浩瀚的海洋并不像人们想象的那样寂静。从座头鲸的歌声到远处海底地震的轰鸣声，海洋世界是一场声音的交响乐。水下声学是研究海洋中的声音的学科，它深入研究了这些声音在海洋深处传播和相互作用的复杂性。除了了解海洋生物的旋律之外，这一领域对于理解人类噪音对水生生态系统的影响也具有重要意义。
水下声音的物理学
声音本质上是一种压力波，通过介质传播，介质可以是空气、水或固体。然而，水的密度和不可压缩性使其成为声音传播的独特介质。
声波的传播
在水中，声音的传播速度约为每秒 1,500 米，几乎是空气中的五倍。该速度并不恒定，可能会因多种因素而变化：
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温度：冷水密度较大，因此与温水相比，声音传播得更慢。
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盐度：较高的盐含量可以稍微增加声速。
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压力：随着深度的增加，压力增加，导致声速更快。
反射和折射
当声波遇到边界（例如海面或海底）时，它们会根据入射角反射或折射（弯曲）。此外，温度或盐度不同的层（称为温跃层或盐跃层）也会引起声音折射。一个有趣的现象是 SOFAR（声音定位和测距）通道，这是深海中声速最小的水平水层。该通道充当波导，使低频声音能够以最小的能量损失传播很远的距离。
衰减和吸收
当声波穿过海洋时，它们不会保留所有的能量。它们会因散射和吸收而衰减，强度会降低。高频声音衰减得比低频声音更快，这就是为什么大型鲸鱼的低频歌声可以传遍整个海洋盆地的原因。
海洋中的声源
天然来源
海洋中充满了各种自然声音。鲸鱼和海豚等海洋哺乳动物使用各种声音进行交流。这些声音可以是从低频呻吟到高频咔嗒声的歌曲。除了哺乳动物之外，许多鱼类也会发出求偶声、领土展示声或求救信号。环境声音也为海洋的音景增添了色彩。海浪的撞击声、雨滴拍打水面的嘶嘶声以及水下地震活动的隆隆声都在海洋交响曲中发挥着作用。
人为来源（人造）
随着人类对海洋的探索和开发不断增加，人为噪音也随之增加。船舶发动机的持续嗡嗡声、水下钻井的脉动声和声纳系统的尖锐声响都加剧了这种噪音。水下施工、深海采矿等活动，甚至偶尔的爆炸也加剧了这种喧嚣。这些声音通常比自然声音更响亮、更普遍，已成为海洋保护主义者的一大担忧。
声音对海洋生物的影响
海洋哺乳动物
对于鲸鱼和海豚等严重依赖声音进行交流、导航和捕猎的生物来说，人为噪音的侵入可能会造成破坏。有记录显示，船舶和声纳系统的噪音干扰了鲸鱼的歌声，可能影响它们的交配和迁徙模式。此外，强烈的水下声音（例如地震勘探产生的噪音）与某些海洋哺乳动物的搁浅有关。
鱼类和其他海洋生物
鱼类也会受到水下噪音的影响。研究表明，长时间暴露在强烈噪音中的鱼类的行为、交流甚至身体健康都会发生变化。例如，船只交通的噪音会干扰某些鱼类的交配叫声，影响它们的繁殖成功率。鱿鱼和甲壳类动物等无脊椎动物也不能幸免。越来越多的证据表明，它们也会受到噪音污染的影响，影响它们的行为，甚至可能影响它们躲避捕食者的能力。
长期生态影响
噪音的长期存在会导致长期的生态后果。栖息地可能会被遗弃，导致物种分布发生变化。捕食者-猎物动态可能会发生变化，一些物种会因为声音的掩盖而获得优势。随着时间的推移，这些变化会导致生物多样性减少和生态系统结构改变。
减轻水下噪声的影响
降噪技术
为了应对人们日益增长的噪音污染问题，降噪技术取得了进展。现代船舶的发动机和螺旋桨设计得更安静。水下施工过程中使用气泡幕等技术，释放出一堵气泡墙来减弱噪音，以最大限度地减少噪音传播。
海洋保护区（MPA）
划定人类活动受限的区域可以为海洋生物提供庇护所。在这些海洋保护区中，可以限制已知会产生大量噪音的活动，为敏感物种提供喘息之机。
法规和指南
国际机构已经认识到噪音污染的威胁，并制定了减轻其影响的指导方针。例如，国际海事组织就制定了船舶噪音水平指导方针。同样，美国《海洋哺乳动物保护法》等公约也规范了可能危害海洋哺乳动物的活动，包括产生强烈噪音的活动。
海洋的声音景观是自然声音和人造声音的微妙平衡。随着我们继续探索和利用海洋，必须理解和尊重这种平衡，确保我们的活动不会淹没海洋的旋律。
未来的适应性战略
随着水下噪音污染挑战的不断演变，我们应对这些挑战的策略也必须不断改进。海洋环境的动态特性要求我们采用能够适应不断变化的海洋声景的解决方案。
实时监控系统
随着科技进步，人们可以部署实时监测系统，持续评估敏感海洋区域的噪音水平。这些系统可以提供即时反馈，当噪音超过阈值时，可以及时干预。
公众意识和教育
保护中最有效的工具之一是公众意识。通过教育大众了解噪音污染对海洋生物的影响，可以培养集体意识。潜水学校、海洋旅游和沿海教育中心可以发挥关键作用，为游客和当地人提供对水下声学世界的见解。
研究与合作
关于海洋环境中声音的复杂性，我们还有太多东西需要学习。将海洋生物学家、声学家和行业利益相关者聚集在一起的合作研究工作可以为更深入的理解铺平道路。这种合作可以促成最佳实践、创新技术和有效缓解策略的开发。
全球倡议和条约
认识到这一挑战的全球性，已经建立了多项国际倡议和条约来解决水下噪音污染问题。
联合国可持续发展目标（SDG）
可持续发展目标 14 旨在保护和可持续利用海洋，联合国强调需要减少包括噪音在内的各种海洋污染。鼓励成员国采取措施，尽量减少水下噪音及其影响。
国际捕鲸委员会（IWC）
国际捕鲸委员会一直走在解决噪音对鲸类影响问题的前列。通过其倡议，国际捕鲸委员会为在鲸鱼和海豚经常出没的地区进行地震勘测和航运等活动制定了指导方针。
区域协议
世界各地已达成区域协议以应对海洋噪音问题。例如，负责监督东北大西洋保护的 OSPAR 委员会已为成员国制定了监测和缓解水下噪音的指导方针。
结论
深海的寂静王国实际上是一个充满声音的世界。随着人类在海洋中的足迹不断扩大，这种水下声音景观的和谐平衡正面临危险。通过共同努力、技术进步和全球合作，海洋交响乐有望得到保护。因为保护海洋的声音，我们就能保护以海洋为家的无数生命形式。
