこへ行くには 何が必要だろう? さてこれは NASAが運航する 転用した米空軍貨物輸送機に 搭乗しているところ グリーンランドの氷床の 上空を飛んでいます ここでは見るものがたくさんありますが 隠れて見えず 発見を待っているものは もっとたくさんあります ウィキペディアの記事になかったことですが 氷床には 液体の水が隠れています 当時はまだ知られていませんでした

ウィキペディアで学んだのは グリーンランドの氷床は巨大で メキシコと同じ大きさだということと 氷の表面から底まで 厚さは3㎞だということでした でも 氷は静止しているのではなく 川のように流れて 海洋へと下っています カーブを流れる時に 氷は歪んだり割れたりします

私はこの驚くべき氷の力学を 研究するようになりました これは 地球に残された 最も辺鄙な 自然環境の中で起こることです 現在 氷河学を研究することは 2000年代のFacebookに 初めから参加するようなものです


氷床の上空に 航空機を飛ばしたり 衛星観測ができるようになったおかげで 氷河学に大改革が起きています スマホが SNSに与えたのと ちょうど同じ影響が 科学に起こり始めたのです

衛星から 大量の観察データが報告され 氷床についての隠れた事実が 次々に 明らかになっています 例えば 私たちは 遡ること2002年から毎月 グリーンランドの氷床の大きさを 観測してきました このスクリーンの下の方を見ると 観測の年と月が進むのがわかります ある地域で 夏季に氷床が 溶けたり消滅するのが見えます また別の地域では 冬に 雪が降ったり 氷が戻って来ます ただ 全体的な氷の消失率が大きいため この季節的なサイクルは見えにくくなっています 50年前の氷河学者がこれを見たら さぞ当惑したでしょう 氷床が これほど短期間で海に消えるなんて 誰も考えていませんでしたから これらの測定が始まった2002年以来 氷床から非常に大量の氷が溶けたため 最小の大陸であるオーストラリアに 水が溜まれば 大陸が膝の深さまで 水に浸かることになるでしょう こんなことが起こるなんて! 氷の下には基盤岩があります 私たちはレーダーを使って 丘、谷、山脈、くぼ地などを撮影しました その上を氷が流れるのです 氷床の下には グランドキャニオンの 規模の水路があり そこを伝ってグリーンランドからの 氷と水が 海洋に流れ込みます

レーダーで基盤岩が検出できる理由は 氷が レーダーを完全に透すからです 実験してみて下さい 家で 角氷を電子レンジにかけても 氷は溶けません なぜなら 電子レンジもレーダーも 何の作用もせず 氷を突き抜けるからです 氷を溶かしたければ 氷を濡らして下さい なぜなら 液体の水は 電子レンジで簡単に温度が上がるからです このような原理に基づいて 電子レンジは設計されているのです 水はレーダーで見られます レーダーで 液体の水を湛えた 巨大な池の存在が明らかになりました 私の同僚 オリビアの足元 7階建てのビルの深さです ここでは オリビアはポンプを使って その水のいくらかを 氷床の表面に汲み出しています

たった6年前には 私たちは 帯水層の存在すら知りませんでした 帯水層の形成は 夏の日差しで溶けた雪が 滴たり落ちることで起こります その水が溜まって巨大な池となります そこから 雪はイグルーのように 池の水を 地表の寒さと風から護る 断熱材として作用します そのため 水は氷床に隠れて 何年もの間 液体の状態を保ちます 問題は 次に何が起こるかです 水は永久にそこに留まるか? その可能性はあります それとも水は出口を見つけて 海洋に辿り着くか? 水が基盤岩にたどり着いて そこから海洋に流れ出るための ありうる道筋としては クレバスという 氷の割れ目があります 割れ目に水が満たされれば 水の重みで 割れ目が深くなります この原理を用いて フラッキング法では 地中深くから天然ガスを採取します 流体に圧力をかけて岩を破砕するのです 全ては一つの割れ目から始まります

さて 私たちが最近発見したのは この氷河の帯水層の近くにある グリーンランドの氷床には 割れ目がいくつもあるということです グリーンランドの氷床の上に 飛行機を飛ばしても 何も見えません クレバスもなければ 割れ目の形跡もありません でもこのヘリコプターが 海岸に向かって飛ぶと 水が下に向かって流れると思われる クレバスが一つ現れ そこから次々と現れます これらのクレバスは 水を湛えているでしょうか? もしそうなら 水の深さはどれくらいでしょうか? 基盤岩に達して 海洋に到るでしょうか? これらの疑問に答えるには リモートセンシングの データを超えた何かが必要です 数値モデルが必要です

私は数値モデルを書いて スーパーコンピュータにかけました 数値モデルとは 単なる数式の集まりで 何かのモデルを記述するために使われます それは 1、3、5、7といった シンプルな一続きの数字かも知れません もう少し複雑な 数式の集まりで 現在の既知の条件に基づいて 未来を推測するものかも知れません 私たちの場合 氷の割れ方を表す 数式はどんなものでしょうか? エンジニアたちは アルミニウム、鉄、プラスチックが 圧力をかけるとどのように破砕されるか 既によく知っています これは私たちの社会では重要な問題です わかったのは 素材がどのように破砕されるかを表す 工学的な数式は 私の物理学の宿題とそれほど大きな 違いはないということでした 工学の数式を使って 氷に適用し 帯水層から水がクレバスに溜まると それがどのように砕けるかを示す 一つの数値モデルを導きました これが 数学の力です 数学は 現実のプロセスを 理解する手助けになります

私の数値モデルの結果を ご覧に入れます 先にお断りしておきますが クレバスの幅は 深さの だいたい千分の1ですから このメインパネルでは 細部がよく見えるように ズームインしています 右側の小さなパネルをご覧いただけば クレバスの深さと細さの 本当のスケールが分かります

帯水層の水が クレバスに流れ込むと マイナス15℃の中で 部分的に再凍結します これは家庭用の冷凍庫の温度です しかしながら 氷河の帯水層から 流れ込む流量が十分にあれば 再凍結で失われる水量を上回ります グリーンランドの場合は そうなっていて 帯水層からの水によって破砕され クレバスは深さ1千メートルの 基盤岩に到達します そこまでくれば 海洋までまっしぐらです だから 帯水層の水は 私たちが世界で経験している 年に3㎜上昇する海水位の 一部なのです

でもそれだけではありません 帯水層の水には 自分の力以上の働きがあるかもしれません 氷河は 複雑な方法で流れて行きます ある場所では氷河は非常に急速に流れます 氷床の下には よく水があります 他の場所での流れは それほど急速ではありません 通常は 氷床の底には 水はありません

帯水層の水が 氷床の底に達しつつあると 私たちが知っている今 次なる質問は 氷自体を 海洋に向かって 速く流れさせているのか?です 私たちは グリーンランドの氷床の中に 隠された謎を解き明かして 氷床が原因の海水面の上昇に 良い対処の計画が立てられるよう努めています 2002年以降に グリーンランドが失った氷の量は 氷床が抱える氷のほんの一部にすぎません

氷床は巨大でパワフルな機械であり 長い時間のスケールで動きます 今後の80年間で 地球の海水面は 少なくとも20㎝上昇するでしょう ひょっとしたら1mかもしれません それ以上かもしれません 将来海水面がどれぐらい上昇するかについて 私たちはよく理解していますが 予測には広い幅があります 私たち 氷河学者や科学者の役割は この不確定の幅を狭めることです

海水面の上昇がどれだけか? そこまで上昇するのにどれくらいの速度か? 私たちは上昇の規模と速度を 知る必要があります そうすれば 世界や影響を受ける地域は 将来の海面上昇に対処できるのです



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