Las interacciones entre los mamíferos marinos y el sonar han sido tema de debate desde la invención de la tecnología.
El sonar activo , el equipo de transmisión utilizado en algunos barcos para ayudar a la detección de submarinos, es perjudicial para la salud y el sustento de algunos animales marinos . [1] Las investigaciones recientes han demostrado 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 altera su alimentación y puede causar varamientos masivos. [2] 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 por descompresión , una enfermedad que fuerza el nitrógeno a entrar en burbujas de gas en los tejidos y es causada por una salida rápida y prolongada a la superficie. Aunque originalmente se pensó que las ballenas eran inmunes a esta enfermedad, se ha implicado al sonar en causar cambios de comportamiento que pueden conducir a la enfermedad por descompresión. [3]
El canal SOFAR (abreviatura de "canal de fijación y localización de sonido"), o canal de sonido profundo (DSC), [4] es una capa horizontal de agua en el océano centrada alrededor de la profundidad en la que la velocidad del sonido es mínima. El canal SOFAR actúa como una guía de ondas para el sonido, y las ondas sonoras de baja frecuencia dentro del canal pueden viajar miles de millas antes de disiparse. [5] Este fenómeno es un factor importante en la guerra submarina . El canal de sonido profundo fue descubierto y descrito independientemente por el Dr. Maurice Ewing y Leonid Brekhovskikh en la década de 1940. [6]
A pesar del uso del canal SOFAR en aplicaciones navales, la idea de que los animales pudieran 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 así ser escuchados en contraste con el ruido de fondo normal del mar. Payne y Webb determinaron además que, en un día tranquilo en los océanos anteriores a la hélice de los barcos, los tonos de las ballenas de aleta solo habrían caído al nivel de ruido de fondo después de viajar trece mil millas, es decir, más que el diámetro de la Tierra.
Antes de que se completara una amplia 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 sonidos potentes], nadie podía tomar en serio la idea de que esos tonos de frecuencia tan regulares, fuertes, bajos y relativamente puros vinieran del interior del océano, y mucho menos de las ballenas". [7] Este sonido desconocido era conocido popularmente por los acústicos de la marina como el Monstruo de Jezabel . [ cita requerida ] ( Jezabel era un sonar pasivo de banda estrecha de largo alcance). Algunos investigadores [ ¿quiénes? ] creían 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. [ cita requerida ]
El espectro electromagnético tiene definiciones rígidas para "frecuencia superbaja", "frecuencia extremadamente baja", "frecuencia baja" y "frecuencia media". La acústica no tiene un estándar similar. Los términos "baja" y "media" tienen significados históricos definidos de manera aproximada 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 de baja frecuencia estadounidense se presentó originalmente al público en general en un artículo de la revista Time de junio de 1961, New ASW [Nota 1] El Proyecto Artemis , el sonar de baja frecuencia utilizado en ese momento, podría llenar todo un océano con sonido de búsqueda y detectar cualquier cosa considerable que se moviera en el agua. Artemis surgió de una sugerencia de 1951 del físico de Harvard Frederick V. Hunt ( Artemisa es la antigua diosa griega de la caza), quien convenció a los expertos antisubmarinos de la Marina de que los submarinos solo podían detectarse a grandes distancias mediante volúmenes inauditos de sonido de tono bajo. [8] En ese momento, se imaginó un sistema Artemis completo para formar una especie de línea DEW ( Distant Early Warning ) submarina para advertir a los EE. UU. de submarinos hostiles. Transductores gigantes sin supervisión , alimentados por cables desde tierra, se bajarían a profundidades considerables donde el sonido viaja mejor. El artículo de la revista Time fue publicado durante el viaje inaugural del submarino soviético K-19 , que fue el primer submarino soviético equipado con misiles balísticos . Cuatro días después, el submarino sufriría el accidente que le dio su apodo. El impacto de este sistema sobre los mamíferos marinos ciertamente no fue considerado. Artemis nunca llegó a ser un sistema operativo.
El sonar de baja frecuencia fue revivido a principios de los años 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 Scripps de Oceanografía tomó prestado y modificó un sonar militar para la Prueba de Viabilidad de la Isla Heard realizada en enero y febrero de 1991. [9] El sonar modificado para la prueba fue una versión temprana de SURTASS desplegada en el MV Cory Chouest . [10] Como resultado de esta prueba, el Consejo Nacional de Investigación organizó un "Comité sobre Sonido de Baja Frecuencia y Mamíferos Marinos" . Sus hallazgos se publicaron en 1994, en Sonido de Baja Frecuencia y Mamíferos Marinos: Conocimiento Actual y Necesidades de Investigación . [11]
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 sonoras golpeen el fondo del océano [ cita requerida ] . 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. [12] Muy poca energía acústica de baja frecuencia se convierte en calor, por lo que la señal puede detectarse a grandes distancias. Menos de cinco de los transductores del conjunto activo 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 alteraron temporalmente para esta prueba para transmitir sonido a 50 hercios , que es más baja que su frecuencia de funcionamiento normal.
Un año después de la prueba de viabilidad de la isla Heard, se instaló un nuevo sonar activo de baja frecuencia en el Cory Chouest con 18 transductores en lugar de 10. Se preparó una declaración de impacto ambiental para ese sistema. [13]
El término sonar de frecuencia media se utiliza habitualmente 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 [14], la Armada de los Estados Unidos sabía que era sólo cuestión de tiempo hasta que las demás 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 normalmente superaban los 7 kHz) tenían un alcance insuficiente contra esta nueva amenaza. El sonar activo pasó de ser una pieza de equipo adjunta a un barco a una pieza de 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 de a bordo pesa 30 toneladas y consume 1.600 veces más energía que el sonar estándar de posguerra". [8] Un sistema moderno producido por Lockheed Martin desde principios de la década de 1980 es el AN/SQQ-89 . [15] El 13 de junio de 2001, Lockheed Martin anunció que había entregado su sistema de guerra submarina AN/SQQ-89 número 100 a la Armada de los EE. UU .
Existen pruebas anecdóticas de que el sonar de frecuencia media podría tener efectos adversos sobre las ballenas desde la época de la caza de ballenas. La siguiente historia se relata en un libro publicado en 1995:
Otra innovación de los balleneros fue el uso del sonar para rastrear a las ballenas que perseguían bajo el agua. Pero había un problema: a medida que el barco se acercaba a la ballena, esta comenzó a exhalar mientras aún estaba sumergida. Esto produjo una nube de burbujas en el agua que reflejaba el sonido mejor que la ballena y se convirtió en un objetivo falso (similar a lo que hace un piloto cuando suelta trozos 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 el arrastre de la superficie la ralentizará.
Los balleneros descubrieron rápidamente que una frecuencia de tres mil hercios parecía asustar a las ballenas, lo que las hacía salir a la superficie mucho más a menudo para tomar aire. Este era un uso "mejor" del sonar porque brindaba a los balleneros más oportunidades de dispararles. Entonces equiparon sus barcos de captura con un sonar en 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 empiecen a "jadear" en la superficie. [16]
En 1996, doce ballenas picudas de Cuvier encallaron vivas 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 combinados de rango bajo y medio, según un artículo publicado en la revista Nature en 1998. El autor estableció por primera vez el vínculo entre varamientos masivos atípicos de ballenas y el uso de sonar militar al concluir que, aunque no se puede excluir la pura coincidencia, había una probabilidad mejor del 99,3% de que las pruebas del sonar causaran ese varamiento. [17] [18] 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 dispersión en el tiempo y la ubicación era atípica, ya que normalmente las ballenas varan 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.
Dado que el nivel de la fuente de este sonar experimental era de sólo 226 dB a 3 kHz re 1 uPa m, a sólo 100 metros el nivel recibido caería en 40 dB (a 186 dB). Un panel de la OTAN investigó el varamiento mencionado y concluyó que las ballenas estuvieron expuestas a 150-160 dB re 1 μPa de sonar de frecuencia baja y media. Este nivel es alrededor de 55-65 dB menor (aproximadamente un millón de veces menor intensidad) que el umbral de daño auditivo especificado en 215 dB por un panel de expertos en mamíferos marinos. [21]
La idea de que un sonar de potencia relativamente baja pudiera causar un varamiento masivo de un número tan grande de ballenas fue muy inesperada para la comunidad científica. La mayoría de las investigaciones se habían centrado en la posibilidad de enmascarar señales, interferir con los llamados de apareamiento y funciones biológicas similares. Los mamíferos marinos que bucean a gran profundidad eran especies preocupantes, pero se conocía muy poca información definitiva al respecto. En 1995 se había publicado un libro exhaustivo sobre la relación entre los mamíferos marinos y el ruido, que ni siquiera mencionaba los varamientos. [22]
En 2013, una investigación mostró que los zifios eran muy sensibles al sonar activo de frecuencia media. [2] [23] También se ha demostrado que las ballenas azules huyen de la fuente del sonar de frecuencia media, [24] 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 delfines comunes de pico corto ( Delphinus delphis ) el 9 de junio de 2008 en la bahía de Falmouth , Cornualles , Reino Unido. [25]
En 2019 se publicó una revisión de las evidencias sobre los varamientos masivos de ballenas picudas relacionados con ejercicios navales en los que se utilizó el sonar. En ella se llegó a la conclusión de 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 depender de si los individuos habían tenido exposición previa al sonar, y que se han encontrado síntomas de enfermedad por descompresión en ballenas varadas que pueden deberse a su respuesta al sonar. Se observó que no se habían producido más varamientos masivos en las Islas Canarias una vez que se prohibieron los ejercicios navales en los que se utilizó el sonar, y se recomendó que la prohibición se extendiera a otras zonas en las que siguen produciéndose varamientos masivos. [26] [27]
Existen evidencias anecdóticas de balleneros (ver sección anterior) de que el sonar podría asustar a las ballenas y hacer que salgan a la superficie con más frecuencia, haciéndolas vulnerables al arponeo. También se ha teorizado que el sonar militar puede inducir a las ballenas al pánico y 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 fue planteada por primera vez por un artículo publicado en The Journal of the Acoustical Society of America en 1996 [28] y nuevamente en Nature en 2003. Informaba de lesiones agudas por burbujas de gas (indicativas de enfermedad por descompresión) en ballenas que encallaron poco después del inicio de un ejercicio militar en las Islas Canarias en septiembre de 2002. [29]
En 2000, en las Bahamas , 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 estuvo asociada con el varamiento de diecisiete ballenas, siete de las cuales fueron encontradas muertas. Los grupos ambientalistas afirmaron que algunas de las ballenas varadas sangraban por los ojos y los oídos, lo que consideraron una indicación de trauma inducido acústicamente. [30] Los grupos alegan que la desorientación resultante puede haber llevado al varamiento. [31]
En todo el mundo, el uso de sonar activo se ha relacionado con alrededor de 50 varamientos de mamíferos marinos entre 1996 y 2006. En todos estos casos, hubo otros factores contribuyentes, como una geografía submarina inusual (empinada y compleja), rutas de salida limitadas y una especie específica de mamífero marino (los zifios) que se sospecha que son más sensibles al sonido que otros mamíferos marinos.
— Contralmirante Lawrence Rice (11 de abril de 2008) [32]
Desde la década de 1990, se han llevado a cabo investigaciones científicas sobre los efectos del sonar en la vida marina. Estas investigaciones científicas se publican en revistas revisadas por pares y en conferencias internacionales como The Effects of Sound on Marine Mammals [47] y The Effects of Noise on Aquatic Life [48] .
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 bucean a gran profundidad , pero los efectos sobre las especies de ballenas barbadas en peligro de extinción eran prácticamente desconocidos. Los experimentos de exposición controlada, utilizando sonares militares simulados y otros sonidos de frecuencia media, midieron las respuestas conductuales de las ballenas azules marcadas en áreas de alimentación dentro de la bahía del sur de California . A pesar de utilizar niveles de fuente 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 nado y el viaje dirigido lejos de la fuente de sonido. La variabilidad de estas respuestas conductuales estuvo influenciada en gran medida por una interacción compleja del estado conductual, el tipo de sonido de frecuencia media y el nivel de sonido recibido. La alteración de la alimentación inducida por el sonar y el desplazamiento de áreas de presas de alta calidad podrían tener impactos significativos y previamente no documentados sobre la ecología de alimentación de las ballenas barbadas, la aptitud individual y la salud de la población. [49]
Dado que el sonar de frecuencia media se ha correlacionado con varamientos masivos de cetáceos en todos los océanos del mundo, algunos ambientalistas lo han señalado como un foco de activismo. [50] 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 . [51] El sonar de frecuencia media es, con mucho, el tipo más común de sonar activo en uso por las armadas del mundo, y ha sido ampliamente desplegado 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 Estados Unidos del sonar para cazar submarinos en misiones de entrenamiento frente a la costa sur de California hasta que se adoptaran mejores salvaguardas para las ballenas, delfines y otros mamíferos marinos. El 16 de enero de 2008, el presidente George W. Bush eximió a la Marina de los Estados Unidos 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 eximirla, la Marina debe cumplir las leyes ambientales que imponen límites estrictos al sonar de frecuencia media. En una decisión de 36 páginas, la jueza de distrito estadounidense Florence-Marie Cooper escribió que la Marina no está "exenta del cumplimiento de la Ley Nacional de Política Ambiental" y la orden judicial que crea una zona de 12 millas náuticas (22 km) sin sonar frente a la costa sur de California. [52] [53] El 29 de febrero de 2008, un panel de apelaciones federales de tres jueces confirmó la orden del tribunal inferior que requería que la Marina tomara precauciones durante el entrenamiento con sonar para minimizar el daño a la vida marina. [30] En Winter v. Natural Resources Defense Council , la Corte Suprema de los Estados Unidos revocó el fallo del tribunal de circuito en una decisión de 5:4 el 12 de noviembre de 2008.
La legislación estadounidense exige que se lleven a cabo estudios sobre el impacto ambiental del funcionamiento del sonar activo. En cada caso en que el impacto sea significativo, se desarrollan procedimientos para minimizarlo.
El impacto del sonido submarino se puede reducir limitando la exposición sonora que recibe un animal. El nivel máximo de exposición sonora recomendado por Southall et al. [54] para cetáceos es de 215 dB re 1 μPa 2 s para causar daño auditivo. El nivel máximo de presión sonora para efectos conductuales depende del contexto (Southall et al. [54] ).
En Estados Unidos, gran parte del conflicto legal y mediático sobre este tema tiene que ver con cuestiones de quién determina qué tipo de mitigación es suficiente. Por ejemplo, originalmente se pensaba que las comisiones costeras sólo tenían responsabilidad legal sobre las propiedades frente a la playa y las aguas estatales (tres millas dentro del 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 ningún conocimiento militar o científico pueden tener efectos desastrosos en el entrenamiento y la preparación. Por lo tanto, la Marina de Estados Unidos a menudo define sus propios requisitos de mitigación. [55]
Algunos ejemplos de medidas de mitigación incluyen:
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