På kryss og tvers i jordas hav ligger rundt 1,2 millioner kilometer med fiberoptiske telekommunikasjonskabler. Nok til å gå rundt planeten 30 ganger. Nå har forskerne klart å bruke fibrene i kablene som et passivt lyttesystem slik at de kan høre på hvaler.
Tjuvlytter med kabler
Hvalene er enorme, men de lever i et enda større miljø – verdens hav. For å studere hvor hvalene befinner seg bruker forskerne blant annet satellittovervåkning, overvåking fra lufta og direkte observasjoner. De legger også ut hydrofoner, et lytteapparat, i havet for å høre på dem.
Men nå, for første gang, har altså forskere greid å lytte passivt etter hvaler. På sett og vis har de tjuvlyttet på dem ved å bruke fiberoptiske kabler som allerede fins i havene.
– Jeg tror dette kan endre feltet marin bioakustikk, sier Léa Bouffaut, førsteforfatter av en artikkel som nylig ble publisert i Frontiers in Marine Sciences.
Bouffaut var postdoktor ved NTNU da hun begynte med dette arbeidet. Nå arbeider hun videre innenfor det samme feltet ved K. Lisa Yang Center for Conservation Bioacoustics, ved Cornell University i New York.
Illustrasjonen viser hvordan DAS – Distributed Acoustic Sensing – virker. Et instrument (en interrogator) sender en laserpuls fra en bakkestasjon gjennom den fiberoptiske kabelen. Kabelen har defekter som vi kan utnytte. Lydene under vann får defektene til å endre seg ørlite grann. Dette sender tilbake et signal som interrogatoren kan tolke.(Grafikk: Marte Finsmyr og Léa Bouffaut)
Fiberoptiske kabler overalt
Bouffaut sier noe av det beste med systemet er at forskerne kan dra nytte av et allerede eksisterende, verdensomspennende nettverk.
Med dette systemet, som i bunn og grunn er det vi kan kalle et nettverk av hydrofoner, får forskerne mulighet for å overvåke et mye større område.
– Å plassere ut hydrofoner er ekstremt dyrt. Men fiberoptiske kabler finnes over hele verden og er tilgjengelige, sier Bouffaut.
– Dette er på mange måter en parallell til satellittbilder av jorda, som har gitt forskere fra mange fagfelt muligheten for å utføre mange ulike studier av planeten. For meg er dette havets satellitter.
Mye mer nøyaktig
Hydrofonene gir bare lyd fra ett eller noen få punkter. Slike lokaliseringspunkter gir begrenset dekning av et område og er selvsagt ikke likt spredd ut over alle hav. Dette kan for eksempel gjøre det vanskelig for forskerne å studere vandringsruter. Det blir som å lete etter nåla i høystakken.
DAS, derimot, gir ikke forskerne bare muligheten for å oppdage lyder fra hvaler. De kan også bruke fibernettverket til å lokalisere hvor hvalene er til gitte tider, med en enestående nøyaktighet, forklarer hun.
– Fordi vi mottar lyden fra ulike vinkler, kan vi til og med få posisjonen til dyret. Dette er en kjempefordel. Om vi tar det enda lenger, noe som fremdeles krever mer arbeid, kan vi gjøre dette i sanntid. Det ville virkelig endre hele situasjonen for lydovervåkning av hvaler, sier kollega og medforfatter Hannah Joy Kriesell. Hun er forsker ved Institutt for elektroniske systemer ved NTNU.
Blåhvalen er verdens største dyr.(Foto: Chase Dekker / Shutterstock / NTB)
Båter og jordskjelv
– Teknologien gir også forskerne mulighet for å høre andre lyder som bæres gjennom vannet, fra store tropiske stormer til jordskjelv og forbipasserende skip. Det forteller Martin Landrø, medforfatter og professor i geoakustikk ved Institutt for elektroniske systemer (IES) ved NTNU.
Landrø leder også Centre for Geophysical Forecasting (Senter for geofysisk varsling og overvåking), et senter for forskningsdrevet innovasjon som Forskningsrådet finansierer.
Annonse
– Om noe beveger seg eller lager en lyd i nærheten av fibrene som er gravd ned i sjøbunnen, kan vi måle det, sier han. – Vi så selvsagt mye skipstrafikk, mange jordskjelv, og vi kunne oppdage fjerne stormer. Sist, men ikke minst – hvaler. Vi oppdaget minst 830 lyder fra hvaler.
Landrø sier at det å oppdage fjerne stormer var mulig på grunn av de lavfrekvente, seismiske signalene som bølgene fra de store stormene skaper. Oseanografen Walter Munk tok i bruk denne metoden i 1963. Da målte han bølger fra antarktiske stormer på Samoa i Stillehavet, forteller Landrø.
– I den lavfrekvente delen av dataene greide vi å se stormer som fant sted i Sør-Atlanteren 13.000 kilometer unna, sier han. Forskerne kunne slå fast hvor langt unna stormen var. De fant flere store stormer som de så kunne identifisere ved navn etter at de hadde gått tilbake til meteorologiske data.
Lyttet utenfor Svalbard
Forskerne samarbeidet med Sikt, som leverer tjenester til utdanning og forskning. Sikt ga tilgang til 250 kilometer med fiberoptiske kabler i sjøbunnen rundt Longyearbyen og Ny-Ålesund. Kabelen går fra Isfjorden og ut i det åpne havet. Der brukte de 120 kilometer av kabelen som et langt stetoskop på havbunnen.
Med i forskningsgruppen var også Alcatel Submarine Networks Norway. Teknologiselskapet har utviklet interrogatoren; instrumentet som ga gruppen muligheten for å knytte seg til den fiberoptiske kabelen.
Fiberkabelen mellom Longyearbyen og Ny-Ålesund ble lagt i 2015 etter fem års planlegging og forarbeid. I hovedsak var det norske myndigheter som finansierte den.
– Den skulle tjene forskningsmiljøene og landmålingsstasjonen i Ny-Ålesund med høy og robust kommunikasjonskapasitet, sier medforfatter og avdelingsdirektør Olaf Schjelderup i Sikt. – DAS og eksperimentet med å observere hvaler viser en helt ny bruk av denne typen fiberoptisk infrastruktur.
Sendte data raskt
Schjelderup noterte seg en annen fordel ved eksperimentet: Dataoverføring med høy hastighet fra Sikt-nettverket (tidligere Uninett) ga overføring av rådata i nær sanntid fra DAS i Longyearbyen til Trondheim.
– I Trondheim kunne forskerne nesten umiddelbart studere signalene fra havet utenfor Svalbard. Dette er et godt eksempel på et paradigmeskifte i distribuering av innsamlede data, sier han.
– Det som her er gjort på Svalbard, baner vei for å rulle ut flere av denne typen optiske sensorer som en permanent infrastruktur som samler inn og prosesserer data fra ulike steder i nær sanntid. Både for forskning og andre formål.
Annonse
Illustrasjonen viser hvor hvallydene ble tatt opp og hvordan lydene ser ut i et spektrogram.(Grafikk: Léa Bouffaut)
Sju terabytes hver dag
Bouffaut og Kriesell måtte analysere sju terabytes hver dag, eller rundt 250 terabytes for hele 40-dagersperioden. De begynte med å se på signaler fra punkter på kabelen som var ti kilometer fra hverandre, som gjorde det hele mer håndterbart, ifølge Bouffaut.
Det som var vanskelig, i tillegg til den enorme mengden data involvert, var at de så etter signaler uten egentlig å vite helt eksakt hva de kunne vente seg.
– Dette er helt ny teknologi og en ny type data som ingen tidligere har sett på for å finne hvaler, sier Bouffaut.
Det var et møysommelig arbeid.
– Men det var virkelig spennende. Spesielt da vi begynte å se signaler fra hvaler, sier Bouffaut.
Skipstrafikken ved Svalbard og Bjørnøya øker. Dette skyldes blant annet de fiskerike farvannene.(Foto: Uladzimir Navumenka / Shutterstock / NTB)
Kjenner igjen hval
Ett spørsmål får hun ofte, selv fra bioakustikere. «Hvordan vet du at dette er en hval?»
– Da sier jeg: Hvordan vet du at det er en hval når du har opptak fra hydrofoner? Vi gjenkjenner frekvensen, mønsteret, gjentakelsen og vi lytter til det, sier Bouffaut.
Hun legger til at nå som forskerne kjenner dataene bedre, kan de trene maskinmodeller for å forenkle og automatisere dataanalyseringen.
Bouffaut og Kriesell hørte helt typiske rop for nordatlantiske hannblåhvaler. De så også det som kalles D-rop, som er vokaliseringer der lyden går nedover, og som både hanner, hunner og kalver kan lage. Disse ropene identifiserte de innenfor de skjermede farvannene i fjorden.
Tidligere forskning har knyttet D-rop til beiting eller sosiale sammenhenger.
Annonse
Hvordan hvaler høres ut
Under er eksempler på noen av hvalropene. Frekvensen på disse ropene er skrudd opp 3,5 ganger, slik at de blir hørbare for det menneskelige øret.
Det første lydeksempelet er fra to hvaler, noe du kan høre om du bruker hodetelefoner. Den første hvalen er antakelig en nordatlantisk blåhval som lager typiske lyder og D-rop. Hval to har en kort, nedoverrettet lyd. Det er kanskje en finnhval.
Det andre lydeksempelet er en serie med typiske lyder og nedoverrettede sveip, trolig fra en nordatlantisk blåhval og vist i grafikken over under (d) ved 25,1 kilometer.
Eksempel tre er en serie med nedoverrettede sveip fra en ukjent art, men mest trolig finnhval. Den finner du i grafikken over ved (d) og 49,0 kilometer.
Det fjerde lydeksempelet er en serie med typiske rop og nedoverrettede sveip fra nordatlantisk blåhval. De vises i grafikken over ved (d) og 76,6 kilometer.
Det siste eksempelet er fra en nordatlantisk blåhval som lagde både typiske rop og D-rop.
Arktis i endring
Bouffaut sier verdien av denne typen system er spesielt åpenbar i Arktis, der klimaendringene skjer to–tre ganger raskere enn gjennomsnittet på planeten.
– Arktis endrer seg svært raskt. Både dyr og mennesker bruker omgivelsene like raskt som isen smelter, sier hun.
Hvaler som blåhval holder ikke til i regionen året rundt ennå, men dette kan endre seg etter hvert som isen smelter.
Samtidig åpner den smeltende isen opp for at mer av Arktis tas i bruk av skipsfart, fiskerier og andre aktiviteter, som for eksempel turisme.
Lyd er best
Annonse
– Så om hvalene endrer bruken av området, og kanskje bruker området for mer enn beiting eller for aktiviteter der de er svært sårbare, kan denne typen teknologi hjelpe oss med å overvåke disse endringene, sier Bouffaut.
Det er mulig å se hvalene når de kommer opp til overflaten for å puste, men lyd er regnet som den beste måten å studere hvalene på, siden de ellers er svært sky.
– Ved å studere lydene de lager, ropene og vokaliseringene kan vi lære mye om dem. Vi kan lære hvor de befinner seg ved ulike tider på året og hvordan og hvor de forflytter seg. Så vi får mye informasjon ved å tjuvlytte til dem, sier Kriesell.
Mindre fare for kollisjon
Om DAS kan bli satt opp slik at informasjonen blir analysert i sanntid, kan informasjonen bli sendt videre til skip i området der hval beiter og sosialiserer og folk som jobber med å beskytte dyrene, sier Bouffaut.
– Potensielt kan vi redusere risikoen for at skip kolliderer med hvalene. Det ville være en svært stor ting, legger Kriesell til.
– Etter hvert som isen i Arktis har smeltet, har skipstrafikken økt drastisk. Dette er et problem for dyrene. Dersom vi får muligheten for å informere skip om hvor hvalene befinner seg i sanntid, kan vi stoppe, eller i hvert fall redusere, risikoen for kollisjoner med skip.
En blåhval som ble drept i en skipskollisjon.(Foto: Craig Hayslip / Oregon State University Marine Mammal Institute / CC BY SA 20)
