_ Ascultarea balenelor în înălțime Arctic

Balenele sunt uriașe, dar trăiesc într-un mediu și mai mare – oceanele lumii. Cercetătorii folosesc o serie de instrumente pentru a studia locația lor, inclusiv urmărirea prin satelit, sondaje aeriene, observări și desfășurarea de hidrofoane individuale pentru a le asculta apelurile. Dar acum, pentru prima dată, cercetătorii au reușit să asculte pasiv balenele - în esență, cu urechea la ele - folosind cabluri subacvatice de fibră optică existente.

Tehnica, numită detecție acustică distribuită sau DAS, folosește un instrument numit interogator pentru a accesa un sistem de fibră optică, transformând fibrele suplimentare neutilizate din cablu într-o gamă virtuală lungă de hidrofoane. Cercetarea a fost efectuată în arhipelagul Svalbard, într-o zonă numită Isfjorden, unde se știe că balenele cu fani, precum balenele albastre, își hrănesc în timpul verii.

„Cred că acest lucru poate schimba domeniul bioacusticii marine. ”, a spus Léa Bouffaut, primul autoare al unei lucrări tocmai publicate în Frontiers in Marine Sciences. Bouffaut a fost post-doctorat la NTNU, Universitatea Norvegiană de Știință și Tehnologie, când a lucrat la această cercetare și acum se află la Centrul K. Lisa Yang pentru Bioacustică de Conservare de la Universitatea Cornell, unde continuă să extindă această activitate.

Cablurile de fibră optică sunt peste tot

Bouffaut a spus că frumusețea sistemului este că ar putea permite cercetătorilor să profite de o rețea existentă la nivel mondial.

Acest sistem ar putea deveni ca sateliții în ocean.

"Implementarea hidrofoanelor este extrem de costisitoare. Dar cablurile de fibră optică sunt în toată lumea și sunt accesibile", a spus ea. „Acest lucru ar putea fi asemănător cu modul în care acoperirea imaginilor satelitare a Pământului le-a permis oamenilor de știință din multe domenii diferite să facă multe tipuri diferite de studii ale Pământului. Pentru mine, acest sistem ar putea deveni ca sateliții în ocean.”

În schimb, DAS nu numai că permite cercetătorii pentru a detecta vocalizările balenelor, pot folosi rețeaua de fibre pentru a localiza unde se află balenele atât în ​​spațiu, cât și în timp, cu o rezoluție spațială fără precedent, a spus ea.

„Cu acest sistem, care este ceea ce putem De fapt, numim o matrice de hidrofoane, avem șansa de a acoperi o zonă mult mai mare pentru monitorizare. Și pentru că primim sunetul în mai multe unghiuri, putem chiar spune unde a fost animalul - poziția animalului. Și acesta este un avantaj enorm. Și dacă o ducem și mai departe, ceea ce necesită încă ceva muncă suplimentară, acest lucru s-ar putea întâmpla în timp real, ceea ce ar schimba cu adevărat jocul pentru monitorizarea acustică a balenelor", a spus colegul ei Hannah Joy Kriesell, unul dintre co-autorii lucrării. .

Se aud bărci, cutremure

Tehno De asemenea, logica permite cercetătorilor să audă alte sunete transportate prin apă, de la furtuni tropicale mari la cutremure la nave care trec, a spus Martin Landrø, un geofizician NTNU care a fost coautor al lucrării. Landrø este, de asemenea, șeful Centrului pentru Prognoza Geofizică, un Centru pentru Inovare bazată pe Cercetare, finanțat de Consiliul de Cercetare din Norvegia.

Am detectat cel puțin patru sau cinci furtuni mari diferite care au avut loc și ne-am putea întoarce înapoi. la datele meteorologice și identificați-le după nume.

„Dacă ceva se mișcă aproape de acea fibră, care este îngropată în fundul mării, sau produce un zgomot acustic, putem măsura asta”, a spus el. „Deci, ceea ce am văzut a fost mult trafic de nave, desigur, o mulțime de cutremure și am putut detecta, de asemenea, furtunile îndepărtate. Și nu în ultimul rând, balenele. Am detectat cel puțin 830 de vocalizări de balene în total.” Landrø a spus că detectarea furtunile îndepărtate a fost posibilă datorită semnalelor seismice de joasă frecvență care sunt generate de valurile de la furtunile mari. Această metodă de detectare a furtunilor mari din valuri de joasă frecvență la distanțe mari a fost stabilită de oceanograful Walter Munk în 1963, când a măsurat valurile de la furtunile antarctice de pe insula Pacificului Samoa, a spus Landrø.

„Noi am putut vedea furtunile care au avut loc în Atlanticul de Sud, la 13.000 de kilometri distanță, pe partea de frecvență joasă a datelor și am putut determina distanța până la furtună”, a spus el. „Am detectat cel puțin patru sau cinci furtuni mari diferite care au avut loc și am putut să ne întoarcem la datele meteorologice și să le identificăm după nume.”

COVID-19 și o excursie în Svalbard

Cercetătorii au lucrat cu Sikt, Agenția Norvegiană pentru Servicii Partajate în Educație și Cercetare, care a oferit acces la 250 km de cablu de fibră optică în Svalbard, îngropat pe fundul mării între orașul principal al arhipelagului, Longyearbyen, și Ny-Ålesund, o cercetare. aşezare pe o peninsulă la nord-vest. Cablul pleacă dintr-un fiord adăpostit, numit Isfjorden, și iese în oceanul deschis, unde 120 km de cablu au fost folosiți ca o rețea hidrofonică.

Experimentul de detectare și observare a balenelor DAS arată o utilizare complet nouă. a acestui tip de infrastructură de fibră optică, rezultând o știință excelentă, unică.

Grupul de cercetare a inclus și Alcatel Submarine Networks Norway, care a furnizat interogatorii — instrumentele care au permis grupului să acceseze fibra optică Sikt. cablu.

Doi cercetători au călătorit la Longyearbyen în iunie 2020, la începutul pandemiei de COVID-19, și au putut folosi interogatorul timp de 40 de zile, ascultând pe lungimea cablului de 120 km.

„Cablul de fibră dintre Longyearbyen și Ny-Ålesund, care a fost pus în producție în 2015 după cinci ani de planificare și prelucrare și finanțat în principal de ministerul nostru, a fost destinat să servească comunitatea de cercetare și stația geodezică. în Ny Ålesund cu comunicare înaltă și rezistentă c apacitate”, a spus Olaf Schjelderup, șeful rețelei naționale de cercetare și dezvoltare a Sikt și un alt coautor al lucrării. „Experimentul DAS de detectare și observare a balenelor arată o utilizare complet nouă a acestui tip de infrastructură de fibră optică, rezultând o știință excelentă, unică.”

Schjelderup a remarcat că un alt avantaj al experimentului l-au fost datele de mare capacitate. capacitatea de comunicare oferită de Rețeaua Norvegiană R&E, (numită mUninett), care a permis transmiterea în timp aproape în timp real a datelor brute de la unitatea de detectare DAS din Longyearbyen până la Trondheim.

„Cercetătorii au putut, de la Trondheim, aproape instantaneu, începe să studieze înregistrările de semnal de la mare în afara Svalbard. Acesta este un exemplu foarte bun de schimbare de paradigmă în colectarea de date distribuite", a spus el. „Ceea ce s-a făcut la Svalbard aici deschide calea pentru lansarea mai multor astfel de senzori cu fibră optică ca infrastructură permanentă – colectarea și procesarea datelor din diferite zone geografice și locații în timp aproape real – atât pentru cercetare, cât și pentru diferite scopuri operaționale.”< /p>

7 terabytes pe zi

Bouffaut și Kriesell, un cercetător la Departamentul de Sisteme Electronice al NTNU, au lucrat la analiza celor 40 de zile de date non-stop din experiment. În total, au trebuit să analizeze 7 terabytes pe zi, sau aproximativ 250 terabytes de date pentru întreaga perioadă. Ei au început prin a se uita la semnale de la locații de pe fibră aflate la o distanță de 10 km unul de celălalt, ceea ce „a făcut-o ușor de gestionat”, a spus Bouffaut.

Provocarea, pe lângă cantitatea de date implicată, a fost aceea că „căutăm semnale fără să știm exact la ce să ne așteptăm. Aceasta este o nouă tehnologie și un nou tip de date pe care nimeni nu le-a căutat. la pentru găsirea balenelor", a spus Bouffaut.

Lucrarea a fost minuțioasă, dar „a fost foarte, super incitant, mai ales când am început să vedem semnalele de balene", a spus Bouffaut. „Dar am primit foarte mult această întrebare, chiar și de la bioacusticieni: de unde știi că aceasta este o balenă? Și eu spun: „De unde știi că este o balenă când ai înregistrat de la un hidrofon? Am recunoscut frecvența, modelul. , repetiția și am ascultat-o.”

Bouffaut a adăugat că acum că cercetătorii cunosc mai bine datele, ar putea antrena modele de învățare automată pentru a simplifica și automatiza procesul de analiză a datelor.

Bouffaut și Kriesell au identificat ceea ce se numesc apeluri stereotipe pentru balenele albastre din Atlanticul de Nord, în afara Isfjorden. Aceste tipuri de apeluri sunt asociate cu vocalizări masculine. Ei au văzut, de asemenea, ceea ce se numesc D-calls, care sunt vocalizări în care sunetul trece în jos și pot fi făcute de masculi, femele și viței. Ei au detectat aceste apeluri în apele adăpostite ale fiordului. Cercetătorii anteriori au legat apelurile D cu hrana sau contextele sociale, au spus cercetătorii.

Arctica în schimbare

Bouffaut a spus că valoarea acestui tip de sistem era deosebit de clară în Arctica. unde încălzirea din cauza schimbărilor climatice are loc de două până la trei ori mai repede decât media.

„Arctica se schimbă foarte repede. Și utilizarea animalelor și umană a zonei se schimbă la fel de repede pe măsură ce gheața se topește.” a spus Bouffaut.

Balenele precum balenele albastre nu sunt încă utilizatori pe tot parcursul anului din regiune, dar pe măsură ce gheața se topește, acest lucru s-ar putea schimba, a remarcat ea.

În același timp în timp, dispariția stratului de gheață deschide Arctica pentru creșterea transportului, pescuitului și altor activități, cum ar fi turismul.

„Deci, dacă balenele își schimbă utilizarea acestei zone și poate că folosesc această zonă mai mult decât pentru căutând hrană sau pentru activități în care sunt foarte vulnerabili, atunci deținerea acestui tip de tehnologie ne poate ajuta să monitorizăm aceste schimbări”, a spus Bouffaut.

Este posibil să vedem balenele atunci când acestea ies la suprafață pentru a respira, dar sunetul este recunoscut ca fiind cea mai bună modalitate de a studia balenele, deoarece altfel sunt foarte evazive. „Deci, studiind producția lor de sunet, apelurile și vocalizările lor, putem afla multe despre ele. Putem afla unde se află în diferite anotimpuri și cum și unde migrează. Așa că obținem o mulțime de informații ascultând cu urechea lor”, a spus Kriesell.

Și dacă DAS poate fi configurat astfel încât informațiile să poată fi analizate în timp real, informațiile ar putea fi transmise navelor care călătoresc în apele în care balenele se hrănesc sau socializează și informează părțile interesate pentru acțiuni directe de conservare, a spus Bouffaut.

„Am putea reduce riscul de lovire a navelor cu balenele. Ar fi o afacere foarte mare", a adăugat Kriesell. „Gheața arctică se topește, iar traficul navelor a crescut drastic în Arctic. Și asta este o problemă pentru animale. Deci, dacă avem un mijloc de a informa navele despre locația balenelor în timp real, am putea opri sau cel puțin reduce riscul de lovire a navelor.”

(Fluierul)