ДБ
Рис. 1. Частотные спектры основных источников подводных шумов в мелководных районах: кривые 13,10 - Индийского океана, 4-7 - Тихого и Атлантического океанов; 1 - звуки соударений обломочного материала, перемещаемого волнами по известковому дну; 2, 3 - импульсные шумы, издаваемые предположительно: 2 - морскими ежами, 3 - двустворчатыми моллюсками; 4 - динамические шумы ветрового волнения на мелководье при силе ветра 4 балла [2]; 5 -шумы морских ежей у побережья Новой Зеландии [3]; 6 - шумы раков-щелкунов [1]; 7 - обобщенный спектр шумов глубокого океана при силе ветра 4 балла [8]; 8 - гидродинамические пульсации давления (псевдозвук) речного потока при средней скорости течения 0.3 м/с, воспринимаемые сферическим гидрофоном диаметром 5 см [7]; 9 - то же при защите гидрофона сферическим обтекателем диаметром 39 см, обтянутым редкой тканью [7]; 10 - область гидродинамических пульсаций давления течения; 11 - область инфразвуковых шумов, связанных с волнением и ветром [12] .
спектры по виду и уровню аналогичны полученным в Тихом и Атлантическом океанах [2, 8] при соответствующих значениях скорости ветра, умеренном судоходстве и при наличии псевдозвука течения, как и можно было ожидать.
Более интересные результаты получены в мелководных тропических районах Индийского океана - кольцевых коралловых атоллах, окруженных рифами, и мелководных банках, не имеющих барьерного рифа. Обследование этих районов показало богатство и разнообразие донной фауны на участках с известняковым коралловым дном. Они плотно заселены беспозвоночными организмами - кораллами, морскими ежами и звездами и моллюсками, многие из которых обладают двустворчатыми раковинами. Среди дву-
створчатых моллюсков выделялись размерами тридакны (Tredachidae), раковины которых имели поперечный размер в десятки см. Известны и более крупные (Tredacna maxima) с поперечником раковины до 1 м и массой до 300 кГ [5]. На некоторых участках известнякового дна плотность колоний тридакн достигала двух особей на м2. Все они укрывались в кавернах с относительно небольшим входным отверстием, высверленных ими в известняке. Морских ежей (Echinometridae) насчитывалось от 2 до 10 шт. на м2.
Донная фауна излучала непрерывный шум -треск, слагающийся из множества коротких импульсов. Его интенсивность менялась в течение суток, достигая максимума в первую половину ночи (от 22 до 2 ч). Характерные голоса рыб, напоминающие пароходные гудки, квакание и редкую барабанную дробь на частотах в сотни Гц были слышны на восходе солнца, однако их интенсивность была невелика, и на спектр подводных шумов они влияли незначительно.
На рис. 1 показаны характерные частотные спектры основных источников подводных шумов в обследованных мелководных районах. Здесь и ниже спектральные уровни приведены в дБ, отсчитанных от 1 мкПа/Гц1/2. Для сравнения показаны частотные спектры подводных шумов, полученных в Тихом и Атлантическом океанах [1-4, 8]. Как и там, в районах наших измерений наблюдался высокий уровень низкочастотного шума в диапазоне частот 3-60 Гц с возрастанием спектра на 10-12 дБ при понижении частоты на октаву. Сравнение с псевдозвуком потока воды со скоростью 0.3 м/с [7] позволяет отождествить низкочастотный шум с псевдозвуком течения, на что указывали также авторы работ [2, 4]. В ряде работ рассчитывались спектральные уровни псевдозвуковых и акустических инфразвуковых шумов, возникающих при взаимодействии спектральных компонент морских волн друг с другом и с турбулентностью ветра [10-12]. Согласно расчетам на частотах выше 3 Гц эти шумы по уровню ниже псевдозвука океанических течений в мелководных районах.
На глубинах 4-10 м с внешней стороны рифа, где волны перемещают по известковому дну обломки кораллов и известняка, в диапазоне частот 0.08 - 1 кГц прослушивались стуки этого обломочного материала. Они формировали высокий спектральный максимум на частотах 0.1-0.15 кГц.
ДБ 90
80
70
60
50
40
30
ПОДВОДНЫЕ ШУМЫ ДБ
0.05 10
10°
101 кГц
10
12
Рис. 2. Частотные спектры подводных шумов в лагуне кораллового атолла в Индийском океане при штиле во время суток: 1 - 22 ч, 2 - 2 ч, 3 - 10 ч; глубина места 50 м, донный грунт - коралловый известняк и песок; 4 - спектр шума колонии морских ежей у побережья Новой Зеландии [3]; 5 - спектр шума колонии раков-щелкунов [1]; 6 - спектр шума кавитации в гребнях волн на мелководье при силе ветра 1 балл [2]; 7 - спектр подводного шума океана при штиле [1].
В диапазоне частот 0.2-9 кГц прослушивался непрерывный треск со спектральными максимумами на частотах 1-1.5 кГц и 7-8 кГц. Первый из них по форме и уровню спектра близок к спектру шума колонии морских ежей у побережья Новой Зеландии [3], и по всей вероятности, имеет такое же происхождение. Второй максимум по уровню и частотам сходен с импульсным шумом, издаваемым колониями раков-щелкунов (Сгащотёае), нередко встречающихся на мелководьях тепло-водных районов Тихого и Атлантического океанов. Максимум спектра шума раков-щелкунов отмечался на частотах 5-12 кГц [1, 13]. Его ширина по уровню -3 дБ достигает 7-8 кГц и более [1, 13]. В нашем случае ширина максимума на частотах 7-8 кГц, меньшая, близкая к 1 кГц. При осмотре дна и проб грунта раков-щелкунов обнаружено не было, хотя заметить их было бы не трудно (их длина достигает 5 см, и они малоподвижны). Сказанное позволяет предполагать в нашем случае другой источник высокочастотных шумов. Таким источником могут быть двустворчатые моллюс-
Рис. 3. Зависимость от времени суток спектральной плотности подводных шумов в лагуне атолла в Индийском океане при штиле; цифрами указаны частоты в кГц.
ки. Они излучают звуковые импульсы при обрыве нитей биссуса [3], захлопывании створок раковин и сверлении ими известняка. Их твердые раковины преобладающих размеров, по-видимому, резонируют на частотах 7-8 кГц, что может объяснить соответствующий спектральный максимум шума.
Наибольший уровень шумов донной фауны наблюдался во внутренней лагуне атолла, где он значительно превосходил уровень динамических шумов океана (рис. 2). На частотах 0.5-9 кГц уровень шумов в лагуне достигал максимального значения в первую половину ночи, от 22 ч до 2 ч (рис. 3). Отметим, что возрастание шума океанической фауны в ночное время в мелководных районах Атлантического и Тихого океанов связывалось с жизнедеятельностью рыб-крокеров [3, 14].
Коралловые рифы также являются источниками интенсивных подводных шумов. Океанские волны, накатываясь на риф, взаимодействуя с его неровной поверхностью и перемещая обломочный материал по твердому известняковому дну, генерируют динамические шумы и псевдозвук. Значительны и шумы донной фауны. На расстоянии 20 м от гребня рифа выделяются спектральные максимумы на частотах 0.1-0.15 кГц, 1.5 кГц и 7-8 кГц, первый из которых наибольший (рис. 4). На частотах ниже 2 кГц на указанном расстоянии подводные шумы рифа превосходят максимальный уровень обычных динамических шумов океана. При удалении от гребня рифа и выходе на слабонаклоненную песчаную отмель уровень шу-
ч
дБ 120
110 100 90 80 70 60 50 40 30
10-
10-
100
101 кГц
дБ 120
100
80
60
40
20 м 0
10
20
Рис. 4. Частотные спектры подводных шумов с внешней стороны кораллового рифа при скорости ветра 6-7 м/с (4 балла) и высоте волн около 1 м на дистанциях от гребня рифа: 1 - 20 м, 2 - 110 м, 3 - 150 м: 4 -максимальные значения спектра подводных шумов океана по Вензу [2]; 5 - обобщенный спектр шума океана при силе ветра 4 балла по Фурдуеву [8]; 6 -спектр кратковременного повышения уровня биогенного шума на дистанции 110 м от гребня рифа; 7 -подводный шум гребня, волны, проходящей над гидрофоном.
ма быстро спадал всех частотах (рис. 5), на расстоянии 110 м от гребня рифа опускался ниже обычного уровня шумов океана и только при прохождении пенистого гребня волны над гидрофоном на короткое время в диапазоне 0.6-1.5 кГц повышался до этого уровня. На частотах 6-9 кГц изредка также отмечались кратковременные, длительностью 1-2 с, повышения уровня шума на 10-12 дБ.
На банках в Индийском океане с глубинами 30-50 м в частотных спектрах подводных шумов наблюдались те же максимумы на частотах 1 кГц и 7-8 кГц (рис. 6). На частотах выше 0.08 кГц обнаруживалась зависимость уровня шума от времени суток (рис. 7). Они достигали максимальных значений в первой половине ночи, от 23 ч до 1 ч. В утренние часы (в 5-7 ч) уровни шумов спадали ниже уровней обычных динамических шумов
101
102
103 м
Рис. 5. Спектральные уровни подводных шумов с внешней стороны рифа в зависимости от расстояния от гребня рифа на частотах, указанных в кГц для каждой кривой; ниже - рельеф дна, 8 - донный грунт-коралловый известняк, 9 - песок.
мелководных районов океана. На частотах ниже 0.08 кГц частотный спектр шумов возрастал на 12 дБ при понижении частоты на октаву, и, по всей видимости, формировался псевдозвуком турбулентности течения. Скорость течения на банках в среднем близка к 0.3 м/с.
Следует отметить, что в ряде зарубежных и отечественных работ [15-18] выполнялись теоретические расчеты поля точечного источника звука и шума прибоя в клиновидной прибрежной области. Однако теоретические модели оказывались чрезмерно упрощенными. В лучшем случае достигалось лишь качественное совпадение расчетов с данными натурных измерений.
Полученные данные показывают, что подводные шумы мелководных районов тропической зоны Индийского океана обладают характерными спектральными максимумами повышенного уровня, отличающими их от шумов глубокого океана.
ПОДВОДНЫЕ ШУМЫ
205
ДБ
кГц
Рис. 6. Частотные спектры подводных шумов на мелководной банке в Индийском океане при силе ветра 45 баллов во время суток: 1 - 1 ч, 2 - 5 ч, 3 - 23 ч; 4 -усредненный по всем измерениям спектр низкочастотного шума, не зависящего от времени суток, вертикальными черточками показаны значения средне-квадратического отклонения замеров спектра по всем измерениям; 5 - спектр динамического подводного шума в мелкой воде при силе ветра 4 балла по Вензу [2]; 6 - псевдозвук потока воды со скоростью течения 0.3 м/с; 7 - то же при защите гидрофона обтекателем, аналогичным использовавш
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.