Mamíferos marinos y sonar

Las interacciones entre los mamíferos marinos y el sonar han sido objeto de debate desde la invención de la tecnología.

El sonar activo, el equipo de transmisión utilizado en algunos barcos para ayudar con la navegación, es perjudicial para la salud y el sustento de algunos animales marinos. La investigación ha demostrado recientemente que las ballenas picudas y azules son sensibles al sonar activo de frecuencia media y se alejan rápidamente de la fuente del sonar, una respuesta que interrumpe su alimentación y puede causar varamientos masivos. Algunos animales marinos, como las ballenas y los delfines, utilizan sistemas de ecolocalización o "biosonar" para localizar depredadores y presas. Se conjetura que los transmisores de sonar activos podrían confundir a estos animales e interferir con funciones biológicas básicas como la alimentación y el apareamiento. El estudio ha demostrado que las ballenas experimentan la enfermedad de descompresión, una enfermedad que obliga al nitrógeno a formar burbujas de gas en los tejidos y es causada por una rápida y prolongada salida a la superficie. Aunque originalmente se pensó que las ballenas eran inmunes a esta enfermedad, el sonar se ha implicado en causar cambios de comportamiento que pueden provocar la enfermedad por descompresión.

Historia

El canal SOFAR (abreviatura de "canal de fijación y rango de sonido"), o canal de sonido profundo (DSC), es una capa horizontal de agua en el océano centrada alrededor de la profundidad a la que la velocidad del sonido es mínima. El canal SOFAR actúa como una guía de ondas para el sonido, y las ondas de sonido de baja frecuencia dentro del canal pueden viajar miles de millas antes de disiparse. Este fenómeno es un factor importante en la guerra submarina. El canal de sonido profundo fue descubierto y descrito de forma independiente por el Dr. Maurice Ewing y Leonid Brekhovskikh en la década de 1940.

A pesar del uso del canal SOFAR en aplicaciones navales, la idea de que los animales podrían hacer uso de este canal no se propuso hasta 1971. Roger Payne y Douglas Webb calcularon que antes de que el ruido del tráfico de barcos impregnara los océanos, los tonos emitidos por las ballenas de aleta podrían haber viajado hasta cuatro mil millas y aún se escucha contra el ruido de fondo normal del mar. Payne y Webb determinaron además que, en un día tranquilo en los océanos previos a las hélices de los barcos, los tonos de las ballenas de aleta solo habrían caído al nivel del ruido de fondo después de viajar trece mil millas, es decir, más que el diámetro de la Tierra.

Confusión temprana entre las ballenas de aleta y el sonar militar

Antes de que se completara una extensa investigación sobre las vocalizaciones de las ballenas, los pulsos de baja frecuencia emitidos por algunas especies de ballenas a menudo no se les atribuían correctamente. El Dr. Payne escribió: "Antes de que se demostrara que las ballenas de aleta eran la causa [de los poderosos sonidos], nadie podía tomar en serio la idea de que tales tonos regulares, fuertes, bajos y de frecuencia relativamente pura provenían del océano, y mucho menos de las ballenas". Este sonido desconocido fue conocido popularmente por los acústicos de la marina como el Monstruo de Jezabel. (Jezabel era un sonar pasivo de largo alcance de banda estrecha.) Algunos investigadorescreía que estos sonidos podían atribuirse a vibraciones geofísicas o a un programa militar ruso desconocido, y no fue hasta que los biólogos William Schevill y William A. Watkins demostraron que las ballenas poseían la capacidad biológica de emitir sonidos que los sonidos desconocidos se atribuyeron correctamente.

Sonda de baja frecuencia

El espectro electromagnético tiene definiciones rígidas para "frecuencia súper baja", "frecuencia extremadamente baja", "frecuencia baja" y "frecuencia media". La acústica no tiene un estándar similar. Los términos "bajo" y "medio" tienen significados históricos más o menos definidos en el sonar, porque no se han utilizado muchas frecuencias a lo largo de las décadas. Sin embargo, a medida que se han introducido más sonares experimentales, los términos se han vuelto confusos.

El sonar estadounidense de baja frecuencia se presentó originalmente al público en general en un artículo de la revista Time de junio de 1961, New ASW Project Artemis, el sonar de baja frecuencia utilizado en ese momento, podía llenar todo un océano con sonido de búsqueda y detectar cualquier cosa considerable que se moviera. el agua. Artemis surgió de una sugerencia de 1951 del físico de Harvard Frederick V. Hunt (Artemis es la antigua diosa griega de la caza), quien convenció a los expertos antisubmarinos de la Marina de que los submarinos podían detectarse a grandes distancias solo por volúmenes inauditos de bajo nivel. sonido agudo. En ese momento, se imaginó un sistema Artemis completo para formar una especie de DEW submarino (Alerta Temprana Distante).) línea para advertir a los EE. UU. de submarinos hostiles. Los transductores gigantes, desatendidos, alimentados por cables desde tierra, se bajarían a profundidades considerables donde el sonido viaja mejor. El artículo de la revista Time se publicó durante el viaje inaugural del submarino soviético K-19, que fue el primer submarino soviético equipado con misiles balísticos. Cuatro días después el submarino tendría el accidente que le dio su apodo. El impacto sobre los mamíferos marinos por este sistema ciertamente no fue una consideración. Artemis nunca se convirtió en un sistema operativo.

El sonar de baja frecuencia se revivió a principios de la década de 1980 para aplicaciones militares y de investigación. La idea de que el sonido podría interferir con la biología de las ballenas se discutió ampliamente fuera de los círculos de investigación cuando el Instituto de Oceanografía Scripps tomó prestado y modificó un sonar militar para la prueba de factibilidad de la isla Heard realizada en enero y febrero de 1991. El sonar modificado para la prueba fue uno de los primeros versión de SURTASS desplegada en el MV Cory Chouest. Como resultado de esta prueba, el Consejo Nacional de Investigación organizó un "Comité sobre mamíferos marinos y sonidos de baja frecuencia". Sus hallazgos se publicaron en 1994, en Low-Frequency Sound and Marine Mammals: Current Knowledge and Research Needs.

La transmisión de largo alcance no requiere alta potencia. Todas las frecuencias de sonido pierden un promedio de 65 dB en los primeros segundos antes de que las ondas de sonido golpeen el fondo del océano. Después de eso, la energía acústica en el sonido de frecuencia media o alta se convierte en calor, principalmente por la sal de Epsom disuelta en el agua de mar. Muy poca energía acústica de baja frecuencia se convierte en calor, por lo que la señal puede detectarse a largas distancias. Menos de cinco de los transductores de la matriz activa de baja frecuencia se utilizaron en la prueba de viabilidad de la isla Heard y el sonido se detectó en el lado opuesto de la Tierra. Los transductores se modificaron temporalmente para esta prueba para transmitir sonido a 50 hercios, que es inferior a su frecuencia de funcionamiento normal.

Un año después de la prueba de factibilidad de Heard Island, se instaló un nuevo sonar activo de baja frecuencia en Cory Chouest con 18 transductores en lugar de 10. Se preparó una declaración de impacto ambiental para ese sistema.

Sonda de frecuencia media

El término sonar de frecuencia media generalmente se usa para referirse a los sonares que proyectan sonido en el rango de 3 a 4 kilohercios (kHz). Desde el lanzamiento del USS Nautilus (SSN-571) el 17 de enero de 1955, la Marina de los EE. UU. sabía que era solo cuestión de tiempo hasta que las otras potencias navales tuvieran sus propios submarinos nucleares. El sonar de frecuencia media se desarrolló para la guerra antisubmarina contra estos futuros barcos. Los sonares activos estándar posteriores a la Segunda Guerra Mundial (que generalmente estaban por encima de los 7 kHz) tenían un alcance insuficiente contra esta nueva amenaza. El sonar activo pasó de ser un equipo adjunto a un barco a un equipo que era fundamental para el diseño de un barco. Se describen en el mismo artículo de la revista Time de 1961 con la cita "el último sonar a bordo pesa 30 toneladas y consume 1.600 veces más energía que el sonar estándar de posguerra ". Un sistema moderno producido por Lockheed Martin desde principios de la década de 1980 es el AN / SQQ-89. El 13 de junio de 2001, Lockheed Martin anunció que había entregado su sistema de guerra submarina AN/SQQ-89 número 100 a la Marina de los EE. UU.

Hubo evidencia anecdótica de que el sonar de frecuencia media podría tener efectos adversos en las ballenas desde los días de la caza de ballenas. La siguiente historia se relata en un libro publicado en 1995:

Fuente: Among Whales por Roger Payne (pág. 258) Publicado el 2 de junio de 1995

Otra innovación de los balleneros fue el uso del sonar para rastrear las ballenas que perseguían bajo el agua. Pero había un problema; a medida que el bote se acercaba a la ballena, la ballena comenzó a exhalar mientras aún estaba sumergida. Esto produjo una nube de burbujas en el agua que reflejó el sonido mejor que la ballena e hizo un objetivo falso (similar a lo que hace un piloto cuando suelta granzas de metal para crear un eco de radar falso). Sospecho que este comportamiento de las ballenas fue simplemente fortuito ya que exhalar mientras aún están sumergidas es simplemente un medio por el cual una ballena puede reducir el tiempo que tiene que permanecer en la superficie, donde la resistencia de la superficie la ralentizará.Los balleneros descubrieron rápidamente que una frecuencia de tres mil hercios parecía asustar a las ballenas, lo que hacía que salieran a la superficie con mucha más frecuencia para tomar aire. Este era un uso "mejor" para el sonar porque les brindaba a los balleneros más oportunidades de dispararles. Así que equiparon sus barcos de captura con sonar a esa frecuencia. Por supuesto, el sonar también permite a los balleneros seguir a la ballena bajo el agua, pero ese es su uso secundario. Su uso principal es asustar a las ballenas para que comiencen a "jadear" en la superficie.

En 1996, doce zifios de Cuvier vararon vivos a lo largo de la costa de Grecia mientras la OTAN (Organización del Tratado del Atlántico Norte) estaba probando un sonar activo con transductores de frecuencia de rango bajo y medio combinados, según un artículo publicado en la revista Nature en 1998. El autor estableció por primera vez el vínculo entre los varamientos masivos atípicos de ballenas y el uso del sonar militar al concluir que, aunque no se puede excluir la pura coincidencia, había más del 99,3% de probabilidad de que las pruebas del sonar causaran ese varamiento. Observó que las ballenas se extendían a lo largo de 38,2 kilómetros de costa y estaban separadas por una distancia media de 3,5 km (sd = 2,8, n=11). Esta distribución en el tiempo y la ubicación fue atípica, ya que generalmente las ballenas encallan en masa en el mismo lugar y al mismo tiempo.

En el momento en que el Dr. Frantzis escribió el artículo, desconocía varios factores importantes.

• La correlación de tiempo era mucho más estrecha de lo que él sabía. Sabía sobre la prueba por un aviso a los marineros que solo publicaba que la prueba ocurriría durante un período de cinco días dentro de una gran área del océano. De hecho, la primera vez que se encendió el sonar fue la mañana del 12 de mayo de 1996, y seis ballenas vararon esa tarde. Al día siguiente se encendió de nuevo el sonar y esa tarde quedaron varadas otras seis ballenas. Sin conocer las coordenadas de los barcos, no se habría dado cuenta de que el barco estaba solo a unas 10 a 15 millas de la costa.
• El sonar que se utilizó en la prueba era un sonar experimental de investigación y desarrollo, que era considerablemente más pequeño y menos potente que un sonar operativo a bordo de un buque de guerra desplegado. El Dr. Frantzis creía que la amplia distribución de las ballenas varadas indicaba que la causa tiene una gran extensión espacial sincrónica y un inicio repentino. Saber que el nivel de la fuente de sonido era bastante bajo (solo 226 dB (decibelios) a 3 kHz, que es bajo en comparación con un sonar operativo) habría hecho que el mecanismo de daño fuera aún más desconcertante.
• El sonar experimental utilizado en la prueba, fuente directiva vertical remolcada (TVDS), que tenía transductores duales de 600 Hz y 3 kHz, se había utilizado por primera vez en el mar Mediterráneo al sur de Sicilia el año anterior, en junio de 1995. La investigación con sonar de matriz utilizando diferentes fuentes a bordo del mismo barco incluyó la participación en los ejercicios de la OTAN "Dragon Hammer '92" y "Resolute Response '94".

Dado que el nivel de la fuente de este sonar experimental era de solo 226 dB a 3 kHz re 1 uPa m, a solo 100 metros el nivel recibido caería 40 dB (a 186 dB). Un panel de la OTAN investigó el varamiento anterior y concluyó que las ballenas estaban expuestas a 150-160 dB re 1 μPa de sonar de frecuencia de rango bajo y medio. Este nivel es alrededor de 55-65 dB menos (aproximadamente un millón de veces menos de intensidad) que el umbral de daño auditivo especificado en 215 dB por un panel de expertos en mamíferos marinos.

La idea de que un sonar de potencia relativamente baja pudiera causar un varamiento masivo de una cantidad tan grande de ballenas fue muy inesperada para la comunidad científica. La mayor parte de la investigación se había centrado en la posibilidad de enmascarar señales, interferir con las llamadas de apareamiento y funciones biológicas similares. Los mamíferos marinos de buceo profundo eran especies de preocupación, pero se conocía muy poca información definitiva. En 1995 se había publicado un libro completo sobre la relación entre los mamíferos marinos y el ruido, y ni siquiera mencionaba los varamientos.

En 2013, una investigación mostró que las ballenas picudas eran muy sensibles al sonar activo de frecuencia media. También se ha demostrado que las ballenas azules huyen de la fuente del sonar de frecuencia media, mientras que el uso naval del sonar de barrido lateral de frecuencia media y alta se consideró "la causa más probable" de un varamiento masivo de alrededor de 50 ballenas comunes de pico corto. delfín (Delphinus delphis) el 9 de junio de 2008 en Falmouth Bay, Cornwall, Reino Unido.

En 2019 se publicó una revisión de la evidencia sobre los varamientos masivos de ballenas picudas vinculados a ejercicios navales en los que se utilizó el sonar. Concluyó que los efectos del sonar activo de frecuencia media son más fuertes en las ballenas picudas de Cuvier, pero varían entre individuos o poblaciones, lo que puede depende de si los individuos tuvieron una exposición previa al sonar, y si se han encontrado síntomas de enfermedad por descompresión en ballenas varadas que pueden deberse a su respuesta al sonar. Señaló que no se habían producido más varamientos masivos en las Islas Canarias una vez que se prohibieron allí los ejercicios navales en los que se utilizaba el sonar, y recomendó que la prohibición se extendiera a otras áreas donde se siguen produciendo varamientos masivos.

Formación de burbujas inducida acústicamente

Hubo evidencia anecdótica de los balleneros (ver la sección anterior) de que el sonar podría asustar a las ballenas y hacer que salieran a la superficie con más frecuencia, haciéndolas vulnerables al arpón. También se ha teorizado que el sonar militar puede inducir a las ballenas a entrar en pánico y salir a la superficie demasiado rápido, lo que lleva a una forma de enfermedad por descompresión. En general, el trauma causado por cambios rápidos de presión se conoce como barotrauma. La idea de la formación de burbujas mejorada acústicamente se planteó por primera vez en un artículo publicado en The Journal of the Acoustical Society of America en 1996 y nuevamente en Nature en 2003. Se informó de lesiones agudas de burbujas de gas (indicativas de la enfermedad por descompresión) en ballenas que vararon poco después. el inicio de un ejercicio militar frente a las Islas Canarias en septiembre de 2002.

En las Bahamas, en 2000, una prueba de sonar realizada por la Marina de los Estados Unidos con transmisores en el rango de frecuencia de 3 a 8 kHz a un nivel de fuente de 223 a 235 decibeles re 1 μPa m se asoció con el varamiento de diecisiete ballenas, siete de las cuales fueron encontrado muerto. Los grupos ambientalistas afirmaron que algunas de las ballenas varadas sangraban por los ojos y los oídos, lo que consideraron una indicación de un trauma inducido acústicamente. Los grupos alegan que la desorientación resultante puede haber llevado al varamiento.

Incidentes vinculados al sonar naval

En todo el mundo, el uso del sonar activo se ha relacionado con unos 50 varamientos de mamíferos marinos entre 1996 y 2006. En todos estos casos, hubo otros factores que contribuyeron, como una geografía submarina inusual (empinada y compleja), rutas de salida limitadas y un especies de mamíferos marinos (ballenas picudas) que se sospecha que son más sensibles al sonido que otros mamíferos marinos.

—  Contralmirante Lawrence Rice (11 de abril de 2008)

Fecha	Ubicación	Especies y Número	Actividad Naval	Referencia
1963-05	Golfo de Génova, Italia	Ballena picuda de Cuvier (15) varada	maniobras navales
1988-11	Islas Canarias	Zifio de Cuvier (12+) Zifio de Gervais (1) varado	Ejercicio FLOTA 88
1989-10	Islas Canarias	Zifio de Cuvier (15+), Zifio de Gervais (3), Zifio de Blainville (2) varado	Ejercicio CANAREX 89
1991-12	Islas Canarias	Ballena picuda de Cuvier (2) varada	Ejercicio SINKEX 91
1996-05-12	Golfo de Kyparissia, Grecia	Ballena picuda de Cuvier (12) varada	Ejercicio de clasificación acústica de aguas poco profundas de la OTAN
1998-07	Kauai, Hawái	ballena picuda (1), cachalote (1) varado	Ejercicio RIMPAC 98
1999-10	Islas Vírgenes de los Estados Unidos y Puerto Rico	Ballena picuda de Cuvier (4) varada	ejercicio COMPTUEX
2000-03-15	bahamas	Zifio de Cuvier (9), Zifio de Blainville (3), Zifio spp (2), Ballena minke (2), Delfín moteado del Atlántico (1) varado	AMF naval
2000-05-10	Madeira	Ballena picuda de Cuvier (3) varada	OTAN Linked Seas 2000 y MFA
2002-09	Islas Canarias	Zifio de Cuvier (9), Zifio de Gervais (1), Zifio de Blainville (1), Zifio spp. (3) varado	Ejercicio Neo Tapon 2002 y MFA
2003-05	Estrecho de Haro, Washington	Marsopa de puerto (14), marsopa de Dall (1) “Estampida” de evitación de orcas	USS Shoup en tránsito mientras usa MFA (AN / SQS-53C)
2004-07	Kauai, Hawái	Ballena cabeza de melón (~200) evita la “estampida”	Ejercicio RIMPAC 04 con MFA
2004-07-22	Islas Canarias	Ballena picuda de Cuvier (4) varada	Majestic Eagle 04 ejercicio
2005-10-25	Bahía de Marion, Tasmania	Ballenas piloto de aleta larga (145) varadas	Dos dragaminas usando sonar activo
2006-01-26	Costa de Almería, España	Ballena picuda de Cuvier (4) varada	HMS Kent usando un sonar MF activo
2008-06-09	Cornualles, Reino Unido	Delfín común de hocico corto (Delphinus delphis) (c50, al menos 26 muertos)	Ejercicio naval pero sin sonar de barco en uso, excepto sonar hidrográfico HF en HMS Enterprise

Atención científica

Desde la década de 1990, se han llevado a cabo investigaciones científicas sobre los efectos del sonar en la vida marina. Esta investigación científica se informa en revistas revisadas por pares y en conferencias internacionales como The Effects of Sound on Marine Mammals y The Effects of Noise on Aquatic Life.

En 2013 se publicó un estudio sobre los efectos de ciertas frecuencias de sonar en las ballenas azules. Los sonares militares de frecuencia media (1–10 kHz) se han asociado con varamientos masivos letales de ballenas dentadas que se sumergen profundamente, pero los efectos en las especies de ballenas barbadas en peligro de extinción eran prácticamente desconocidos. Los experimentos de exposición controlada, utilizando un sonar militar simulado y otros sonidos de frecuencia media, midieron las respuestas de comportamiento de las ballenas azules marcadas en áreas de alimentación dentro de la ensenada del sur de California. A pesar de utilizar niveles de fuente de órdenes de magnitud por debajo de algunos sistemas militares operativos, los resultados demostraron que el sonido de frecuencia media puede afectar significativamente el comportamiento de las ballenas azules, especialmente durante los modos de alimentación profunda. Cuando se produjo una respuesta, los cambios de comportamiento variaron ampliamente desde el cese de la alimentación profunda hasta el aumento de la velocidad de natación y el viaje dirigido lejos de la fuente de sonido. La variabilidad de estas respuestas de comportamiento estuvo influenciada en gran medida por una interacción compleja del estado de comportamiento, el tipo de sonido de frecuencia media y el nivel de sonido recibido. La interrupción de la alimentación inducida por el sonar y el desplazamiento de los parches de presas de alta calidad podría tener impactos significativos y previamente no documentados en la ecología de alimentación de las ballenas barbadas, la aptitud individual y la salud de la población.

Casos judiciales

Dado que el sonar de frecuencia media se ha correlacionado con varamientos masivos de cetáceos en los océanos del mundo, algunos ambientalistas lo han señalado como un foco de activismo. Una demanda presentada por el Consejo de Defensa de los Recursos Naturales (NRDC) en Santa Mónica, California, el 20 de octubre de 2005, sostuvo que la Marina de los EE. UU. ha realizado ejercicios de sonar en violación de varias leyes ambientales, incluida la Ley de Política Ambiental Nacional, la Ley de Protección de Mamíferos Marinos, y la Ley de Especies en Peligro de Extinción. El sonar de frecuencia media es, con mucho, el tipo más común de sonar activo que utilizan las armadas del mundo y se ha implementado ampliamente desde la década de 1960.

El 13 de noviembre de 2007, un tribunal de apelaciones de los Estados Unidos restableció la prohibición del uso por parte de la Marina de los EE. UU. del sonar de caza submarina en misiones de entrenamiento en el sur de California hasta que adoptara mejores medidas de protección para las ballenas, los delfines y otros mamíferos marinos. El 16 de enero de 2008, el presidente George W. Bush eximió a la Marina de los EE. UU. de la ley y argumentó que los ejercicios navales son cruciales para la seguridad nacional. El 4 de febrero de 2008, un juez federal dictaminó que, a pesar de la decisión del presidente Bush de eximirlo, la Marina debe cumplir con las leyes ambientales que imponen límites estrictos al sonar de frecuencia media. En una decisión de 36 páginas, la jueza de distrito de EE. UU. Florence-Marie Cooper escribió que la Marina no está "exenta del cumplimiento de la Ley de Política Ambiental Nacional" y la orden judicial que crea una zona sin sonar de 12 millas náuticas (22 km). fuera del sur de California.El 29 de febrero de 2008, un panel de la corte federal de apelaciones de tres jueces confirmó la orden de la corte inferior que requería que la Marina tomara precauciones durante el entrenamiento con sonar para minimizar el daño a la vida marina. En Winter v. Consejo de Defensa de los Recursos Naturales. la Corte Suprema de los Estados Unidos anuló el fallo del tribunal de circuito en una decisión de 5:4 el 12 de noviembre de 2008.

Métodos de mitigación

Los impactos ambientales de la operación del sonar activo deben ser llevados a cabo por la ley de EE. UU. Los procedimientos para minimizar el impacto del sonar se desarrollan en cada caso donde hay un impacto significativo.

El impacto del sonido submarino se puede reducir limitando la exposición al sonido que recibe un animal. El nivel máximo de exposición al sonido recomendado por Southall et al. para cetáceos es de 215 dB re 1 μPa s para daños auditivos. El nivel máximo de presión de sonido para efectos de comportamiento depende del contexto (Southall et al.).

En los EE. UU., gran parte del conflicto legal y mediático sobre este tema tiene que ver con preguntas sobre quién determina qué tipo de mitigación es suficiente. Las comisiones costeras, por ejemplo, originalmente se pensó que solo tenían responsabilidad legal por la propiedad frente al mar y las aguas estatales (tres millas en el mar). Debido a que el sonar activo es fundamental para la defensa de los barcos, las medidas de mitigación que pueden parecer sensatas para una agencia civil sin antecedentes militares o científicos pueden tener efectos desastrosos en el entrenamiento y la preparación. Por lo tanto, la Marina de los EE. UU. suele definir sus propios requisitos de mitigación.

Ejemplos de medidas de mitigación incluyen:

1. no opera en la noche
2. no operar en áreas específicas del océano que se consideran sensibles
3. aumento lento de la intensidad de la señal para dar una advertencia a los cetáceos
4. cubierta aérea para buscar cetáceos
5. no operar cuando se sabe que los cetáceos están dentro de un cierto rango
6. observadores a bordo de grupos civiles
7. usar sondas para buscar cetáceos en los alrededores
8. grandes márgenes de seguridad para los niveles de exposición
9. no funciona cuando los delfines están montando en la proa
10. operaciones a menos de la máxima potencia
11. pagó equipos de veteranos para investigar varamientos después de la operación de sonar.