Бескрайние просторы океана не так безмолвны, как можно себе представить. От песен горбатых китов до далеких грохотов подводных землетрясений — морской мир представляет собой симфонию звуков. Подводная акустика, изучение звука в море, углубляется в тонкости того, как эти звуки распространяются и взаимодействуют в глубинах океана. Помимо понимания мелодий морской жизни, эта область имеет важное значение для понимания воздействия антропогенных шумов на водные экосистемы.
Физика звука под водой
Звук, по своей сути, представляет собой волну давления, распространяющуюся через среду, будь то воздух, вода или твердые объекты. Однако свойства воды — ее плотность и несжимаемость — делают ее уникальной средой для распространения звука.
Распространение звуковых волн
В воде звук распространяется со скоростью примерно 1500 метров в секунду, что почти в пять раз быстрее, чем в воздухе. Эта скорость не является постоянной и может меняться в зависимости от нескольких факторов:
-
Температура: холодная вода более плотная, поэтому звук распространяется медленнее, чем в более теплой воде.
-
Соленость: Более высокое содержание соли может немного увеличить скорость звука.
-
Давление: С глубиной давление увеличивается, что приводит к увеличению скорости звука.
Отражение и преломление
Когда звуковые волны сталкиваются с границами, такими как поверхность моря или морское дно, они могут отражаться назад или преломляться (изгибаться) в зависимости от угла падения. Кроме того, слои различной температуры или солености, известные как термоклины или галоклины, также могут вызывать рефракцию звука. Одним из интересных явлений является канал SOFAR (Sound Fixing and Ranging), горизонтальный слой воды в глубоком океане, где скорость звука минимальна. Этот канал действует как волновод, позволяя низкочастотным звукам распространяться на огромные расстояния с минимальными потерями энергии.
Затухание и поглощение
Звуковые волны, путешествуя по океану, не сохраняют всю свою энергию. Они претерпевают затухание, уменьшение интенсивности из-за рассеяния и поглощения. Звуки более высокой частоты затухают быстрее, чем звуки более низкой частоты, поэтому песни крупных китов, отличающиеся низкой частотой, могут распространяться по целым океанским бассейнам.
Источники звука в океане
Природные источники
Океан наполнен множеством звуков природы. Морские млекопитающие, такие как киты и дельфины, общаются, используя различные вокализации. Это могут быть песни, в которых от низкочастотных стонов до высокочастотных щелчков. Помимо млекопитающих, многие виды рыб издают звуки для брачных криков, демонстрации территории или в качестве сигнала бедствия. Звуки окружающей среды также вносят свой вклад в звуковой ландшафт океана. Шум волн, шорох капель дождя, ударяющихся о поверхность воды, грохот подводной сейсмической активности — все это играет свою роль в симфонии моря.
Антропогенные источники (антропогенные)
По мере того как человечество исследовало и эксплуатировало океаны, увеличивалось и какофония антропогенных звуков. Этому шуму способствуют постоянный гул корабельных двигателей, пульсирующие звуки подводного бурения и резкие стуки гидроакустических систем. Такие виды деятельности, как подводное строительство, глубоководная добыча полезных ископаемых и даже периодические взрывы, добавляют к этому шуму. Эти звуки, часто более громкие и распространенные, чем естественные, стали серьезной проблемой для защитников морской среды.
Влияние звука на морскую жизнь
Морские млекопитающие
Для таких существ, как киты и дельфины, которые в значительной степени полагаются на звук для общения, навигации и охоты, вторжение антропогенного шума может оказаться разрушительным. Задокументированы случаи, когда шум кораблей и гидролокаторов мешал пению китов, потенциально влияя на характер спаривания и миграции. Более того, интенсивные подводные звуки, например, издаваемые сейсмическими исследованиями, были связаны с выбросами на берег некоторых видов морских млекопитающих.
Рыбы и другие морские существа
Рыбы тоже страдают от подводного шума. Исследования показали изменения в поведении, общении и даже физическом здоровье рыб, подвергшихся длительному или интенсивному шуму. Например, шум движения лодок может мешать спариванию некоторых видов рыб, влияя на их репродуктивный успех. Беспозвоночные, такие как кальмары и ракообразные, также не застрахованы. Появляются доказательства того, что на них также может влиять шумовое загрязнение, влияющее на их поведение и, возможно, на их способность уклоняться от хищников.
Долгосрочные экологические последствия
Хроническое присутствие шума может привести к долгосрочным экологическим последствиям. Места обитания могут быть заброшены, что приведет к изменениям в распространении видов. Динамика поведения хищник-жертва может измениться, при этом некоторые виды получают преимущество за счет маскировки звуков. Со временем эти изменения могут привести к сокращению биоразнообразия и изменению структур экосистем.
Смягчение воздействия подводного шума
Технологии шумоподавления
В ответ на растущую обеспокоенность по поводу шумового загрязнения были достигнуты успехи в области технологий снижения шума. Современные корабли проектируются с более тихими двигателями и гребными винтами. Такие методы, как пузырьковые занавески, которые выпускают стену из пузырьков для гашения звука, используются во время подводного строительства, чтобы минимизировать распространение шума.
Морские охраняемые территории (МОР)
Обозначение территорий, где деятельность человека ограничена, может стать убежищем для морской жизни. В этих МОР могут быть наложены ограничения на деятельность, которая, как известно, производит значительный шум, что дает передышку чувствительным видам.
Правила и рекомендации
Международные организации признали угрозу шумового загрязнения и разработали рекомендации по смягчению его воздействия. Например, Международная морская организация имеет рекомендации по уровням шума судов. Аналогичным образом, такие конвенции, как Закон о защите морских млекопитающих в США, регулируют деятельность, которая может нанести вред морским млекопитающим, в том числе производящую сильный шум.
Звуковой ландшафт океана представляет собой тонкий баланс естественных и искусственных звуков. Поскольку мы продолжаем исследовать и использовать океаны, крайне важно понимать и уважать этот баланс, гарантируя, что наша деятельность не заглушит мелодии моря.
Адаптивные стратегии будущего
По мере развития проблем подводного шумового загрязнения должны развиваться и наши стратегии по их решению. Динамичный характер морской среды требует адаптивных решений, которые могут адаптироваться к постоянно меняющемуся звуковому ландшафту океанов.
Системы мониторинга в реальном времени
Благодаря развитию технологий можно развернуть системы мониторинга в реальном времени для непрерывной оценки уровней шума в чувствительных морских районах. Эти системы могут обеспечить мгновенную обратную связь, позволяя своевременно вмешаться в случае превышения пороговых значений шума.
Информирование общественности и образование
Одним из наиболее мощных инструментов сохранения природы является информирование общественности. Информируя массы о влиянии шумового загрязнения на морскую жизнь, можно способствовать коллективному сознанию. Школы дайвинга, морские туры и прибрежные образовательные центры могут сыграть в этом ключевую роль, предлагая туристам и местным жителям понимание мира подводной акустики.
Исследования и сотрудничество
Нам еще многое предстоит узнать о тонкостях звука в морской среде. Совместные исследовательские усилия, объединяющие морских биологов, акустиков и представителей отрасли, могут проложить путь к более глубокому пониманию. Такое сотрудничество может привести к разработке передового опыта, инновационных технологий и эффективных стратегий смягчения последствий.
Глобальные инициативы и договоры
Признавая глобальный характер проблемы, было принято несколько международных инициатив и договоров по решению проблемы подводного шумового загрязнения.
Цели устойчивого развития ООН (ЦУР)
В рамках ЦУР 14, направленной на сохранение и устойчивое использование океанов, ООН подчеркнула необходимость сокращения всех видов загрязнения морской среды, включая шум. Странам-членам рекомендуется принять меры по минимизации подводного шума и его последствий.
Международная китобойная комиссия (МКК)
IWC находится в авангарде борьбы с воздействием шума на китообразных. Благодаря его инициативам были разработаны руководящие принципы для таких видов деятельности, как сейсмические исследования и судоходство в районах, часто посещаемых китами и дельфинами.
Региональные соглашения
В различных частях мира были заключены региональные соглашения по борьбе с морским шумом. Например, Комиссия ОСПАР, которая курирует защиту Северо-Восточной Атлантики, разработала рекомендации для стран-членов по мониторингу и снижению подводного шума.
Заключение
Безмолвное царство глубокого океана на самом деле является миром, наполненным звуками. По мере увеличения присутствия человечества в океанах гармоничный баланс этого подводного звукового ландшафта оказывается под угрозой. Есть надежда, что благодаря совместным усилиям, технологическим достижениям и глобальному сотрудничеству симфонию морей удастся сохранить. Потому что, защищая звуки океана, мы защищаем множество форм жизни, которые считают его своим домом.
