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长须鲸:海洋中的“地球科学家”

时间: 2021年04月21日 | 作者: Stephanie Pappas | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
在探测海底之下的地球结构时,科学家找到了一位不可思议的新帮手——长须鲸。


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长须鲸的响亮叫声可以帮助研究海床结构。(图片来源:WILDESTANIMAL)


撰文 | 斯蒂芬妮·帕帕斯(Stephanie Pappas)

翻译 | 龚聪


长须鲸是20米~25米长的庞然大物,在水中,它们的叫声如同轰鸣的轮船引擎,即使在1000千米外也能听到。《科学》(Science)杂志上的一项新研究表明,这些声音可以帮助绘制海床下2.5千米范围内的地壳结构。


海床成像系统通常使用大型气枪向下发送声波。声波穿透地壳,再反弹回到海床,并被海床上的仪器接收。通过分析声波信号,研究人员可以解析出它们经过的海床结构。但这样的调查耗资不菲,并且气枪产生的噪声也会对海洋哺乳动物产生负面影响。而这项新研究表明,长须鲸的声音或许可以派上用场。


瓦茨拉夫 · 库纳(Václav Kuna,这项研究的共同作者)是捷克科学院地球物理研究所的地震学家,他说:“我们又多了一种获取海床结构信息的方法,这实在是太棒了。”


当时库纳还在美国俄勒冈州立大学,他在俄勒冈州海岸研究地震时,发现海底地震仪上的一些读数很奇怪。最后,库纳发现它们表示的原来是长须鲸的声音。美国华盛顿大学的海洋地震学家埃米莉 · 罗兰(Emily Roland,并未参与这项研究)说,鲸的声音经常出现在这些仪器的记录中。地震学家通常不喜欢这些鲸的声音。但库纳注意到,有些声音出现在了海底地震仪上,却没有出现在麦克风记录的音频上。这表明,这些信号并非直接来自鲸;相反,它们是从地壳内部反弹回来的声波。


要使用鲸的声音进行地壳成像,库纳首先需要确定鲸的大概位置。为此,他计算了长须鲸每次发声产生的两种声波到达海底地震仪的时间 :第一种是直接到达海底地震仪的声波,第二种则经由海床和海表反射,并最终到达地震仪。


美国华盛顿大学海洋地球物理学家威廉 · 威尔科克(William Wilcock,并未参与这项研究)说,长须鲸发出的叫声响亮,频率为每秒一次,相较于连续的声音来说,更易于分析。他还指出,除了冰雪覆盖的北极地区,海洋中几乎任何地方都能发现这些鲸,因此很多海域的海床成像都可以利用它们的声音。


库纳说,这项新技术也有局限性。与气枪冲击波相比,长须鲸的声音频率范围较窄,因此产生的海床图像没有那么清晰。另外,只有在相对平坦的海底,我们才能仅用一台地震仪就确定鲸的位置并使用它们的声音。在海底坡地或山区等地区,必须使用更多的地震仪。


尽管如此,罗兰表示,普遍存在的鲸的声音意味着,我们或许可以在历史地震数据中获取新发现。并且,测量鲸的声音对其他学科也有益处。例如在气候学中,鲸的声音可以让我们更好地估计海底沉积物中的碳储量;在地震学中能够用以精确地确定地震位置和监测断层等。


“鲸的声音不仅是免费的,而且始终都存在,”库纳说,“如果我们至少能将鲸的声音作为其他信号的补充,这将是一场双赢。”