Как поют киты, когда их никто не видит? Телекоммуникационный кабель на дне арктического фьорда стал примером «подводной прослушки»

Иллюстрация ИИ

Леа Буффо (Léa Bouffaut), исследовательница из Корнеллского университета (США), в 2022 году на Шпицбергене впервые записала голоса синих китов и финвалов по технологии распределённого акустического зондирования (Distributed Acoustic Sensing, DAS) – через обычный подводный телекоммуникационный кабель. А в 2026 году Буффо отправилась на Аляску, где вместе с ассоциацией китобоев-инупиатов и местным управлением дикой природы попыталась уловить через кабель более высокочастотные и тихие сигналы, которые издают гренландские киты. Проанализировав терабайты записей, исследователи впервые смогли выделить голоса гренландских китов в данных DAS – такого раньше не удавалось никому. Арктические звуковые эксперименты давали и неожиданные результаты. В лабораторных условиях с помощью DAS впервые попытались улавливать шаги белого медведя – это идея с потенциалом для защиты арктических лагерей. А низкочастотные гидродинамические сигналы (менее 1 Гц) позволяют отслеживать даже движения китов рядом с кабелем – например, взмахи хвостов при погружении. Исследования показали также, что по двум параллельным кабелям можно одновременно отслеживать нескольких финвалов с точностью до 100 метров и дальностью около 7 км. И Леа Буффо опубликовала в журнале Methods in Ecology and Evolution обзор возможностей распределённого акустического зондирования (DAS) для мониторинга морских млекопитающих. Об этом сообщила пресс-служба Корнеллского университета – и в публикации можно услышать песни китов. 

Пока технология надёжно «слышит» главным образом издающих низкочастотные звуки финвалов и синих китов (сигналы ниже 100 Гц), но специализированные оптоволоконные кабели уже улавливают свисты косаток и звуки частотой до 2,5 кГц. Для Арктики, где меняющийся климат сдвигает сроки миграций и меняет распределение корма, а судоходство и промышленность приходят всё севернее, DAS для мониторинга – хорошая возможность «видеть» океан в реальном времени и без необходимости опускаться под воду или посылать научный флот с привязкой в периоду короткой навигации.

Как это работает и какие проблемы у технологии

Технология DAS превращает оптоволокно в плотную сеть виртуальных микрофонов. Работает это в три шага. Сначала источник (например, кит) излучает звук, и волна идёт через воду к линии оптоволокна. Затем звуковое давление вызывает в оптоволокне механическую деформацию – на уровне нанометров. А интеррогатор – прибор на берегу или платформе – измеряет эту деформацию: посылает в кабель лазерные импульсы, улавливает, как они меняются от деформации, и превращает в данные. Кабель «слышит» всё вокруг на десятки километров, и данные поступают в реальном времени. Нужно только установить на берегу или платформе систему, принимающую информацию, – а само оптоволокно уже проложено.

Одна из проблем в том, что существующие кабели плохо улавливают высокочастотные звуки – для расширения диапазона нужно специально производить другие, с особыми характеристиками, или модернизировать аппаратуру. Вторая проблема – гигантский объём получаемых данных: только с 50-километрового исследуемого участка на частоте 2 кГц ежесуточно собирается около 4,3 терабайт информации, и для обработки таких массивов нужны новые алгоритмы. Еще одна проблема состоит в отсутствии стандартов – для понимания, каких морских млекопитающих способна «слышать» каждая конкретная кабельная конфигурация: чувствительность зависит от многих параметров: типа кабеля, глубины его залегания, грунта под ним, угла приближения звуковой волны (если волна идёт вдоль кабеля, под острым углом к его оси, он деформируется сильнее и сигнал лучше, если волна идёт перпендикулярно, под углом 90°, кабель изменяется слабее и сигнал хуже).

Что предлагают учёные

Исследовательница призывает к скоординированным усилиям по решению проблем: определению стандартов данных и протоколов калибровки для разных кабелей, созданию алгоритмов автоматического распознавания. Отдельный акцент она делает на «параллельном использовании» подводного оптоволокна: DAS уже и так применяется нефтегазовыми и энергетическими компаниями для мониторинга инфраструктуры. Если добавить экологический мониторинг, затраты распределятся, а выгода станет общей. По словам Леа Буффо, технические возможности уже способны превратить глобальную подводную инфраструктуру в океанах в глобальную же экологическую сеть для их сохранения.

Уже сегодня длина существующих телекоммуникационных кабелей, пригодных для DAS (50–120 км от берега), покрывает территориальные воды и часть исключительных экономических зон – именно там, где концентрируется основная человеческая активность и где, по оценкам, сообщества морских млекопитающих подвергаются высокому риску.