Onderwatergeluid

From Coastal Wiki
Jump to: navigation, search


Principe

Figuur 1: Geluidsgolf[1]

Geluid plant zich voort in water als een serie drukfronten, gekend als een longitudinale golf (Figuur 1). Hierbij verplaatsen de waterdeeltjes zich in dezelfde richting als de golf (in tegenstelling tot bij een transversale golf). De snelheid waarmee de drukfronten bewegen is de lokale geluidssnelheid. Deze is afhankelijk van bijvoorbeeld de temperatuur, saliniteit en druk maar is onafhankelijk van de eigenschappen van het geluid zelf. In een typische oceaanomgeving is de lokale geluidssnelheid ongeveer 1500m/s. In de lucht is dit amper 340m/s[2][1]. Twee eigenschappen van geluidsgolven zijn de golflengte en de frequentie. Deze laatste blijft constant wanneer de lokale geluidssnelheid verandert, en wordt daardoor gebruikt voor het beschrijven van de golven.

De eenheid van geluidsintensiteit is de bel, genaamd naar Alexander Graham Bell, de uitvinder van de telefoon. Omdat het menselijke oor intensiteitsniveaus kleiner dan één bel kan detecteren, wordt meestal met decibel gewerkt. Deze eenheid is gedefinieerd als tien keer het logaritme van de intensiteit van een geluidsgolf ten opzichte van een referentie intensiteit:

[math]I(dB)=10log_{10}({I_{geluid} \over I_{referentie}})[/math]

Daardoor is decibel een relatieve eenheid, en geen absolute. De referentie intensiteit voor onderwatergeluid werd arbitrair vastgelegd op 1 micropascal (µPa). In lucht werd de referentie vastgelegd op 20µPa, waardoor geluidsniveaus gegeven in decibel niet kunnen vergeleken worden tussen beide media[2][1].


Belang

Figuur 2: Relatie tussen de geluidsfrequenties afkomstig van mariene diersoorten en scheepsvaart[3]

Gehoor is een eigenschap van alle vertebraten. Omdat in water geluid veel verder draagt dan licht is geluid voor zeedieren van extra belang. Mariene zoogdieren steunen op hun akoestisch detectie om hun omgeving te “voelen”, te communiceren en objecten zoals voedsel, obstakels en andere diersoorten te identificeren[2]. Vissen kunnen verschillende geluiden produceren (klikken, kwaken, knorren, enz.) die bijvoorbeeld gebruikt worden voor het aantrekken van geschikte partners en het afweren van predatoren. Ook mariene ongewervelden maken gebruik van geluid ter bescherming en in het kader van reproductie. Onderzoek hiernaar is gering, maar bijvoorbeeld voor sommige kreeft- en garnaalsoorten bleek geluid van groot belang te zijn voor het afschrikken van en waarschuwen voor predatoren[4][2]. Er zijn dus verscheidene mariene diersoorten afhankelijk van de productie en ontvangst van geluid voor verscheidene levensaspecten. Door de mens geïntroduceerde factoren die de het geluidsniveau veranderen kunnen een impact hebben op deze eigenschappen.

De mens veroorzaakt zowel een toename in geluid als een verandering in de geluidsoverdragende eigenschappen van water. In de oceaan is er altijd een natuurlijke hoeveelheid achtergrondgeluid, veroorzaakt door onder meer de organismen zelf, golven, regen, aardbevingen en vulkanisme. Door menselijk toedoen wordt in sommige gebieden een 100 maal hogere intensiteit opgemeten. De belangrijkste oorzaken zijn scheepsvaart, bouwwerken, akoestische technieken (zowel voor onderzoek, militaire, en commerciële doeleinden), onderwater explosies (commercieel en militair) en olieproductie[5]. Elke bron kan een ander effect hebben, afhankelijk van het frequentiebereik, de intensiteit en de duur (continu, in pulsen of intermediair) van het geproduceerde geluid (Figuur 2)[6]. Schepen produceren bijvoorbeeld andere geluidsgolven naargelang hun type, grootte, snelheid en voortstuwingssysteem. Het gaat echter, net zoals bij mariene zoogdieren, meestal om lage frequentie golven. Golven met een lage frequentie zijn ook deze die het verste reiken. Geluid kan problemen teweegbrengen bij dieren, waaronder een verandering van gedrag, een reductie van de communicatieafstand voor sociaal gedrag, foerageer- en predatorvermijding, tijdelijke of permanente schade aan het gehoor en/of in extreme gevallen habitatverlating of zelfs sterfte[6].

Een voorbeeld van een door de mens veroorzaakte verandering die invloed heeft op de geluidstransfer onder water is oceaanverzuring[7]. Dit proces veroorzaakt een vermindering in de geluidsabsorptie bij frequenties lager dan 10 kHz. Hierdoor kunnen lagere frequentiegolven langere afstanden afleggen. Er zijn verschillende voorspellingen voor de mate waarin dit effect zal bijdragen aan de geluidsconcentratie in de toekomst. Er zijn studies die aangeven dat in bepaalde poolwaarts gelegen gebieden de geluidsabsorberende capaciteit van het zeewater met 60% zou dalen[8]. Een recentere studie uitgevoerd door drie onafhankelijke teams daarentegen toonde met mathematische modellen aan dat het geluidsniveau tegen 2100 met maximaal 2dB zal stijgen door de invloed van acidificatie. Dit is minder dan de natuurlijke geluidsvariatie, en is dus weinig relevant in vergelijking met geluid gecreëerd door natuurlijke gebeurtenissen zoals stormen of grotere golven[9].


Instrumenten

Figuur 3: Hydrofoons[10]

De technologie voor het omzetten van akoestische naar elektrische signalen werd ontwikkeld in de tweede helft van de 19de eeuw. Tijdens de tweede wereldoorlog was de techniek voldoende ver gevorderd om ingezet te worden bij het lokaliseren van ijsbergen en duikboten. Het toestel voor het meten, opslaan en karakteriseren van onderwatergeluid wordt een hydrofoon genoemd. De meeste zijn gemaakt van piezoëlektrisch materiaal, dat kleine elektrische ladingen produceert wanneer de druk verandert. Er bestaan zowel omnidirectionele als directionele hydrofoons, die respectievelijk het geluid meten afkomstig van alle kanten of uit één specifieke richting. De laatste soort wordt typisch gebruikt voor het lokaliseren en bijhouden van objecten of organismen[2].

Alhoewel akoestische instrumenten niet het meten van onderwatergeluid op zich tot doel hebben, maken ze er wel van gebruik. Ze zenden geluidsgolven uit en analyseren de echo’s die terug opgemeten worden door hydrofoons. Afhankelijk van het instrument kunnen bijvoorbeeld de zeebodemdiepte, -samenstelling en visdynamiek beschouwd worden.

Net zoals bij akoestische instrumenten kan bij het taggen van zeedieren gebruik gemaakt worden van akoestische signalen om het gedrag van zeedieren te monitoren. Akoestische tags zenden een geluidspuls uit die opgevangen wordt door een hydrofoon wanneer het dier naderbij is (100-1000m)[11].


Monitoring

Reeds tientallen jaren zetten de VS sonoboeien in voor het detecteren van vijandelijke onderzeeërs. Deze bestaan uit een hydrofoon en een transmitter, die de gegevens verzendt. Sinds de jaren 1960 gebruikt de U.S. NAVY ook permanente, bekabelde hydrofoons. Enkel sinds 1989 werden deze toestellen ter beschikking gesteld van de wetenschap. Alhoewel het Sound Surveillance System (SOSUS) succesvol was bij onder andere het monitoren van onderwater vulkanische erupties en de migratie van blauwe vinvissen in het noordoosten van de Stille oceaan, is het systeem toch beperkt. De data is geclassificeerd, waardoor de toegang gelimiteerd is. Verder is de ruimtelijke omvang beperkt tot militaire interessante gebieden. Er bestaat nog geen internationaal en/of globaal netwerk voor het meten van geluid onder water[12][2].

In 2011 werd in de schoot van het Partnerschip for Observation of the Global Oceans (POGO) het idee gelanceerd voor het International Quiet Ocean Experiment. Hierbij wil men meer aandacht losweken rond het belang van geluidspollutie, kennishiaten identificeren en aangeven welk soort onderzoek, observaties en modellen nodig zijn voor het opvullen van die ontbrekende kennis[3]


Zie ook

http://en.wikipedia.org/wiki/Underwater_acoustics

http://en.wikipedia.org/wiki/Equatorial_Pacific_Ocean_autonomous_hydrophone_array


Bronnen

  1. 1.0 1.1 1.2 http://coflexbouweninfra.noordhoff.nl/contentdeel/contentpage.htm?scoid=230314_05 Cite error: Invalid <ref> tag; name "$" defined multiple times with different content
  2. 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 http://www.dosits.org/
  3. 3.0 3.1 Boyd, I.L.,Frisk, G.,Urban, E.,Tyack, P., Ausubel, J., Seeyave, S., Cato, D., Southall, B., Weise, M., Andrew, R., Akamatsu, T., Dekeling, R., Erbe, C., Farmer, D., Gentry, R., Gross, T., Hawkins, A., Li, F., Metcalf, K., Miller, J.H., Moretti, D., Rodrigo, C., Shinke, T., 2011. An International Quiet Ocean Experiment. Oceanography 24(2):174–181.
  4. http://www.bio.umass.edu/biology/pateklab/home
  5. http://www.underwaternoise.org.uk/
  6. 6.0 6.1 http://www.gc.noaa.gov/documents/mepc_57_20_inf_4.pdf
  7. Hester, K. C., Peltzer, E. T., Kirkwood, W. J., Brewer, P. G., 2008. Unanticipated consequences of ocean acidification: A noisier ocean at lower pH. Geophys. Res. Lett. 35, p5.
  8. http://www.wildlifecomputers.com/
  9. https://www.whoi.edu/oceanus/viewArticle.do?id=82968
  10. http://www.suasis.com/?page_id=164
  11. http://www.pier.org/op_tags_acoustic.shtml
  12. http://www.pmel.noaa.gov/vents/acoustics/pioneer/oceanexplorer/technology.html


The main author of this article is Van Beveren, Elisabeth
Please note that others may also have edited the contents of this article.

Citation: Van Beveren, Elisabeth (2012): Onderwatergeluid. Available from http://www.coastalwiki.org/wiki/Onderwatergeluid [accessed on 22-01-2021]