当座头鲸停止歌唱：噪声对海洋生物有什么影响？

本文转自公众号Nature自然科研

原文作者：Nicola Jones

船舶发动机，水下爆破，声纳，石油钻探等声响充斥着海洋。研究人员正在努力分辨越来越强的人类活动声响对海洋生物的损害。

在哥伦比亚的Tribuga海湾，一条深水海峡从太平洋一直延伸到岸边。这样的位置很有发展为港口的潜质，但目前只偶尔有船只行经这片水域。海湾沿岸的小镇都只是从事小规模的渔业，很多本地人使用独木舟。海岸宁静得令人难以忘怀：这片海几乎没被人类噪声污染。这里的水下世界充满了濒危的座头鲸的哨声和嘀嗒声，鱼的咕噜声，以及虾类噼噼啪啪的声音。

船舶噪声会影响海豚的交流。

来源:Richard Steinberger/500px/Getty

“这是完美的催人入眠的动物白噪声。”Kerri Seger说，她是加利福尼亚州圣塔莫尼卡市的海洋科技企业Applied Ocean Sciences的研究人员，正在研究这个地区的海洋声学。

不过，情况很快就要发生改变了。为提升通往亚洲的航线运力，人们正计划在该海湾建造一座大型国际港口。从宁静海岸到扰攘航线的转变会扰乱座头鲸（Megaptera novaeangliae）和其它本地种群的生活。尽管Seger希望当地的抗议能够阻止港口兴建，她也认为哥伦比亚的太平洋沿岸是为数不多的地方，能够帮我们回答海洋科学中一个急需解答的问题：人类日益加剧的声污染对海洋生物的伤害究竟有多大？

随着科学证据越来越多，由军用声纳、地震探测、石油钻探、清淤作业和船舶发动机等造成的噪音问题正快速引起国际关切。短促而响亮的声浪能够造成物理损伤；而持续的背景噪音，比如船舶的声音，能够改变从交流到觅食的一系列系统和行为。

Copyright: OrcaLab

“对于治理水下噪声是有政治意愿的。”丹麦奥胡斯大学的生物学家Jakob Tougaard说。去年十一月，联合国通过了保护海洋健康的决议，其中提到“迫切地需要”通过研究与合作来解决人类活动产生的水下噪声。欧盟已经立法要求在2020年前实现健康的海洋生态系统，其中一条规定要求保证水下噪声不会对海洋生物产生“负面影响”。航运业也关注着这个问题：2014年，国际海事组织发布了有关减少船只噪声的导则。

但是，在科学知识中仍存在着盲区。由于噪声无处不在，很难在已经越来越强的噪声场中弄清它的影响。我们并不清楚海洋生态系统能否克服或适应噪声——又或者噪声是否会使已经倍受环境压力的种群濒临崩溃。所以研究者成了声音勘探者，四处搜寻宁静和喧嚣的区域，努力如实记录下在环境声量变化的过程中究竟会发生什么。研究项目包括针对波罗的海中运输航线改道的影响的自然实验，也有关于加拿大温哥华附近海域试行船舶减速的结果的调查。

在海洋生态受到威胁的大环境下，气候变化可能是更大的问题，海洋酸化和污染也不可忽视。但研究者担心背景噪声会成为压垮濒危物种的最后一根稻草。“两种压力源共同作用不是简单的A加B，”加拿大达尔豪斯大学的生物学家Lindy Weilgart说，“它们的整体负面影响比各部分的单独影响相加要大。”

远非寂静的世界

几十年前，我们对海洋噪声了解甚少。1956年法国海洋学家Jacques Cousteau制作关于海洋的纪录片时，将其命名为“寂静的世界”（The Silent World）。这个误称让今天的研究者都不禁发笑。事实上，海洋是一个喧闹的地方：海浪，海洋生物和雨滴，都有自己的声音。一头座头鲸的音量能和舷外发动机一样大，Seger介绍道。

人类在海洋的声音版图中添加了许多成分。目前还没有海洋噪声的世界地图，但研究者普遍认为，从1950年到2000年，船舶交通量几乎翻了一番，促使噪声大约以每十年3分贝的速度增长，相当于每十年噪声强度翻一倍（分贝是在对数尺度上计量的）。声音在空气和水中的传播是不一样的，很难比较这两种环境。但用于探测海床油气的气枪震源的爆炸声堪比火箭发射或者水下炸药爆破的声音；船舶发动机和石油钻探则能达到摇滚音乐会的喧闹程度（参见“声音的海洋”）。其中有些声音在几百公里外都能听到。

来源：改编自Seiche

发生问题的最明显标志是海滩上开始出现大量死亡的喙鲸。可能是受到噪声的惊吓，它们潜入水底，引发了减压病，导致大脑和心脏大出血。20世纪前半叶，研究者只记录下了七次大规模的鲸类搁浅；但是从1950年到2004年，自从高功率声纳引入航海作业，有了超过120次记录。研究表明，暴露于噪声中会损害鲸类的耳朵，造成听力丧失。噪声也会影响无脊椎动物，比如抑制扇贝幼体的发育。西雅图鲸类保护组织Oceans Initiative的联合创始人Rob Williams说，2017年有研究报道称，地震勘测的爆破声能够穿透水体，杀死远在一千米以外的浮游动物。声束将它们驱散，就像“修草坪一样”。

背景噪声也对海洋生物有影响。2001年纽约世贸中心双子塔遭受恐怖袭击后，科学家有了一个难得的机会来研究这个问题。商业航运被暂停后，海洋中的背景噪声显著降低。Rosalind Rolland是波士顿市安德森卡博特海洋生物中心（Anderson Cabot Center for Ocean Life）的海洋健康研究负责人，她当时对露脊鲸（Eubalaena glascialis）排泄物开展了长期研究，发现其中应激性代谢产物的含量有所降低。那是第一次在生物学上证明，暴露于低频的船舶噪声中与鲸类的慢性应激反应有关。

后续的研究表明，船只噪声能够使鱼蟹等生物的应激激素水平升高，造成它们花费更多时间侦查危险而不是照料后代。一项研究显示，当暴露于船只噪声中，一珊瑚礁中的安邦雀鲷（Pomacentrus amboinensis）的存活率降至不及原先的一半。海豚会改变它们的声调：周围噪声大时，它们的叫声频率变低，变化变小。一些座头鲸则索性不再歌唱。Williams认为这一切都很可能以尚未可知的方式改变物种之间的关系：海洋噪声变大一定会改变谁能有效地捕获食物，找到配偶，或者躲避捕猎者。

根据波士顿港水底记录仪数据所制作的动画，显示鲸类的哨声和嘀嗒声（小亮点）被船只进出港口的声音（大亮点）淹没。

来源：D. Ponirakis、L. Hatch与C. W. Clark

美国国家海洋和大气管理局（NOAA）在2016年提出，超过160分贝的短促噪声足以改变海洋哺乳动物的行为。至于长期连续的噪声，基准低于120分贝。

一个更难回答的问题是，噪声是否是生态系统和生物种群能够逐渐适应的，抑或会导致更严重的后果。

也许加拿大太平洋沿岸的虎鲸（Orcinus orca）数据提供了最好的证据，证明背景噪声可能是一个严重的问题。Williams等研究人员发现，和安静条件下相比，暴露在船只噪声下的居留型虎鲸减少了18-25%的喂食时间。这个区域的南方居留型虎鲸仅剩75头，而且因鲑鱼种群日益缩小，它们面临着食物供应急剧减少的困境， “我们不是在讲生活质量的高低，我们讲的是真正威胁生存的问题。”Williams说。

“宁静海洋”试验

面对这些挑战，纽约洛克菲勒大学的环境学家Jesse Ausubel在十年前提出了“国际宁静海洋试验（International Quiet Ocean Experiment, IQOE）”的大胆设想。Ausubel之前还共同发起了一些宏大的项目，包括海洋生物普查（Census of Marine Life）——旨在分类记录所有的海洋生物。2011年，他和另外几位研究人员公开表达了自己的想法：对海洋噤声，考察消除噪声会带来何种变化。

鉴于使整个海洋安静下来哪怕是一天都是不现实的，这个设想被调整为一些规模较小、更加可控的项目。2015年，IQOE发表了它的科研计划，如今作为一个统筹组织协调海洋噪声方面的研究，但并不提供经费支持。它的一个主要目标就是整合更多数据：Global Ocean Observing System是一个颇有声望的联合国项目，通过卫星、浮标、科考船的协作来监测海洋环境；去年，IQOE说服它将噪声添加到关键环境变量的监测列表中，和温度等基本环境指标并列。

在IQOE支持的课题中，就有Seger在哥伦比亚的项目，以及一项波罗的海的自然实验。瑞典和挪威做出了一项不同寻常的决定，从明年开始，将穿越卡特加特海峡的主要航线一分为二，使这条繁忙的航路更加安全。Tougaard及其同事计划今年夏天在这个区域部署10到20个水听器，来记录改变每年约8万船次航线的作用。这些数据对其它区域来说也会有参考价值，Tougaard介绍道，例如有一条航线从严重濒危的波罗的海鼠海豚（Phocoena phocoena）的沙洲繁育地旁边穿过。“如果确定有影响，更改航线就很有必要，”他说，“那将导致航线延长，也就意味着经济成本增加，二氧化碳排放量增加。所以我们必须要确定才行。”

Seger说北极是另一个充满研究机会的区域。随着冰盖逐渐融化，航线打开，人为噪声将可能成为已经处于剧变中的物种的一个主要应激源。从2005年到2017年，该地区的航运交通量增长了75%，已经有一些学者建议转移航线来避开敏感的物种。

科研人员正在巴厘岛海域安装水听器，用以观测Nyepi，也叫宁静日，对海洋环境的影响。

来源：Hanggar Prasetio, CI Indonesia

Williams认为他还找到了一个做控制试验的好地方。2016年，他了解到印度教有一个名叫Nyepi的传统，这是保持静默的一天，每年三月初都会在巴厘岛进行。这一天的纪念活动非常严格：所有商店、机场、航运、捕鱼都会停工，连游客都被有礼貌地从沙滩引回他们的酒店房间。Williams觉得这是一个独一无二的机会：“世界上没有什么地方能够停转一天。”2017年，他去往巴厘岛，在水下放置了6个水听器来检测静默的效果。“声音减小幅度大约在6到9分贝。和9·11之后纽约及波士顿周边的变化幅度差不多，”他说，“这太棒了。”他下一步计划观测珊瑚和鱼类对静默日的反应，不过他目前还没有具体的计划和经费回去继续研究。

保持安静

Seger说，如同气候变化一样，已经有足够的证据表明海洋噪声有害，应该采取行动，然而这一问题的范围和紧迫性仍有争议。幸好，比起海洋酸化或者化石燃料使用来说，噪声降低起来更快也更容易。“就是改良螺旋桨设计，更改航运路线，”她说，“我们可以做出切实的改变。”

在加拿大温哥华岛东南角的哈罗海峡，即Williams研究的虎鲸家族每年居留一定时间的地方，已经有一项实验测试了这些改变。2017年8月到10月，经过这条海峡的很多集装箱船和货船自愿将航速从最高18节（海里每小时）降低到11节。这会使它们的航行时间增加半小时，但降低了它们发动机的轰鸣声。这些船是在响应港口发出的“增强鲸类栖息地和观测计划（Enhancing Cetacean Habitat and Observation, ECHO）”，去年是其第二轮试运行。对于某些船来说，减速3节足以使噪声强度减半。

在ECHO项目监测的一处重要的虎鲸居留点，降速前后总体噪声水平都在75分贝到140分贝之间波动，高低取决于天气、野生动物和过往船只。但在2017年的降速行动期间，噪声降幅中位数为1.2分贝——相当于声音强度降低了24%。这个试验并非针对鲸类行为学而设计，但模拟试验预计，噪声水平应该比这片水域充满令鲸类困惑的噪声时（对虎鲸来说估计是110分贝以上）降低10%左右，使这些虎鲸更有机会填饱肚皮。2018年的完整结果尚未公布。

一头南方居留型虎鲸在繁忙的温哥华港冒出水面。

来源: Joan Lopez

Williams的一项研究表明，在一个包含1500多艘船的现代船队中，有一半噪声仅来自于15%的船舶，所以有针对性地解决最差的违规者就能很有成效。“这意味着我们不需要对整个船队实施过于严厉的管理措施来实现我们的保护目标。”Williams说。但是给船只补装噪声控制装备也可能比较昂贵，迄今为止降低船只噪音的行为都是自愿的。2017年，温哥华港的管理部门给较为安静的船只提供了费率折扣，使得加拿大成为世界上第一个为减少海洋噪声提供财务激励的国家。“在我看来，温哥华港已经领先全世界很多年了。”Williams说。但至今领受激励的并不多：2017年，在到达该地区的约3000艘船中，仅有34艘获得了低噪的费率折扣。

与此同时，声音勘探者还在帮助寻找其它降低噪声会有益处的地区。Williams绘制出了海达瓜依附近海域环境噪声覆盖鼠海豚种群的重点区域，这片人烟稀少的群岛位于英属哥伦比亚的海岸边，有时被称为“北方的加拉帕戈斯群岛”。也有类似的研究在关注地中海的噪声污染。Williams指出，这类工作还可以准确分辨出一些野生动物经常出没但仍然幽静原始的地区，以便加以保护。已有的保育措施，比如海洋保护区（Marine Protected Areas, MPAs），可能是引入降低噪声的保育概念的自然之选。他说，有谁能建立世界上第一个正式的“宁静海洋保护区”，那将一定是一个壮举。

好消息是，噪声污染能够极其迅速地被解决——已有现成的解决方案和有效的手段去缓解噪声风险。Weilgart说，地震勘测中常用的气枪可以用一种水下震动器取代，这种震动器产生的声音和峰值压力较小，能降低伤害海洋生物的风险。Weilgart说，当德国监管机构规定了离岸风力发电厂的打桩机噪声上限后，业界很快就采用了更安静的方法，比如将桩柱包裹在气泡垫中来吸收声响。她还补充道，有一些公司正在开发让桩柱下沉的方法，而非锤击桩柱。

让船舶变得更安静的方式有，将发动机提高离开船底，或者使用可降低空穴效应的螺旋桨——空穴效应会使水中产生细小的气泡，它们爆裂时会发出很大响声。Tougaard补充道，现代通讯技术能够帮助船只慢慢靠近港口，而不是像从前那样快速冲到附近，再怠速等待空船位。很多游轮如今都使用电子马达来驱动螺旋桨，主要是为它们的付费乘客减少噪音，但对海洋生物也有益处。

Weilgart说，所幸大部分降低船只噪声的方式也同时能够提升燃油利用率。“我关注的就是解决方案，”她说，“我们就是需要让那该死的噪声降下来。”

原文以Ocean uproar: saving marine life from a barrage of noise为标题

发布在2019年4月10日《自然》新闻特写上

ⓝ

Nature|doi:10.1038/d41586-019-01098-6

点击“阅读原文”阅读英文原文

版权声明：

本文由施普林格·自然上海办公室负责翻译。中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。欢迎转发至朋友圈，如需转载，请邮件[e-mail]。未经授权的翻译是侵权行为，版权方将保留追究法律责任的权利。

© 2019 Springer Nature Limited. All Rights Reserved

                                                    更多精彩内容

END

欢迎关注『环境问题观察』微信公众号