Взаимодействие морских млекопитающих с гидролокатором стало предметом споров с момента изобретения этой технологии.
Активный сонар , передающее оборудование, используемое на некоторых судах для помощи в обнаружении подводных лодок, наносит вред здоровью и средствам к существованию некоторых морских животных . [1] Недавние исследования показали, что клюворылые и синие киты чувствительны к среднечастотному активному сонару и быстро уходят от источника сонара, что нарушает их питание и может привести к массовому выбросу на берег. [2] Некоторые морские животные, такие как киты и дельфины , используют эхолокационные или «биосонарные» системы для обнаружения хищников и добычи. Предполагается, что активные передатчики сонара могут сбивать этих животных с толку и мешать основным биологическим функциям, таким как питание и спаривание. Исследование показало, что киты страдают от декомпрессионной болезни , заболевания, при котором азот превращается в пузырьки газа в тканях и которое вызывается быстрым и длительным всплытием. Хотя изначально считалось, что киты невосприимчивы к этому заболеванию, сонар был причастен к возникновению поведенческих изменений, которые могут привести к декомпрессионной болезни. [3]
Канал SOFAR (сокращение от «sound fixing and range channel»), или глубокий звуковой канал (DSC), [4] представляет собой горизонтальный слой воды в океане, центрированный вокруг глубины, на которой скорость звука минимальна. Канал SOFAR действует как волновод для звука, и низкочастотные звуковые волны внутри канала могут распространяться на тысячи миль, прежде чем рассеяться. [5] Это явление является важным фактором в подводной войне . Глубокий звуковой канал был открыт и описан независимо доктором Морисом Юингом и Леонидом Бреховских в 1940-х годах. [6]
Несмотря на использование канала SOFAR в военно-морских приложениях, идея о том, что животные могут использовать этот канал, не была предложена до 1971 года. Роджер Пейн и Дуглас Уэбб подсчитали, что до того, как шум судоходства проник в океаны, тоны, издаваемые финвалами, могли распространяться на расстояние до четырех тысяч миль и все еще быть слышны на фоне обычного фонового шума моря. Пейн и Уэбб далее определили, что в тихий день в океанах до появления судовых винтов тоны финвалов падали до уровня фонового шума только после прохождения тринадцати тысяч миль, то есть больше диаметра Земли .
До того, как были завершены обширные исследования вокализации китов , низкочастотные импульсы, издаваемые некоторыми видами китов, часто неправильно приписывались им. Доктор Пэйн писал: «До того, как было показано, что финвалы являются причиной [мощных звуков], никто не мог серьезно отнестись к идее, что такие регулярные, громкие, низкие и относительно чистые частотные тоны исходят из океана, не говоря уже о китах». [7] Этот неизвестный звук был широко известен военно-морским акустикам как Монстр Иезавель . [ требуется цитата ] ( Иезавель была узкополосным пассивным гидролокатором дальнего действия.) Некоторые исследователи [ кто? ] считали, что эти звуки можно отнести к геофизическим колебаниям или неизвестной российской военной программе, и только после того, как биологи Уильям Шевилл и Уильям А. Уоткинс доказали, что киты обладают биологической способностью издавать звуки, неизвестные звуки были правильно приписаны. [ требуется цитата ]
Электромагнитный спектр имеет жесткие определения для «сверхнизкой частоты», «экстремально низкой частоты», «низкой частоты» и «средней частоты». В акустике нет подобного стандарта. Термины «низкий» и «средний» имеют приблизительно определенные исторические значения в сонаре, поскольку на протяжении десятилетий использовалось не так много частот. Однако по мере внедрения большего количества экспериментальных сонаров термины стали запутанными.
Американский низкочастотный сонар был первоначально представлен широкой публике в статье журнала Time за июнь 1961 года «Новый противолодочный зонд» [Примечание 1] Проект «Артемис» , низкочастотный сонар, использовавшийся в то время, мог заполнить весь океан звуком поиска и обнаружить все, что двигалось в воде. «Артемис» вырос из предположения 1951 года гарвардского физика Фредерика В. Ханта ( Артемида — древнегреческая богиня охоты), который убедил экспертов ВМС по борьбе с подводными лодками, что подводные лодки можно обнаружить на больших расстояниях только по неслыханным объемам низкочастотного звука. [8] В то время предполагалось, что вся система «Артемис» будет формировать своего рода подводную линию DEW ( дальнего раннего оповещения ) для предупреждения США о вражеских подводных лодках. Гигантские, необслуживаемые преобразователи , питаемые кабелями с суши, будут опущены на значительные глубины, где звук распространяется лучше всего. Статья в журнале Time была опубликована во время первого плавания советской подводной лодки К-19 , которая была первой советской подводной лодкой, оснащенной баллистическими ракетами . Четыре дня спустя с подводной лодкой произошел несчастный случай, давший ей ее прозвище. Воздействие этой системы на морских млекопитающих, конечно, не принималось во внимание. Artemis так и не стала оперативной системой.
Низкочастотный сонар был возрожден в начале 1980-х годов для военных и исследовательских целей. Идея о том, что звук может мешать биологии китов, широко обсуждалась за пределами исследовательских кругов, когда Институт океанографии Скриппса одолжил и модифицировал военный сонар для теста осуществимости на острове Херд, проведенного в январе и феврале 1991 года. [9] Модифицированный для теста сонар был ранней версией SURTASS, развернутой на MV Cory Chouest . [10] В результате этого теста Национальным исследовательским советом был организован «Комитет по низкочастотному звуку и морским млекопитающим» . Их выводы были опубликованы в 1994 году в книге « Низкочастотный звук и морские млекопитающие: текущие знания и потребности в исследованиях» . [11]
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 [ требуется ссылка ] . После этого акустическая энергия в звуке средней или высокой частоты преобразуется в тепло, в первую очередь солью Эпсома, растворенной в морской воде. [12] Очень мало низкочастотной акустической энергии преобразуется в тепло, поэтому сигнал может быть обнаружен на больших расстояниях. Менее пяти преобразователей из низкочастотной активной решетки были использованы в тесте осуществимости острова Херд, и звук был обнаружен на противоположной стороне Земли. Преобразователи были временно изменены для этого теста, чтобы передавать звук на частоте 50 Гц , что ниже их обычной рабочей частоты.
Через год после испытаний на острове Херд на судне Cory Chouest был установлен новый низкочастотный активный сонар с 18 преобразователями вместо 10. Для этой системы было подготовлено заявление о воздействии на окружающую среду . [13]
Термин среднечастотный гидролокатор обычно используется для обозначения гидролокаторов, которые проецируют звук в диапазоне от 3 до 4 килогерц (кГц). С момента спуска на воду USS Nautilus (SSN-571) 17 января 1955 года [14] ВМС США знали, что это всего лишь вопрос времени, когда у других военно-морских держав появятся собственные атомные подводные лодки . Среднечастотный гидролокатор был разработан для борьбы с подводными лодками будущего. Стандартные активные гидролокаторы после Второй мировой войны (которые обычно были выше 7 кГц) имели недостаточный диапазон против этой новой угрозы. Активный гидролокатор прошел путь от части оборудования, прикрепленного к кораблю, до части оборудования, которая была центральной в конструкции корабля. Они описаны в той же статье журнала Time 1961 года цитатой «последний корабельный гидролокатор весит 30 тонн и потребляет в 1600 раз больше энергии, чем стандартный послевоенный гидролокатор». [8] Современная система, производимая компанией Lockheed Martin с начала 1980-х годов, — это AN/SQQ-89 . [15] 13 июня 2001 года компания Lockheed Martin объявила о поставке ВМС США своей 100-й подводной системы AN/SQQ- 89 .
Имелись отдельные свидетельства того, что среднечастотный сонар может оказывать неблагоприятное воздействие на китов, которые появились еще во времена китобойного промысла. Следующая история изложена в книге, опубликованной в 1995 году:
Еще одним нововведением китобоев было использование сонара для отслеживания китов, которых они преследовали под водой. Но возникла проблема: когда лодка приближалась к киту, кит начинал выдыхать, все еще находясь под водой. Это создавало облако пузырьков в воде, которые отражали звук лучше, чем кит, и создавали ложную цель (подобно тому, что делает пилот, выпуская металлическую мякину, чтобы создать ложное эхо-сигнал радара). Я подозреваю, что такое поведение китов было просто случайностью, поскольку выдох, все еще находясь под водой, — это просто средство, с помощью которого кит может сократить время, которое он должен оставаться на поверхности, где сопротивление поверхности замедлит его.
Китобои быстро обнаружили, что частота в три тысячи герц, похоже, пугает китов, заставляя их всплывать гораздо чаще за воздухом. Это было «лучшее» применение сонара, потому что оно давало китобоям больше шансов подстрелить китов. Поэтому они оснастили свои промысловые суда сонаром на этой частоте. Конечно, сонар также позволяет китобоям преследовать кита под водой, но это его вторичное применение. Его основное применение — отпугивание китов, заставляющее их «тяжело дышать» на поверхности. [16]
В 1996 году двенадцать клюворылов Кювье выбросились живыми вдоль побережья Греции, пока НАТО (Организация Североатлантического договора) испытывала активный гидролокатор с комбинированными низко- и среднечастотными преобразователями, согласно статье, опубликованной в журнале Nature в 1998 году. Автор впервые установил связь между нетипичными массовыми выбросами китов на берег и использованием военного гидролокатора, заключив, что, хотя чистое совпадение исключать нельзя, существует более чем 99,3% вероятность того, что тестирование гидролокатора стало причиной этого выброса на берег. [17] [18] Он отметил, что киты были разбросаны вдоль 38,2 км побережья и были разделены средним расстоянием в 3,5 км ( sd = 2,8, n = 11). Такое распределение по времени и местоположению было нетипичным, поскольку обычно киты массово выбрасываются на берег в одном и том же месте и в одно и то же время.
На момент написания статьи доктор Францис не знал о нескольких важных факторах.
Поскольку уровень источника этого экспериментального сонара составлял всего 226 дБ на частоте 3 кГц относительно 1 мкПа·м, на расстоянии всего 100 метров принимаемый уровень упал бы на 40 дБ (до 186 дБ). Группа НАТО исследовала вышеуказанное выбрасывание на берег и пришла к выводу, что киты подверглись воздействию 150–160 дБ относительно 1 мкПа низко- и среднечастотного сонара. Этот уровень примерно на 55–65 дБ ниже (примерно в миллион раз ниже интенсивности), чем пороговое значение для повреждения слуха, установленное группой экспертов по морским млекопитающим в 215 дБ. [21]
Идея о том, что относительно маломощный сонар может вызвать массовое выбрасывание на берег такого большого количества китов, была весьма неожиданной для научного сообщества. Большинство исследований были сосредоточены на возможности маскировки сигналов, помех брачным крикам и аналогичным биологическим функциям. Глубоководные морские млекопитающие были видами, вызывающими беспокойство, но было известно очень мало определенной информации. В 1995 году была опубликована всеобъемлющая книга о связи между морскими млекопитающими и шумом, и в ней даже не упоминалось о выбрасывании на берег. [22]
В 2013 году исследования показали, что клюворылые киты очень чувствительны к среднечастотному активному сонару. [2] [23] Также было показано, что синие киты убегают от источника среднечастотного сонара, [24] в то время как военно-морское использование средне- и высокочастотного сонара бокового обзора было признано «наиболее вероятной причиной» массового выброса на берег около 50 короткоклювых дельфинов-белобочек ( Delphinus delphis ) 9 июня 2008 года в заливе Фалмут , Корнуолл , Великобритания. [25]
Обзор доказательств о массовых выбросах клюворылов, связанных с военно-морскими учениями, где использовался сонар, был опубликован в 2019 году. В нем сделан вывод о том, что воздействие среднечастотного активного сонара сильнее всего проявляется у клюворылов Кювье, но оно различается у отдельных особей или популяций, что может зависеть от того, подвергались ли особи предшествующему воздействию сонара, и что у выброшенных на берег китов были обнаружены симптомы декомпрессионной болезни, что может быть связано с их реакцией на сонар. В нем отмечено, что на Канарских островах больше не происходило массовых выбросов на берег после того, как там были запрещены военно-морские учения, где использовался сонар, и рекомендовано распространить запрет на другие районы, где продолжают происходить массовые выбросы на берег. [26] [27]
Были отдельные свидетельства от китобоев (см. раздел выше), что сонар может вызвать панику у китов и заставить их всплывать чаще, делая их уязвимыми для гарпунов. Также была выдвинута теория, что военный сонар может заставить китов паниковать и всплывать слишком быстро, что приводит к форме декомпрессионной болезни . В целом травма, вызванная быстрыми изменениями давления, известна как баротравма . Идея акустически усиленного образования пузырьков была впервые высказана в статье, опубликованной в The Journal of the Acoustical Society of America в 1996 году [28] и снова в Nature в 2003 году. В ней сообщалось об острых газовых пузырьковых поражениях (свидетельствующих о декомпрессионной болезни) у китов, которые выбросились на берег вскоре после начала военных учений у Канарских островов в сентябре 2002 года. [29]
На Багамах в 2000 году гидролокационные испытания ВМС США передатчиков в диапазоне частот 3–8 кГц при уровне источника 223–235 децибел относительно 1 мкПа·м были связаны с выбросом на берег семнадцати китов, семь из которых были найдены мертвыми. Экологические группы утверждали, что у некоторых выброшенных на берег китов текла кровь из глаз и ушей, что они считали признаком акустически вызванной травмы. [30] Группы утверждают, что вызванная этим дезориентация могла привести к выбросу на берег. [31]
Во всем мире использование активного сонара было связано примерно с 50 случаями выброса морских млекопитающих на берег в период с 1996 по 2006 год. Во всех этих случаях присутствовали и другие способствующие факторы, такие как необычная (крутая и сложная) подводная география, ограниченные пути выхода и особый вид морских млекопитающих — клюворылые киты, которые, как предполагается, более чувствительны к звуку, чем другие морские млекопитающие.
— Контр-адмирал Лоуренс Райс (11 апреля 2008 г.) [32]
Начиная с 1990-х годов проводились научные исследования влияния сонара на морскую жизнь. Результаты этих научных исследований публикуются в рецензируемых журналах и на международных конференциях, таких как The Effects of Sound on Marine Mammals [47] и The Effects of Noise on Aquatic Life [48] .
Исследование о влиянии определенных частот сонара на синих китов было опубликовано в 2013 году. Среднечастотные (1–10 кГц) военные сонары были связаны со смертельным массовым выбросом на берег глубоководных зубатых китов , но воздействие на находящиеся под угрозой исчезновения виды усатых китов было практически неизвестно. Эксперименты с контролируемым воздействием, использующие имитируемый военный сонар и другие звуки средней частоты, измеряли поведенческие реакции помеченных синих китов в районах кормления в пределах залива Южной Калифорнии . Несмотря на использование уровней источника на порядки ниже некоторых действующих военных систем, результаты показали, что звук средней частоты может значительно влиять на поведение синих китов, особенно во время режимов глубокого кормления. Когда происходила реакция, поведенческие изменения широко варьировались от прекращения глубокого кормления до увеличения скорости плавания и направленного движения от источника звука. Изменчивость этих поведенческих реакций в значительной степени находилась под влиянием сложного взаимодействия поведенческого состояния, типа звука средней частоты и полученного уровня звука. Нарушение питания, вызванное сонаром, и перемещение из высококачественных участков добычи могут иметь значительные и ранее не документированные последствия для экологии добычи пищи усатых китов, индивидуальной приспособленности и здоровья популяции. [49]
Поскольку гидролокатор средней частоты был связан с массовыми выбросами китообразных на берег по всему мировому океану, некоторые защитники окружающей среды выделили его в качестве объекта для активизма. [50] В иске, поданном Советом по защите природных ресурсов (NRDC) в Санта-Монике, Калифорния, 20 октября 2005 года, утверждалось, что ВМС США проводили учения с использованием гидролокатора в нарушение нескольких законов об охране окружающей среды, включая Закон о национальной политике в области охраны окружающей среды , Закон о защите морских млекопитающих и Закон об исчезающих видах . [51] Сонар средней частоты является наиболее распространенным типом активного гидролокатора, используемого военно-морскими силами мира, и широко применяется с 1960-х годов.
13 ноября 2007 года апелляционный суд США восстановил запрет на использование ВМС США гидролокаторов для охоты на подводные лодки в учебных миссиях у берегов Южной Калифорнии до тех пор, пока не будут приняты более эффективные меры безопасности для китов, дельфинов и других морских млекопитающих. 16 января 2008 года президент Джордж Буш-младший 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, ВМС должны следовать экологическим законам, устанавливающим строгие ограничения на среднечастотные гидролокаторы. В 36-страничном решении окружной судья США Флоренс-Мари Купер написала, что ВМС не «освобождены от соблюдения Закона о национальной политике в области охраны окружающей среды» и судебного запрета, создающего 12-мильную (22-километровую) зону без гидролокаторов у берегов Южной Калифорнии. [52] [53] 29 февраля 2008 года коллегия федерального апелляционного суда из трех судей поддержала постановление суда низшей инстанции, требующее от ВМС принимать меры предосторожности во время учений по использованию гидролокаторов, чтобы свести к минимуму вред морской жизни. [30] В деле Winter против Natural Resources Defense Council Верховный суд США отменил постановление окружного суда решением 5:4 от 12 ноября 2008 года.
Воздействие на окружающую среду при работе активного сонара должно осуществляться в соответствии с законодательством США. Процедуры минимизации воздействия сонара разрабатываются в каждом случае, когда воздействие существенно.
Воздействие подводного звука можно уменьшить, ограничив воздействие звука, получаемое животным. Максимальный уровень воздействия звука, рекомендованный Саутхоллом и др. [54] для китообразных, составляет 215 дБ относительно 1 мкПа 2 с для повреждения слуха. Максимальный уровень звукового давления для поведенческих эффектов зависит от контекста (Саутхолл и др. [54] ).
В США большая часть правовых и медийных конфликтов по этому вопросу связана с вопросами о том, кто определяет, какой тип смягчения является достаточным. Например, изначально считалось, что прибрежные комиссии несут юридическую ответственность только за прибрежную собственность и государственные воды (три мили в море). Поскольку активный сонар играет важную роль в защите судов, меры смягчения, которые могут показаться разумными гражданскому агентству без какого-либо военного или научного опыта, могут иметь катастрофические последствия для подготовки и готовности. Поэтому ВМС США часто определяют свои собственные требования к смягчению. [55]
Примеры мер по смягчению последствий включают в себя:
{{cite web}}
: CS1 maint: unfit URL (link){{cite journal}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link) CS1 maint: numeric names: authors list (link)