水下噪音污染

以声为命：声学生态学为何重要

水传播声音的速度比空气快约4.5倍，距离也远得多。在深海中，一种称为SOFAR通道（声波探测与测距通道）的现象——在约1000米深处存在一个最小声速层——充当天然声波导，使低频声音能够以最小的衰减传播数千公里。蓝鲸利用这一通道跨洋盆进行交流。长须鲸发出20赫兹的叫声，这种叫声曾能从冰岛传到亚速尔群岛。抹香鲸使用复杂的生物声纳咔哒声在无光的深海中捕食。对于这些动物来说，声学交流和回声定位并非其他感官的补充——它们是主要的生存工具。因此，扰乱声学环境不仅仅是一种骚扰；它是在攻击海洋生命的生物基础设施。

2021年杜阿尔特综述综合了数十年的跨类群研究，得出结论：噪音污染影响着海洋中从浮游动物到大型鲸鱼的整个动物界生物[1]。该综述确定了三种主要的危害机制：直接生理损伤（暂时或永久性听力阈值移位）、掩蔽（噪音与具有生物学重要性的信号重叠，阻止接收）和行为中断（动物为应对噪音而改变觅食、迁徙、繁殖或交流）。这三种途径都可能降低生存和繁殖成功率，对种群动态产生连锁反应。

商业航运：主要的宽带声源

全球90%以上的贸易由海运完成，任何时候约有9万艘商船在海上航行。这些船舶产生持续的宽带噪音，主要频率介于10至1000赫兹之间——这正是须鲸用于远距离交流的频率范围。加州斯克里普斯海洋研究所麦肯纳及其同事在2012年对现代商船的声学分析量化了声源水平，并确定螺旋桨空化（螺旋桨叶尖处蒸气泡的形成和破裂）为主要的噪音机制，其次是通过船体传递的机械振动[7]。集装箱船和散货船是单位噪音最大的船舶之一，而速度较慢或设计更好的船舶则可以显著安静。

水下声学监测阵列的估计表明，自20世纪50年代以来，主要航运线路的低频环境噪音增加了约15分贝——压力增加了约32倍——这与全球贸易的爆炸性增长相吻合。2017年《海洋科学前沿》杂志上的一项研究在长时间记录期间测量了波罗的海船舶的声谱，证实即使是交通量适中的半封闭区域海域也正在经历持续升高的噪音本底[2]。这对依赖低频通信的物种——蓝鲸、长须鲸、露脊鲸——产生了深远影响：它们的有效通信范围可能缩小了一个数量级。

掩蔽和通信中断

当噪声源在频率和时间上与具有生物学重要性的信号重叠时，就会发生声学掩蔽，从而降低其可检测性。对于北大西洋露脊鲸——地球上最濒危的大型哺乳动物之一，种群数量不足360头——低频波段的航运噪声直接掩蔽了它们用于母子交流的接触叫声。罗兰及其同事通过使用自动叫声探测器进行的一项研究表明，在航运交通减少的区域（9/11事件后港口关闭期间），露脊鲸的应激激素水平显著降低，这为慢性船舶噪声产生可测量的生理伤害提供了最有力的因果证据[8]。一些鲸目动物表现出了显著的可塑性，通过改变叫声频率或时间来避免重叠——但这种改变会带来能量成本，可能不足以弥补。

地震勘测：跨洋盆的脉冲噪声

石油和天然气行业利用地震气枪勘测来绘制海底地质图。气动气枪阵列被船只拖曳，每10-15秒发射一次压缩空气脉冲，持续数天或数周。每个脉冲都会产生一个峰值超过250分贝（参照1微帕在1米处）的脉冲声，在距离声源数千公里外即可探测到。2018年发表在《海洋污染公报》上的一项研究考察了格陵兰巴芬湾多项同期地震勘测的累积声学贡献，发现整个海盆在勘测季节都暴露在升高的噪音水平下，这可能对使用该区域的弓头鲸和独角鲸产生影响[3]。

2023年《海洋科学前沿》杂志发表的一项关于海洋地震勘测对自由活动动物影响的系统性文献综述发现，在距离勘测船只数十至数百公里的范围内，鱼类、海洋哺乳动物和海龟的行为均持续受到干扰[4]。影响包括暂时性和永久性听力阈值移位、发声行为改变、避开觅食和繁殖区域以及潜水剖面变化。一项对东格陵兰独角鲸的受控暴露研究记录了急剧的逃逸反应——持续高速游泳和深潜——这种反应在暴露后持续数小时，对管理北极季节性需求的动物来说，这代表了巨大的能量消耗[5]。

与化学污染不同，海洋噪音是可逆的。减少声源，海洋将在几天内开始恢复。

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

声纳与大规模搁浅：有据可查的关联

水生哺乳动物声学伤害最显著和令人不安的证据来自军事中频主动声纳 (MFAS) 与喙鲸大规模搁浅之间的关联。自20世纪60年代以来，与MFAS相关的海军演习期间或之后不久，发生了多起多物种喙鲸搁浅事件。病理特征——声学脂肪沉积物和耳部周围出血，组织中与减压样损伤一致的氮气栓塞——表明行为级联，其中鲸鱼为了躲避强烈声纳暴露而迅速上浮，导致与减压病类似的生理损伤。加那利群岛（2002年）、巴哈马群岛（2000年）和希腊基帕里西娅岛（1996年）是记录最完善的事件。随后，海军达成协议避免在喙鲸栖息地附近进行演习，这与一些受影响地区搁浅率的降低有关。

鱼类和无脊椎动物：更广泛的生物危害

脊椎哺乳动物获得了最多的科学和公众关注，但鱼类和无脊椎动物在海洋食物网中数量更多，生态后果也更重大。鱼类依靠声音进行产卵聚集、捕食者检测和领地防御。许多物种，包括大西洋鳕鱼、欧洲鲈鱼和一些礁鱼，在最受航运和建筑噪音污染的频率范围内产生和检测声音。斯莱布科恩及其同事将这描述为“嘈杂的春天”，记录了人为噪音如何损害跨类群和地域的鱼类声学生态学[10]。实验室和野外研究记录了捕食者-猎物互动中断、嘈杂区域附近珊瑚礁幼鱼定居成功率降低以及集群行为受损。头足类动物——鱿鱼和章鱼——使用平衡囊来检测低频粒子运动，并已被证明会因地震气枪暴露而导致平衡囊受损。杜阿尔特综述得出结论，噪音污染的生态后果可能远远超出了主导研究关注的魅力巨型动物群[1]。

监管框架：进展与持续存在的差距

国际海事组织（IMO）于2014年首次通过MEPC.1/Circ.833号非约束性指南，解决了水下噪音问题，该指南建议船舶设计师和运营商通过优化螺旋桨、船体形状设计、机械振动隔离以及降低航速等操作措施来考虑降噪[6]。这些指南在2024年以MEPC.1/Circ.906/Rev.1的形式进行了修订和加强，反映了十年积累的研究和技术进步。然而，IMO指南的非约束性质意味着合规是自愿的，船东的采纳情况参差不齐。降速是最立即可用且最具成本效益的干预措施之一：船速降低10%可使辐射噪音减少约2-4分贝，燃油消耗减少约19%，同时实现降噪和减排效益。

目前，数条主要航运线路在鲸目动物活动高峰期设有自愿慢速航行区——最著名的是斯特尔瓦根银行国家海洋保护区和萨利希海。螺旋桨设计上的进步，包括叶片倾斜和改进的尖端几何形状，可以将声源处的空化噪音降低数分贝。威尔加特在2007年对人为海洋噪音对鲸目动物影响的全面综述得出结论，一系列技术和操作干预措施是可行的，主要障碍不是技术能力，而是监管意愿和经济激励[9]。

一场可挽回的危机

与许多形式的海洋污染不同，噪音并非持久性的。当船只经过时，其噪音在几分钟内就会在远处消散。当地震勘测结束时，脉冲噪音便会停止。这意味着，与在沉积物和组织中积聚数十年的化学污染物不同，如果噪音源减少，声学环境有潜力迅速恢复。杜阿尔特及其同事强调了这种可逆性是海洋噪音污染的一个关键特征——也是谨慎乐观的理由[1]。COVID-19大流行期间全球航运量的减少提供了一个自然实验：在交通量下降约20%的几周内，多个海洋区域的水下噪音水平显著下降，一些鲸目动物物种将其发声范围恢复到历史常态。

海洋的声学未来并非命中注定。它取决于造船商的技术选择、国际海事组织和各国政府的监管决策、航运公司和石油勘探商的运营选择，以及沿海国家在其专属经济区内执行噪音限制的意愿。采取行动的科学依据现在已经很充分。减缓工具已经存在，其中许多是成本中性甚至成本积极的。剩下的差距不是知识，而是政治意愿。