Подводное шумовое загрязнение: невидимая угроза

Звук как жизнь: почему важна акустическая экология

Вода передает звук примерно в 4,5 раза быстрее, чем воздух, и на значительно большие расстояния. В глубоком океане феномен, называемый SOFAR-канал (канал обнаружения и определения дальности звука) — слой минимальной скорости звука на глубине примерно 1000 метров — действует как естественный акустический волновод, позволяя низкочастотным звукам распространяться на тысячи километров с минимальным затуханием. Синие киты используют этот канал, общаясь через океанские бассейны. Киты-полосатики издают звуки на частоте 20 Гц, которые когда-то доносились от Исландии до Азорских островов. Кашалоты используют сложные биосонары для охоты в кромешной тьме. Для этих животных акустическая связь и эхолокация — не дополнение к другим чувствам, а основные инструменты выживания. Таким образом, нарушение акустической среды — это не просто неудобство; это атака на биологическую инфраструктуру морской жизни.

Обзор Дуарте 2021 года синтезировал десятилетия исследований различных таксонов, придя к выводу, что шумовое загрязнение затрагивает организмы всего животного царства в океане, от зоопланктона до крупных китов [1]. Обзор выделил три основных механизма вреда: прямое физиологическое повреждение (временное или постоянное смещение порогов слуха), маскировка (шум, накладывающийся на биологически важные сигналы, препятствуя их приему) и поведенческие нарушения (животные меняют поведение при поиске пищи, миграции, размножении или общении в ответ на шум). Все три пути могут снизить выживаемость и репродуктивный успех, что приводит к каскадным эффектам на динамику популяций.

Коммерческое судоходство: доминирующий источник широкополосного шума

Более 90% мировой торговли осуществляется морским путем, на борту примерно 90 000 коммерческих судов, находящихся в море в любой момент времени. Эти суда генерируют непрерывный широкополосный шум, в котором преобладают частоты от 10 до 1000 Гц — именно тот диапазон, который используют усатые киты для дальней связи. Акустический анализ современных коммерческих судов, проведенный Маккенной и коллегами из Института океанографии Скриппса в 2012 году, количественно оценил уровни источника и определил кавитацию гребного винта — образование и разрушение паровых пузырьков на кончиках лопастей гребного винта — как доминирующий механизм шума, за которым следует вибрация машин, передающаяся через корпус [7]. Контейнеровозы и сухогрузы являются одними из самых шумных судов на единицу, в то время как более медленные или лучше спроектированные суда могут быть значительно тише.

Оценки, полученные с подводных акустических мониторинговых систем, показывают, что низкочастотный фоновый шум на основных судоходных путях увеличился примерно на 15 дБ — примерно в 32 раза по давлению — с 1950-х годов, что совпало со взрывным ростом мировой торговли. Исследование 2017 года в *Frontiers in Marine Science* измерило спектры источников шума судов в Балтийском море в течение длительных периодов записи, подтвердив, что даже полузакрытые региональные моря с умеренным трафиком испытывают устойчиво повышенные уровни шума [2]. Последствия для видов, которые полагаются на низкочастотную связь — синих китов, финвалов, настоящих китов — глубоки: их эффективная дальность связи, возможно, сократилась на порядок.

Маскировка и сбой связи

Акустическая маскировка происходит, когда источник шума перекрывает по частоте и времени биологически важный сигнал, снижая его обнаруживаемость. Для североатлантических гладких китов — одних из самых находящихся под угрозой исчезновения крупных млекопитающих на Земле, с популяцией менее 360 особей — шум судоходства в низкочастотном диапазоне напрямую маскирует их контактные крики, используемые для связи между матерью и детёнышем. Исследование Ролланда и коллег с использованием автоматических детекторов криков показало, что гладкие киты в районах с уменьшенным судоходным трафиком (во время закрытия портов после 11 сентября) демонстрировали значительно более низкие уровни гормонов стресса, предоставляя одни из самых убедительных причинно-следственных доказательств того, что хронический шум судов вызывает измеримый физиологический вред [8]. Некоторые виды китообразных продемонстрировали замечательную пластичность, сдвигая частоту или время криков, чтобы избежать перекрытия — но такие сдвиги сопряжены с энергетическими затратами и могут быть недостаточной компенсацией.

Сейсмические исследования: импульсный шум по всему океану

Сейсмические исследования с использованием пневматических пушек применяются нефтегазовой промышленностью для отображения подповерхностной геологии морского дна. Массивы пневматических пушек буксируются за судами, выпуская сжатые воздушные импульсы каждые 10–15 секунд в течение нескольких дней или недель. Каждый импульс генерирует импульсивный звук с пиковым уровнем, превышающим 250 децибел (относительно 1 мкПа на 1 м), обнаруживаемый за тысячи километров от источника. Исследование 2018 года, опубликованное в *Marine Pollution Bulletin*, изучило совокупный акустический вклад нескольких одновременных сейсмических исследований в заливе Баффина, Гренландия, и обнаружило, что весь бассейн подвергался повышенным уровням шума в течение всего сезона исследований, с потенциальными последствиями для гренландских китов и нарвалов, использующих этот район [3].

Систематический обзор литературы по воздействию морских сейсмических исследований на свободноживущую фауну, опубликованный в *Frontiers in Marine Science* в 2023 году, обнаружил убедительные доказательства поведенческих нарушений среди рыб, морских млекопитающих и морских черепах в радиусе от десятков до сотен километров от судов, проводящих исследования [4]. Воздействие включало временные и постоянные смещения порогов слуха, измененное вокальное поведение, избегание мест кормления и размножения, а также изменения в профилях погружений. Контролируемое исследование воздействия на нарвалов в Восточной Гренландии задокументировало драматические реакции бегства — продолжительное высокоскоростное плавание и глубокие погружения — которые сохранялись в течение нескольких часов после воздействия, представляя значительные энергетические затраты для животных, справляющихся с требованиями арктической сезонности [5].

Гидролокаторы и массовые выбросы на берег: доказанная связь

Самые драматичные и тревожные доказательства акустического вреда морским млекопитающим исходят из связи между военными среднечастотными активными гидролокаторами (MFAS) и массовыми выбросами на берег клюворылых китов. С 1960-х годов многочисленные массовые выбросы многовидовых клюворылых китов происходили во время или вскоре после военно-морских учений с использованием MFAS. Патологические признаки — кровоизлияния в акустических жировых отложениях и вокруг ушей, азотные эмболы в тканях, соответствующие травмам, похожим на декомпрессионную болезнь — указывают на поведенческий каскад, при котором киты, быстро всплывающие, чтобы избежать интенсивного воздействия гидролокатора, получают физиологический вред, аналогичный декомпрессионной болезни. Канарские острова (2002), Багамские острова (2000) и греческий остров Кипариссия (1996) — одни из наиболее задокументированных событий. Последующие военно-морские соглашения о недопущении учений вблизи ареала обитания клюворылых китов были связаны со снижением частоты выбросов на берег в некоторых затронутых районах.

Рыбы и беспозвоночные: более широкий биологический ущерб

Позвоночные млекопитающие получают наибольшее научное и общественное внимание, но рыбы и беспозвоночные несравненно многочисленнее и экологически значимее в морских пищевых цепях. Рыбы полагаются на звук для агрегации нереста, обнаружения хищников и защиты территории. Многие виды, включая атлантическую треску, европейского морского окуня и несколько рифовых рыб, производят и обнаруживают звуки в частотном диапазоне, наиболее загрязненном шумом судоходства и строительства. Слаббекорн и коллеги охарактеризовали это как «шумную весну», документируя, как антропогенный шум ухудшает акустическую экологию рыб по таксонам и географическим регионам [10]. Лабораторные и полевые исследования задокументировали нарушенные взаимодействия хищник-жертва, снижение успеха оседания личинок на рифах вблизи шумных районов и нарушенное поведение стаи. Головоногие — кальмары и осьминоги — используют статоцисты для обнаружения низкочастотного движения частиц, и было показано, что они страдают от повреждения статоцистов при воздействии пневматических пушек. Обзор Дуарте пришел к выводу, что экологические последствия шумового загрязнения, вероятно, выходят далеко за рамки харизматичной мегафауны, которая доминирует в исследованиях [1].

Нормативная база: прогресс и постоянные пробелы

Международная морская организация (ИМО) впервые обратила внимание на подводный шум в 2014 году, приняв MEPC.1/Circ.833, необязывающие руководящие принципы, рекомендующие судостроителям и операторам рассматривать снижение шума за счет оптимизации гребного винта, конструкции корпуса, виброизоляции машин и эксплуатационных мер, таких как снижение скорости [6]. Эти руководящие принципы были пересмотрены и усилены в 2024 году как MEPC.1/Circ.906/Rev.1, отражая десятилетие накопленных исследований и технологического прогресса. Однако необязывающий характер руководящих принципов ИМО означает, что их соблюдение является добровольным, а внедрение судовладельцами было неоднородным. Снижение скорости является одним из наиболее доступных и экономически эффективных мероприятий: снижение скорости судна на 10% уменьшает излучаемый шум примерно на 2–4 дБ и расход топлива примерно на 19%, одновременно обеспечивая снижение шума и выбросов.

Несколько крупнейших судоходных путей теперь имеют добровольные зоны замедленного движения во время высокой активности китообразных — особенно в Национальном морском заповеднике Стеллваген-Банк и заливе Сэлиш. Достижения в конструкции гребных винтов, включая наклон лопастей и улучшенную геометрию кончика, могут снизить шум кавитации на источнике на несколько децибел. Всеобъемлющий обзор Вейльгартом 2007 года воздействия антропогенного океанского шума на китообразных пришел к выводу, что доступен набор технологических и эксплуатационных решений, и что главным барьером является не техническая возможность, а регуляторная воля и экономический стимул [9].

Кризис, который можно преодолеть

В отличие от многих форм загрязнения океана, шум не является стойким. Когда проходит судно, его шум затихает в течение нескольких минут на расстоянии. Когда заканчиваются сейсмические исследования, импульсный шум прекращается. Это означает, что, в отличие от химических загрязнителей, которые накапливаются в отложениях и тканях десятилетиями, акустическая среда имеет потенциал для быстрого восстановления, если источники шума сокращаются. Дуарте и коллеги подчеркнули эту обратимость как ключевую особенность шумового загрязнения океана — и причину для осторожного оптимизма [1]. Сокращение мирового судоходства во время пандемии COVID-19 предоставило естественный эксперимент: в течение нескольких недель после падения трафика примерно на 20%, уровни подводного шума заметно снизились во многих океанских регионах, а некоторые виды китообразных расширили свой диапазон вокализации до исторических норм.

В отличие от химического загрязнения, шум океана обратим. Уменьшите источник, и океан начнет восстанавливаться в течение нескольких дней.

— Duarte et al., Science, 2021 (doi:10.1126/science.aba4658)

Акустическое будущее океана не предопределено. Оно зависит от технологических решений судостроителей, регуляторных решений ИМО и национальных правительств, эксплуатационных решений судоходных компаний и нефтеразведчиков, а также от готовности прибрежных государств применять ограничения шума в своих исключительных экономических зонах. Научная обоснованность действий теперь прочна. Инструменты для смягчения последствий существуют, и многие из них являются безубыточными или экономически выгодными. Оставшийся пробел — это не знания, а политическая воля.