说到海洋中的污染,我们通常会联想到漂浮在海面上的塑料垃圾,工业和生活污水、化学物质泄露等形式的污染。然而,很少有人意识到水下噪音也是海洋环境中一种重要的污染源。
在陆地上,建筑工地的轰鸣、高架桥上的车水马龙、街道的熙熙攘攘……我们早已对这些城市噪音司空见惯。然而,对海洋噪音的认识更多仍是停留在海洋深邃的表面,我们往往认为海洋是宁静的,大多数生命都安静地生活在海底。
但是,事实并非如此。
2022 年3-4 月,宁上高速(霞浦至福安段)东吾洋特大桥桥墩施工现场,正实施冲击打桩作业。随着打桩冲击锤的启动和持续锤击,附近渔民纷纷反映网箱养殖的大黄鱼出现涌出水面、甚至翻肚等异常现象。这是怎么回事?霞浦县高速指挥部、大黄鱼协会、地方政府迅速赶到现场展开实地调查。初步调查显示:打桩锤开锤之后,施工海域内的12 个调查养殖区的大黄鱼受到振动和水下冲击波的影响,纷纷跃出水面,反应异常剧烈,有部分鱼甚至翻白死亡,直至停止锤击
之后,鱼群才渐渐恢复平静。本次调查中,养殖区鱼排距离打桩位置约500m~5000 m 不等。
其实,早在明朝嘉靖年间,人们就已经对海洋噪音有所研究,并利用噪音捕鱼。那时,渔民在发现大黄鱼鱼群后,便将几十条渔船围成半圆圈,继而“敲罟”以棒槌敲击船板,致使大小鱼昏死,从而一网打尽。古时的渔船多为木制,棒槌敲击声震耳欲聋,甚至有穿云裂石之势。大黄鱼属石首鱼科,其耳膜内有耳石,起到维持身体平衡的作用。敲击声与大黄鱼耳膜内的耳石产生共鸣,使鱼失去平衡,纷纷翻仰于水面。
1959 年,由于敲罟捕鱼对鱼类资源破坏严重,被明令禁止。历经上世纪50 年代敲船渔业发展、60 至70 年代大量产卵期成鱼和幼鱼被过度捕捞后,野生大黄鱼资源急速衰退。究其原因,除了人心贪婪的因素外,“水下噪音”这一武器的威力也是可见一斑。
当我们把将类似于“水下听诊器”的接收仪器放入水中时,可以发现,无论在海洋的哪个角落,都从未是寂静的。具有敏锐的听觉系统和回声定位系统的鲸豚类哺乳动物,水下噪音对它们的影响尤为显著。
即便人类,都难以忍受尖锐的噪音,就算是低频噪音,也不堪其扰。同理,对于海洋生物而言,噪音的影响是巨大的。人类受到噪音侵扰,可以投诉,寻求解决。但海洋生物却无法逃离,只能默默承受,直到受到伤害。
由噪音污染引发的问题,比比皆是。在中国长江,水上樯橹成云,帆影蔽日,繁忙的航运船只螺旋桨的轰鸣声充斥整条江面。在这样的环境下,依靠声呐系统活动的长江江豚无处可躲。由于视力较差,它们的回声定位系统也深受干扰,因此捕食受到巨大影响,个体间的交流也会出现偏差。想象一下,如果有一只声呐系统还未发育健全的幼豚在这种情况下与妈妈走散,那将是多么危险的一件事情。由此可见,水下噪音已成为长江江豚的“催命符”,特别是人们在淡水和海洋中的渔业活动和航运交通、涉水工程等都将导致江豚难以恢复往日的平静生活。
水下噪音污染,不仅涉及海洋生物层面,还波及整个海洋生态系统。哈佛大学医学院耳奏喉科教授达琳·凯藤指出,一般而言,动物体型越大,对低音频(频率在1 千赫兹以下)的声音就越敏感。她强调,所有物种都可能深受噪音干扰,这是一个涉及整个海洋的问题,海洋生物无论身在何处,都无法避免噪音带来的影响。
由于声波在水体中具有良好的传播特性,传输过程中损耗小,传输距离远。因此,水下噪音在近海传输距离可达数十公里,深远海可达上百公里,低频声波在深海甚至可以传输上千公里,继而对海洋生物造成难以避免的潜在危害。危害程度则是取决于海洋生物在当下环境中所受到的声音剂量(声音强度)。
专家学者研究发现,依靠回声定位系统生存的海洋哺乳动物和声敏感鱼类的个体及种群的存续均受到了水下噪音的负面影响。一方面,噪音扰乱了这些海洋生物个体的生理和行为,如:受惊游离噪声源、器官受损、听力阈值偏移、皮质醇等生理指标变化、甚至死亡等;另一方面,对种群的变迁,如:洄游路线、繁殖栖息地变化等方面产生影响。
随着经济发展和海洋资源开发,海洋工程的规模与日俱增,如跨海大桥、海底隧道、港口码头、海上石油天然气开采平台、海上风电场工程建设等,水下工程作业要进行水下爆破、打桩、钻孔、疏浚等,将引发严重的噪音污染。水下工程噪音属于中低频噪音,打桩噪音和水下爆破噪音的声强较高,钻孔噪音与疏浚噪音的声强相对较低。
以海上风电场建设为例,其产生的海洋噪音污染会对工程附近海域的生态环境造成一定程度的影响,在施工期和运营期尤甚。在建设期,海洋工程爆破(如水下炸礁、山体爆破、隧道爆破、水下基床爆夯等)、工程打桩等,均向水下辐射高强度、瞬发性、宽频带的脉冲信号(或称为冲击波)。而水下冲击式打桩机,声源强度很大,产生的噪音形式为脉冲式,打桩过程是连续的,因此表现为一个连续的脉冲式噪音波形。
在运营期,海上风电场可能产生两类噪音:一是风机叶片的转动,在空气中产生气动噪音;二是机组内部的机械运转产生噪音:风机叶片带动齿轮箱和发电机转动过程中,机械传动会产生振动(包括轮毂中活动部件的机械噪音)并通过风轮机相应结构辐射到水中。这是海上风电场整个生命周期中最长的一个阶段,因此对周边水域环境产生的噪音影响是长期、且持续不断的。
除此之外,海上施工运输的船只,同样会产生强度很大的噪音。船舶噪音的传播途径主要有三种:①动力或辅助机械设备直接向空气中辐射噪音,即空气声;②机械的振动能量沿固体结构传播到船体各部位,然后再向外辐射噪音,即结构声;③船的壳体振动或螺旋桨的扰动等向水下辐射的噪音,即水下噪音。
当我们沉浸在海洋工程建设的规模扩张,庆祝着沿海港口吞吐量的不断提升,惊叹于海上发电机容量占世界前列的时候,殊不知,海洋生物正在遭受着这些活动所产生的噪音的“攻击”,陷入了“四面楚歌”的境地。
海洋工程噪音,虽然是水中无形的“杀手”,但事实上,只要人类愿意付诸行动,污染影响就会得到显著降低。这是一个看起来棘手,但解决起来立竿见影的问题,需要国内外决策者和科学家们共同探索合理有效的解决方案。
2017 年10 月,《保护野生动物迁徙物种公约》(CMS)缔约方大会第十二届会议提出噪音给海洋生态系统带来不利影响,以期在国家层面上制定噪音标准来缓解人为水体噪音污染问题后;2020 年 2月,CMS 缔约方大会第十三届会议再次将“海洋噪音”提上议程,进一步讨论了评估海洋噪音产生影响的技术问题。2023 年 6 月 8 日——世界海洋日,CMS 发布了一份具有里程碑意义的报告,旨在解决海洋物种面临的主要威胁:噪音污染。该报告强调,应用消声技术,从源头上减少声音,是减少水下噪音对海洋野生动物负面影响的最有效方法。
近年来,我国相关部委也相继出台各类政策措施,如:原国家海洋局颁布的《海上风电工程环境影响评价技术规范》,明确指出海上风电项目必须要进行水上和水下噪声现状调查与评价;自然资源部颁布的《海域使用论证技术导则》(GB/T42361-2023)要求,风电项目需开展 2 季且不少于 9 个点的水上水下噪声监测;自然资源部组织有关部门制定了《人为水下噪声对海洋生物影响评价指南(HY/T 0341-2022)》等文件。
此外,为解决海洋工程噪音污染问题,相关研究团队构建了“水下听诊器”,即水下声学监测系统。在各类海洋工程施工前提前进行环境背景调查、声学预测和影响评估,合理规划施工时间和区域,减少对海洋生态系统的干扰。在工程建设期和运营期开展水下噪音的立体监测,实时了解水下噪音的分布和变化情况,为海洋工程的顺利施工及海洋生态环境保护提供支撑。其意义有:一是保护海洋生物多样性,减缓水下噪音污染对海洋生物的影响;二是解决渔业养殖和工程建设的纠纷,为政府决策提供数据支撑;三是在海洋工程建设过程中,直接指导施工,为海洋工程建设、生态环境保护提供技术支持,同时为渔业和工程建设协调发展提供科学依据。
海洋生物是自然生物链中的重要一环,随着社会经济的发展以及陆地资源的逐渐短缺,海洋开发利用的热度逐步升温,海洋工程的数量和规模不断增加,造成海洋生态环境不断恶化,我们更要进一步认识海洋、关心海洋、经略海洋,不断促进海洋工程建设与海洋生态保护的协调健康发展,实现人海和谐共存。
来源: 福建省科普服务中心、刘贞文、林声华