Шумы океана

Природа и классификация океанических шумов

Шумы океана представляют собой совокупность звуковых колебаний различной природы, распространяющихся в водной толще Мирового океана. Эти шумы охватывают широкий частотный диапазон — от долей герца до десятков килогерц — и варьируются по интенсивности в зависимости от источников, времени суток, метеоусловий, сезона и географического положения. По происхождению их делят на естественные и антропогенные.

Естественные источники шума

Гидрометеорологические шумы. Основным источником естественных шумов океана является взаимодействие атмосферы с поверхностью воды. Ветровые волны, дождь, град и волновой прибой создают широкий спектр звуков, преимущественно в диапазоне от 100 Гц до 50 кГц.
- Шум дождя проявляется резким увеличением уровня высокочастотной составляющей — особенно в диапазоне 5–30 кГц.
- Волновой прибой генерирует низкочастотные шумы (до 500 Гц), способные проникать на большие глубины.
- Шумы ветра связаны с образованием пузырьков воздуха при разрушении гребней волн, что является основным источником акустической эмиссии в диапазоне 1–20 кГц.
Геофизические шумы. Землетрясения, извержения подводных вулканов и тектонические сдвиги являются мощными источниками акустических сигналов, распространяющихся на большие расстояния.
- Микросейсмы и микротрясения создают сплошной низкочастотный шум (0.01–10 Гц), способный регистрироваться на гидрофонах, установленных на глубинах свыше 1000 м.
- Подводные оползни и ледяные явления (такие как треск льдов, откалывание айсбергов) также генерируют значимые по мощности акустические события.
Биологические источники. Морские организмы — от микроорганизмов до китообразных — формируют сложную биофоническую среду.
- Китообразные (например, кашалоты, горбатые киты) создают интенсивные звуки в диапазоне от 10 Гц до 30 кГц, используемые для эхолокации и коммуникации.
- Дельфины используют щелчки и свисты в широком диапазоне (до 150 кГц).
- Рыбы и ракообразные (в частности, щелкающие креветки) формируют частотный шумовой фон в интервале от 100 Гц до 10 кГц, особенно в прибрежных районах.

Антропогенные шумы

Судоходство. Один из наиболее значимых источников шума в современном океане. Главные компоненты — кавитация судовых винтов и вибрации корпуса.
- Энергия сосредоточена в диапазоне от 10 Гц до 1 кГц.
- Шум от крупнотоннажного судна может быть слышен на расстоянии в сотни километров.
- Низкочастотные шумы судов способны проникать в глубокие слои океана, отражаясь от термоклинов и дна.
Сейсморазведка и промышленная деятельность. Использование воздушных пушек, вибраторов и взрывов при разведке нефтегазовых месторождений сопровождается акустическими сигналами большой амплитуды.
- Импульсы сейсморазведки могут иметь уровень звукового давления свыше 250 дБ (относительно 1 мкПа) и распространяются на тысячи километров.
- Такие импульсы часто повторяются с высокой периодичностью (5–15 с), оказывая значительное влияние на морскую биоту.
Военные источники. Активные гидролокаторы, используемые для обнаружения подводных объектов, генерируют мощные акустические сигналы, особенно в диапазоне 1–100 кГц.
- Их работа может нарушать биологическую навигацию морских млекопитающих и вызывать дезориентацию.

Частотный спектр шумов океана

Шумовой фон океана можно условно разделить по частотным диапазонам:

Сверхнизкие частоты (ELF, <10 Гц): доминируют геофизические источники.
Низкие частоты (10 Гц – 100 Гц): шумы судов, китов, сейсмические волны.
Средние частоты (100 Гц – 1 кГц): биологические сигналы, судовые механизмы, волновой прибой.
Высокие частоты (1 кГц – 50 кГц): щелчки дельфинов, дождевые шумы, судовая кавитация.
Ультразвук (>50 кГц): специализированные сигналы дельфинов, некоторые военные гидролокаторы.

Пространственно-временная изменчивость шумов

Уровень и структура шумов в океане варьируются во времени и пространстве:

Суточные вариации связаны с биологической активностью, ветром и температурой поверхности.
Сезонные изменения определяются климатическими условиями, миграциями животных, интенсивностью судоходства.
Географическая изменчивость обусловлена рельефом дна, температурно-солёностной стратификацией и плотностью судоходных путей.

Методы регистрации и анализа шумов

Измерения шумов проводятся с помощью стационарных и буксируемых гидрофонов, автономных гидроакустических буев, глубоководных регистраторов звука и акустических профилографов. При анализе шумов применяются:

Спектральный анализ (Фурье-преобразование, вейвлет-анализ).
Кросс-корреляционные методы для определения источника шума.
Акустическая томография для восстановления характеристик водной толщи по распространению шумов.

Экологические и прикладные аспекты

Изучение шумов океана имеет важное значение для:

Мониторинга окружающей среды. По шумам можно отслеживать штормы, землетрясения, айсберги, а также изменяющиеся параметры воды.
Защиты морской фауны. Избыточный шум нарушает поведение, коммуникацию и навигацию животных.
Подводной навигации и разведки. Понимание шумового фона важно для настройки гидролокаторов и маскировки сигналов.

Интенсивность антропогенного шума за последние десятилетия значительно возросла, вызывая беспокойство ученых и экологов. Это требует разработки международных стандартов по ограничению шумового загрязнения океана и внедрения технологий пассивной акустики для минимизации вредного воздействия на морскую среду.