Пассивное прослушивание китов в Арктике с помощью оптоволоконных кабелей

Впервые исследователям удалось пассивно слушать китов, «подслушивая» их, с использованием существующих подводных оптоволоконных кабелей. Техника, называемая распределённым акустическим зондированием (DAS), использует прибор-интеррогатор для подключения к волоконно-оптической системе, превращая неиспользуемые волокна кабеля в длинный виртуальный массив гидрофонов.

Исследование проводилось в архипелаге Шпицберген, в районе Ис-фьорда, где известно кормление усатых китов, таких как синие киты, летом.

«Я думаю, это может изменить область морской биоакустики», — сказала Леа Буффо, первый автор статьи, опубликованной в Frontiers in Marine Sciences.

Преимущества технологии DAS

• Использование существующей инфраструктуры: Волоконно-оптические кабели доступны по всему миру, что делает систему потенциально глобальной и более доступной, чем дорогостоящее развёртывание отдельных гидрофонов.
• Большое покрытие и локация: DAS позволяет не только обнаруживать вокализацию китов, но и определять их местоположение в пространстве и времени с беспрецедентным пространственным разрешением, поскольку система действует как массив гидрофонов.
• Потенциал для мониторинга в реальном времени: Технология открывает возможность анализа данных в реальном времени, что может стать «сменой правил игры» для акустического мониторинга.

Что ещё можно услышать с помощью DAS

Система регистрирует различные звуки в океане:

• Судоходство: Интенсивное движение судов.

• Землетрясения.

• Удалённые штормы: Были обнаружены низкочастотные сейсмические сигналы от крупных штормов, происходивших на расстоянии до 13 000 км (в Южной Атлантике). Учёные идентифицировали по метеоданным как минимум 4-5 таких штормов.

• Вокализации китов: Всего было зафиксировано не менее 830 вокализаций китов.

Эксперимент на Шпицбергене

Исследователи получили доступ к 250 км подводного оптоволоконного кабеля между Лонгйиром и Ню-Олесундом, предоставленного норвежским агентством Sikt. В эксперименте использовалось 120 км кабеля в качестве гидрофонного массива.

Два исследователя в июне 2020 года (во время пандемии COVID-19) провели 40-дневные непрерывные измерения. Высокоскоростная сеть Uninett позволила передавать сырые данные из Лонгйира в Тронхейм почти в реальном времени для анализа.

Анализ данных и результаты

Объём данных составил 7 терабайт в день (около 250 ТБ за весь период). Анализ был сложным из-за новизны данных, но исследователи смогли идентифицировать сигналы китов по частоте, паттерну и повторяемости.

Были обнаружены:

• Стереотипные позывные североатлантических синих китов за пределами Ис-фьорда (ассоциируются с самцами).
• D-позывные (нисходящие звуки) внутри фьорда, которые могут издавать самцы, самки и детёныши и связаны с кормлением или социальным взаимодействием.

Значение для меняющейся Арктики

Технология особенно актуальна для Арктики, где потепление из-за изменения климата происходит в 2–3 раза быстрее, чем в среднем по планете.

• Изменение поведения китов: Таяние льда может привести к тому, что киты начнут использовать регион круглогодично.
• Рост антропогенной нагрузки: Открытие Арктики для судоходства, рыболовства и туризма увеличивает риски для китов.
• Потенциал для охраны: Система DAS с анализом в реальном времени могла бы информировать суда о местоположении китов, чтобы снизить риск столкновений, и предоставлять данные для природоохранных мер.

«Звук признан лучшим способом изучения китов, потому что в остальном их очень трудно обнаружить... Мы можем многому научиться, подслушивая их», — отметила соавтор Ханна Джой Кризель.