Морские млекопитающие и гидролокатор - Marine mammals and sonar

Активный гидролокатор , передающее оборудование, используемое на некоторых судах для помощи в навигации , наносит ущерб здоровью и средствам к существованию некоторых морских животных . Недавние исследования показали, что клювые и синие киты чувствительны к среднечастотному активному гидролокатору и быстро удаляются от источника сонара, что нарушает их питание и может вызвать массовые выбросы на берег. Некоторые морские животные, такие как киты и дельфины , используют эхолокационные или «биосонарные» системы для обнаружения хищников и добычи. Предполагается, что активные передатчики сонара могут сбить с толку этих животных и помешать основным биологическим функциям, таким как кормление и спаривание. Исследование показало, что киты страдают декомпрессионной болезнью - заболеванием, при котором азот попадает в пузырьки газа в тканях и вызывается быстрым и длительным всплытием на поверхность. Хотя изначально считалось, что киты невосприимчивы к этой болезни, сонар был причастен к изменению поведения, которое может привести к декомпрессионной болезни.

История

Канал SOFAR (сокращение от «канал фиксации звука и определения дальности») или глубокий звуковой канал (DSC) - это горизонтальный слой воды в океане с центром на глубине, на которой скорость звука минимальна. Канал SOFAR действует как волновод для звука, а низкочастотные звуковые волны внутри канала могут распространяться на тысячи миль, прежде чем рассеяться. Это явление - важный фактор в подводной войне . Глубокий звуковой канал был открыт и описан независимо доктором Морисом Юингом и Леонидом Бреховских в 1940-х годах.

Несмотря на использование канала SOFAR в военно-морских целях, идея о том, что животные могут использовать этот канал, не предлагалась до 1971 года. Роджер Пейн и Дуглас Уэбб подсчитали, что до того, как шум движения судов проникал в океаны, звуки, издаваемые финватами, могли распространяться. до четырех тысяч миль и все еще быть слышным на фоне нормального морского шума. Далее Пейн и Уэбб определили, что в тихий день в океанах, предшествующих корабельному винту, тон финвалов упал до уровня фонового шума только после прохождения тринадцати тысяч миль, то есть больше диаметра Земли.

Раннее смешение финвалов и военного гидролокатора

До завершения обширных исследований вокализации китов низкочастотные импульсы, излучаемые некоторыми видами китов, часто неправильно приписывались им. Доктор Пейн писал: «До того, как было показано, что финвалы являются причиной [мощных звуков], никто не мог серьезно относиться к идее, что такие регулярные, громкие, низкие и относительно чистые частотные тоны исходят изнутри океана, не говоря уже о от китов ". Этот неизвестный звук был широко известен специалистами по акустике военно-морского флота как « Монстр Иезавели» . ( Иезавель была узкополосным пассивным гидролокатором дальнего действия.) Некоторые исследователи полагали, что эти звуки могут быть связаны с геофизическими колебаниями или неизвестной российской военной программой, и только после того, как биологи Уильям Шевилл и Уильям А. Уоткинс доказали, что киты обладают биологическая способность издавать звуки, которые были правильно приписаны неизвестным звукам.

Низкочастотный гидролокатор

Электромагнитный спектр имеет жесткие определения для «супер низкой частоты», «крайне низкой частоты», «низкой частоты» и «средней частоты». Акустика не имеет подобного стандарта. Термины «низкий» и «средний» имеют примерно определенные исторические значения в гидролокаторе, потому что на протяжении десятилетий использовалось не так много частот. Однако по мере того, как было введено больше экспериментальных сонаров, термины стали путаться.

Американский низкочастотный гидролокатор был впервые представлен широкой публике в статье журнала Time за июнь 1961 года: New ASW Project Artemis , низкочастотный гидролокатор, использовавшийся в то время, мог заполнить весь океан поисковым звуком и обнаружить все крупное, что движется внутри. вода. Артемида выросла из предположения 1951 года гарвардского физика Фредерика В. Ханта ( Артемида - древнегреческая богиня охоты), который убедил экспертов ВМФ по противолодке в том, что подводные лодки могут быть обнаружены на больших расстояниях только с помощью неслыханных объемов малоразмерных подводных лодок. тональный звук. В то время предполагалось, что вся система Artemis будет образовывать своего рода подводную линию раннего предупреждения (DEW ) для предупреждения США о вражеских подводных лодках. Гигантские необслуживаемые преобразователи , питаемые от наземных кабелей, будут опущены на значительную глубину, где звук распространяется лучше всего. Времени статья в журнале была опубликована во время первого плавания в советской подводной лодки К-19 , которая была первой советской подводной лодки оснащены баллистическими ракетами . Через четыре дня с подводной лодкой случится авария, из-за которой она получила свое прозвище. Воздействие этой системы на морских млекопитающих, конечно, не принималось во внимание. Artemis так и не стал операционной системой.

Низкочастотный гидролокатор был возрожден в начале 1980-х годов для использования в военных и исследовательских целях. Идея о том, что звук может влиять на биологические свойства китов, стала широко обсуждаться за пределами исследовательских кругов, когда Институт океанографии Скриппса позаимствовал и модифицировал военный гидролокатор для технико-экономического обоснования острова Херд, проведенного в январе и феврале 1991 года. версия SURTASS, развернутая в MV Cory Chouest . В результате этого испытания Национальный исследовательский совет организовал Комитет по низкочастотным звукам и морским млекопитающим . Их результаты были опубликованы в 1994 году в журнале « Низкочастотный звук и морские млекопитающие: современные знания и потребности в исследованиях» .

Передача на большие расстояния не требует большой мощности. Все частоты звука теряют в среднем 65 дБ в первые несколько секунд, прежде чем звуковые волны ударяются о дно океана. После этого акустическая энергия в средне- или высокочастотном звуке преобразуется в тепло, в первую очередь за счет эпсомской соли, растворенной в морской воде. Очень мало низкочастотной акустической энергии преобразуется в тепло, поэтому сигнал может быть обнаружен на больших расстояниях. Менее пяти преобразователей из низкочастотной активной антенной решетки использовались в технико-экономическом испытании острова Херд, и звук был обнаружен на противоположной стороне Земли. Для этого теста преобразователи были временно изменены для передачи звука с частотой 50 Гц , что ниже их нормальной рабочей частоты.

Через год после технико-экономического обоснования острова Херд новый низкочастотный активный гидролокатор был установлен на Cory Chouest с 18 преобразователями вместо 10. Для этой системы было подготовлено заявление о воздействии на окружающую среду .

Среднечастотный гидролокатор

Термин среднечастотный сонар обычно используется для обозначения сонаров, которые излучают звук в диапазоне от 3 до 4 килогерц (кГц). С тех пор запуска USS  Nautilus  (SSN-571) на 17 января 1955 года ВМС США знали , что это только вопрос времени , пока другие военно - морские силы не имели свои собственные атомные подводные лодки . Среднечастотный гидролокатор был разработан для борьбы с подводными лодками этих будущих лодок. Стандартные активные гидролокаторы после Второй мировой войны (которые обычно работали выше 7 кГц) имели недостаточную дальность действия против этой новой угрозы. Активный гидролокатор превратился из элемента оборудования, прикрепленного к кораблю, в элемент оборудования, который был центральным в конструкции корабля. Они описаны в той же статье журнала Time 1961 года цитатой: « Последний судовой гидролокатор весит 30 тонн и потребляет в 1600 раз больше энергии, чем стандартный послевоенный гидролокатор ». Современная система, производимая Lockheed Martin с начала 1980-х годов, - это AN / SQQ-89 . 13 июня 2001 г. компания Lockheed Martin объявила о поставке 100-й подводной боевой системы AN / SQQ-89 для ВМС США .

Существовали анекдотические свидетельства того, что среднечастотный гидролокатор мог оказывать неблагоприятное воздействие на китов, еще со времен китобойного промысла. Следующая история рассказана в книге, опубликованной в 1995 году:

Среднечастотный сонар и китобойный промысел
Источник: Роджер Пейн « Среди китов » (стр. 258), опубликовано 2 июня 1995 г.
Еще одним нововведением китобоев было использование сонара для отслеживания китов, которых они преследовали под водой. Но возникла проблема; когда лодка приблизилась к киту, кит начал выдыхать, все еще находясь под водой. Это произвело облако пузырьков в воде, которое отражало звук лучше, чем кит, и сделало ложную цель (подобно тому, что делает пилот, выпуская металлическую мякину для создания ложного радарного эха). Я подозреваю, что такое поведение китов было просто случайностью, поскольку выдыхание, пока он все еще находится в воде, - это просто средство, с помощью которого кит может сократить время, в течение которого он должен оставаться на поверхности, где сопротивление поверхности замедлит его.

Китобойные суда быстро обнаружили, что частота в три тысячи герц, похоже, вызывает панику у китов, заставляя их гораздо чаще всплывать на поверхность в поисках воздуха. Это было «лучшее» применение для гидролокатора, потому что это давало китобоям больше шансов стрелять в китов. их лодки-ловцы с гидролокатором на этой частоте. Конечно, гидролокатор также позволяет китобоям следить за китами под водой, но это его вторичное назначение.

Согласно статье, опубликованной в журнале Nature в 1998 году, в 1996 году двенадцать клювых китов Кювье живыми вышли на берег у побережья Греции, в то время как НАТО (Организация Североатлантического договора) испытывала активный гидролокатор с комбинированными преобразователями низкой и средней частоты . Автор впервые установил связь между нетипичными массовыми выбросами китов на берег и использованием военного гидролокатора, сделав вывод, что, хотя нельзя исключить чистое совпадение, вероятность того, что испытание сонара вызвало это высадку, была выше 99,3%. Он отметил, что киты распространились вдоль побережья 38,2 км и были разделены в среднем на 3,5 км ( sd = 2,8, n = 11). Такой разброс по времени и местоположению был нетипичным, поскольку обычно киты массово выходят на берег в одном и том же месте и в одно и то же время.

В то время, когда доктор Францис писал статью, он не знал о нескольких важных факторах.

  • Временная корреляция оказалась гораздо более тесной, чем он думал. Он знал об испытании из извещения для моряков, в котором было опубликовано только то, что испытание будет проводиться в течение пяти дней на большой площади океана. Фактически, впервые эхолот был включен утром 12 мая 1996 года, и в тот же день шесть китов оказались на мели. На следующий день эхолот снова был включен, и в тот же день еще шесть китов оказались на мели. Не зная координат кораблей, он не понял бы, что корабль находится всего в 10–15 милях от берега.
  • Гидролокатор, который использовался в испытаниях, представлял собой экспериментальный гидролокатор для исследований и разработок, который был значительно меньше и менее мощным, чем рабочий гидролокатор на борту развернутого военного корабля. Доктор Францис полагал, что широкое распространение выброшенных на берег китов указывает на то, что причина имеет большую синхронную пространственную протяженность и внезапное начало. Знание того, что уровень источника звука был довольно низким (он составлял всего 226 дБ (децибел) на частоте 3 кГц, что мало по сравнению с работающим гидролокатором), сделал бы механизм повреждения еще более загадочным.
  • Экспериментальный гидролокатор, использованный в испытаниях, буксируемый вертикально направленный источник (TVDS), который имел двойные преобразователи частоты 600 Гц и 3 кГц, был впервые использован в Средиземном море к югу от Сицилии годом ранее, в июне 1995 года. Исследования гидролокатора с использованием различных источников на борту одного и того же корабля включали участие в учениях НАТО «Dragon Hammer '92» и «Resolute Response '94».

Поскольку уровень источника этого экспериментального гидролокатора составлял всего 226 дБ на частоте 3 кГц относительно 1 мкПа м, всего на 100 метрах уровень принимаемого сигнала упадет на 40 дБ (до 186 дБ). Группа НАТО исследовала вышеупомянутую посадку на мель и пришла к выводу, что киты подверглись воздействию 150–160 дБ относительно 1 мкПа низко- и среднечастотного гидролокатора. Этот уровень примерно на 55-65 дБ меньше (примерно в миллион раз ниже по интенсивности), чем порог повреждения слуха, установленный группой экспертов по морским млекопитающим на уровне 215 дБ.

Идея о том, что гидролокатор с относительно низкой мощностью может вызвать массовое высадку такого большого количества китов, была очень неожиданной для научного сообщества. Большинство исследований было сосредоточено на возможности маскировки сигналов, вмешательства в брачные звонки и аналогичных биологических функций. Морские млекопитающие, ныряющие в глубину, вызывали озабоченность, но достоверной информации было известно очень мало. В 1995 году была опубликована всеобъемлющая книга о связи между морскими млекопитающими и шумом, в которой даже не упоминались выбросы на берег.

В 2013 году исследования показали, что клювые киты очень чувствительны к среднечастотным активным сонарам. Было также показано, что синие киты убегают от источника среднечастотного гидролокатора, в то время как морское использование средне- и высокочастотного гидролокатора бокового обзора было признано «наиболее вероятной причиной» массового выброса на берег около 50 короткоклювых обыкновенных китов. дельфин ( Delphinus delphis ) 9 июня 2008 г. в заливе Фалмут , Корнуолл , Великобритания.

Обзор данных о массовых высадках клювовидных китов, связанных с военно-морскими учениями, в которых использовался гидролокатор, был опубликован в 2019 году. В нем сделан вывод о том, что воздействие среднечастотного активного гидролокатора сильнее всего на клювовидных китов Кювье, но варьируется между отдельными лицами или популяциями, что может зависят от того, подвергались ли люди ранее воздействию сонара, и что симптомы декомпрессионной болезни были обнаружены у выброшенных на мель китов, что может быть связано с их реакцией на сонар. Он отметил, что после того, как военно-морские учения, в которых использовались гидролокаторы, были запрещены, на Канарских островах больше не происходило массовых высадок на берег, и рекомендовал распространить запрет на другие районы, где продолжаются массовые высадки на берег.

Акустически индуцированное образование пузырей

От китобоев поступили неофициальные данные (см. Раздел выше), что гидролокатор может паниковать китами и заставлять их чаще всплывать, делая их уязвимыми для гарпуна. Также было высказано предположение, что военный гидролокатор может вызвать у китов панику и слишком быстрое всплытие, что приведет к форме декомпрессионной болезни . Обычно травма, вызванная быстрым изменением давления, называется баротравмой . Идея акустически усиленного образования пузырей была впервые поднята в статье, опубликованной в Журнале Акустического общества Америки в 1996 году и снова в Nature в 2003 году. В ней сообщалось об острых газовых пузырях (свидетельствующих о декомпрессионной болезни) у китов, которые вскоре вышли на берег. начало военных учений у Канарских островов в сентябре 2002 года.

На Багамских островах в 2000 г. военно-морские силы США провели испытание гидролокаторов передатчиков в диапазоне частот 3–8 кГц при уровне источника 223–235 децибел относительно 1 мкПа м, в ходе которого были выброшены на берег семнадцать китов, семь из которых были обнаружены. найден мертвым. Экологические группы утверждали, что у некоторых выброшенных на берег китов текла кровь из глаз и ушей, что они сочли признаком акустической травмы. Группы утверждают, что возникшая дезориентация могла привести к посадке на мель.

Инциденты, связанные с морскими гидролокаторами

В период с 1996 по 2006 год во всем мире использование активного гидролокатора было связано примерно с 50 выбросами морских млекопитающих на берег. Во всех этих случаях были и другие факторы, такие как необычная (крутая и сложная) подводная география, ограниченные маршруты выхода и специфический виды морских млекопитающих - клювовидные киты, которые, как предполагается, более чувствительны к звуку, чем другие морские млекопитающие.

-  Контр-адмирал Лоуренс Райс (11 апреля 2008 г.)
Дата Место нахождения Виды и количество Военно-морская деятельность Ссылка
1963-05 Генуэзский залив , Италия Клювый кит Кювье (15) выброшен на мель Морские маневры
1988-11 Канарские острова Клювый кит Кювье (12+) Клювый кит Жерве (1) выброшен на мель Упражнение FLOTA 88
1989-10 Канарские острова Клювый кит Кювье (15+), клювый кит Жерве (3), клювый кит Бленвилля (2) выброшенный на мель CANAREX 89 упражнение
1991-12 Канарские острова Клювый кит Кювье (2) выброшен на мель SINKEX 91 упражнение
1996-05-12 Залив Кипарисия , Греция Клювый кит Кювье (12) выброшен на мель Учения НАТО по акустической классификации мелководья
1998-07 Кауаи , Гавайи клювый кит (1), кашалот (1) выброшенный на мель Упражнение RIMPAC 98
1999-10 Виргинские острова США и Пуэрто-Рико Клювый кит Кювье (4) выброшен на мель COMPTUEX упражнение
2000-03-15 Багамы Клювовый кит Кювье (9), клювый кит Бленвилля (3), виды клювовидных китов (2), малый полосатик (2), атлантический пятнистый дельфин (1), выброшенный на мель ВМФ МИД
2000-05-10 Мадейра Клювый кит Кювье (3) выброшен на мель НАТО Linked Seas 2000 и МИД
2002-09 Канарские острова Клювый кит Кювье (9), клювый кит Жерве (1), клювый кит Бленвилля (1), клювовидный кит spp. (3) многожильный Нео Тапон 2002 упражнения и MFA
2003-05 Пролив Аро , Вашингтон Морская свинья (14), морская свинья Далла (1) «Паническое бегство», избегающее косаток Транзит USS Shoup при использовании MFA (AN / SQS-53C)
2004-07 Кауаи , Гавайи Дынноголовый кит (~ 200) избегает «давки» Упражнение RIMPAC 04 с MFA
2004-07-22 Канарские острова Клювый кит Кювье (4) выброшен на мель Упражнение "Величественный орел 04"
2005-10-25 Марион Бэй, Тасмания Киты с длинными плавниками (145) выброшены на мель Два тральщика с активным гидролокатором
2006-01-26 Побережье Альмерии, Испания Клювый кит Кювье (4) выброшен на мель HMS Kent с использованием активного СЧ-сонара
2008-06-09 Корнуолл , Великобритания Короткоклювый дельфин ( Delphinus delphis ) (c50, погибло не менее 26) Военно-морские учения, но не используется судовой гидролокатор, кроме гидрографического гидролокатора HF на HMS  Enterprise

Научное внимание

С 1990-х годов проводятся научные исследования воздействия гидролокатора на морскую жизнь. Это научное исследование публикуется в рецензируемых журналах и на международных конференциях, таких как «Влияние звука на морских млекопитающих» и «Влияние шума на водную жизнь» .

В 2013 году было опубликовано исследование о влиянии некоторых частот сонара на синих китов. Военные сонары средней частоты (1–10 кГц) были связаны с массовыми выбросами глубоководных зубатых китов на берег , но с их воздействием на находящиеся под угрозой исчезновения виды усатых китов. были практически неизвестны. В экспериментах с контролируемым воздействием с использованием симулированного военного гидролокатора и других среднечастотных звуков измерялись поведенческие реакции меченых синих китов в районах нагула в южной Калифорнийской бухте . Несмотря на использование уровней источников на порядки ниже некоторых действующих военных систем, результаты показали, что среднечастотный звук может существенно повлиять на поведение синих китов, особенно в режимах глубокого кормления. Когда возникала реакция, изменения в поведении широко варьировались от прекращения глубокого кормления до увеличения скорости плавания и направленного перемещения от источника звука. На вариабельность этих поведенческих реакций в значительной степени влияет сложное взаимодействие поведенческого состояния, типа среднечастотного звука и уровня воспринимаемого звука. Нарушение питания и вытеснение из высококачественных кормовых участков, вызванное сонаром, может иметь значительные и ранее не задокументированные воздействия на экологию кормодобывания усатых китов, индивидуальную приспособленность и здоровье популяции.

Судебные дела

Поскольку среднечастотный гидролокатор коррелировал с массовыми выбросами китообразных по всему мировому океану, некоторые защитники окружающей среды выделили его в качестве объекта для активных действий. В иске, поданном Советом по защите природных ресурсов (NRDC) в Санта-Монике, штат Калифорния, 20 октября 2005 г., утверждалось, что ВМС США проводили гидроакустические учения в нарушение нескольких законов об охране окружающей среды, включая Закон о национальной экологической политике, Закон о защите морских млекопитающих , и Закон об исчезающих видах . Среднечастотный гидролокатор на сегодняшний день является наиболее распространенным типом активного гидролокатора, используемого военно-морскими силами мира, и широко применяется с 1960-х годов.

13 ноября 2007 года апелляционный суд Соединенных Штатов восстановил запрет на использование ВМС США гидролокатора для подводной охоты в учебных миссиях у побережья Южной Калифорнии, пока он не принял более строгие меры безопасности для китов, дельфинов и других морских млекопитающих. 16 января 2008 года президент Джордж Буш освободил ВМС США от действия закона и заявил, что военно-морские учения имеют решающее значение для национальной безопасности. 4 февраля 2008 года федеральный судья постановил, что, несмотря на решение президента Буша освободить его от ответственности, военно-морской флот должен соблюдать экологические законы, устанавливающие строгие ограничения на использование среднечастотных гидролокаторов. В своем 36-страничном решении окружной судья США Флоренс-Мари Купер написала, что ВМС «не освобождены от соблюдения Закона о национальной экологической политике» и судебного постановления о создании 12-мильной (22 км) зоны без гидролокатора. от Южной Калифорнии. 29 февраля 2008 года коллегия федерального апелляционного суда в составе трех судей поддержала постановление суда низшей инстанции, требующее от ВМФ принимать меры предосторожности во время обучения гидролокаторам, чтобы минимизировать вред морской жизни. В природных ресурсов Совет обороны Зима против . Верховный суд США отменил решение окружного суда 12 ноября 2008 г. в соотношении 5: 4.

Методы смягчения

Воздействие на окружающую среду при работе активного гидролокатора должно определяться законодательством США. Процедуры минимизации воздействия гидролокатора разрабатываются для каждого случая значительного воздействия.

Воздействие подводного звука можно уменьшить, ограничив звуковое воздействие, получаемое животным. Максимальный уровень звукового воздействия, рекомендованный Southall et al. для китообразных - 215 дБ отн. 1 мкПа 2 с для нарушения слуха. Максимальный уровень звукового давления для поведенческих эффектов зависит от контекста (Саутхолл и др.).

В США большая часть юридических конфликтов и конфликтов в средствах массовой информации по этому поводу связана с вопросами о том, кто определяет, какого типа смягчения последствий будет достаточно. Например, первоначально считалось, что прибрежные комиссии несут юридическую ответственность только за прибрежную собственность и государственные воды (в трех милях от моря). Поскольку активный гидролокатор играет важную роль в защите корабля, меры по смягчению последствий, которые могут показаться разумными для гражданского агентства без какой-либо военной или научной подготовки, могут иметь катастрофические последствия для обучения и готовности. Поэтому ВМС США часто определяют свои собственные требования к смягчению последствий.

Примеры смягчающих мер включают:

  1. не работает в ночное время
  2. не работает в определенных районах океана, которые считаются уязвимыми
  3. медленное нарастание интенсивности сигнала для предупреждения китообразных
  4. воздушное прикрытие для поиска китообразных
  5. не работает, когда известно, что китообразные находятся в определенном диапазоне
  6. бортовые наблюдатели от гражданских групп
  7. использовать эхолоты для поиска китообразных поблизости
  8. большой запас прочности по уровням воздействия
  9. не работает, когда дельфины катаются на носу
  10. работает на менее полной мощности
  11. платные бригады ветеранов для исследования посадки на мель после работы гидролокатора.

Смотрите также

дальнейшее чтение

  • Джошуа Хорвиц (2014). Война китов: правдивая история . Саймон и Шустер. ISBN 978-1451645019.

Примечания

использованная литература

внешние ссылки