Jakter liv med lydbølger

Med lydbølger kan forskerne på G.O. Sars se de bølgende bevegelsene til havdyra under bølgene.

Publisert
Fra små krusninger til stor sprut - i løpet av et par dager til sjøs treffer du på det meste. Under disse bølgene finner vi imidlertid andre typer: Bølger som avslører hva som lever i havdypet, og bølger som viser hvor de lever. (Foto: Hanne Østli Jakobsen)
Fra små krusninger til stor sprut - i løpet av et par dager til sjøs treffer du på det meste. Under disse bølgene finner vi imidlertid andre typer: Bølger som avslører hva som lever i havdypet, og bølger som viser hvor de lever. (Foto: Hanne Østli Jakobsen)

forskning.no på tokt

Forskningsskipet G. O. Sars går denne våren fra Bergen, via Reykjavik til Nuuk, og den samme veien tilbake igjen.

Toktet ledes av Havforskningsinstituttet, i samarbeid med Universitetet i Bergen, og er en del av det felles europeiske prosjektet EURO-BASIN.

Målet er å se økosystemene i de forskjellige havområdene i sammenheng.

forskning.no er med på toktet på veien østover, fra Nuuk til Bergen, og kost og losji dekkes av Havforskningsinstituttet.

Artiklene i denne serien er:

Bølger er ganske vanlige på havet.

Her, vest og sør for Island, er de en like naturlig del av livet som luft. Det har gynget i ett sett siden vi dro fra Grønland for to uker siden. Iblant rolig, et par ganger så mye at magen ble misfornøyd.

Vannets bølger er likevel kanskje de minst interessante bølgene for forskerne om bord på skipet G.O. Sars – med mindre de er sjøsyke.

Forskerne arbeider nemlig med to andre typer bølger: Lydbølger og biologiske bølger.

Ett av rommene på femte dekk er fylt med skjermer. 20 forskjellige monitorer gir oversikt over alt fra båtens retning og fart, til radar som viser hva som er i nærheten av oss. For øyeblikket ingenting.

Blant alle målingene er det to som øyeblikkelig griper oppmerksomheten din når du kommer inn. Nest ytterst til høyre, nederst på rekka, glir fargerike remser over skjermene.

Det ser ut som et verdensrekordforsøk i barnetegning.

Ekkoloddets signaler for havliv under båten ser ut som noe en fireåring kunne ha tegnet. Grønn viser større tetthet enn blå, og gul viser større tetthet enn grønn. (Foto: Hanne Østli Jakobsen)
Ekkoloddets signaler for havliv under båten ser ut som noe en fireåring kunne ha tegnet. Grønn viser større tetthet enn blå, og gul viser større tetthet enn grønn. (Foto: Hanne Østli Jakobsen)

Skjermen viser ekkoloddenes signaler. De blå, grønne, gule og røde feltene som glir forbi er øyeblikksbilder av det som befinner seg under båten. Det vil si, fargene er datamaskinens tolkninger av signalene som kommer fra det som befinner seg under båten.

Å gå fra bølge til fast fisk og reke er nemlig ikke bare lett.

Fisk eller fiendens ubåt?

Kort fortalt fungerer ekkolodd ved at lydbølger sendes ut i vannet. De fortsetter nedover til de treffer noe, eller stoppes av motstanden i vannet. En liten del av lydbølgen reflekteres tilbake fra det den treffer, og ekkoet plukkes opp av båten.

 (Foto: (Figur: Hanne Jakobsen/Arnfinn Christensen, forskning.no))
(Foto: (Figur: Hanne Jakobsen/Arnfinn Christensen, forskning.no))

Det er bare en ørliten bit av signalet som reflekteres. Om du sender ut et signal på 200 desibel og treffer en krill, sendes bare -70 desibel tilbake.

Det er mindre enn en milliondel av det opprinnelige signalet.

Allerede under 2. verdenskrig oppdaget den amerikanske marinen at signalene de sendte ut med sine ekkolodd kom tilbake med en hel masse støy som ikke var fiendens ubåter. Det var heller ekko fra det som levde i havet.

Det var nødvendig å skille støy, altså fisk og slikt, fra signal, og marinen ansatte biologer til å analysere lydbildet. Biologene selv var imidlertid egentlig mest opptatt av støyen, og dermed var fagfeltet bioakustikk født.

Bølgetolkning med tusen variabler

Peter Wiebe, toktdeltager og egentlig pensjonert marinbiolog fra Woods Hole Oceanographic Institute i USA, har arbeidet med bioakustikk siden 1980-tallet. Den gangen var faget helt i startgropa, forteller han:

Peter Wiebe (Foto: Hanne Østli Jakobsen)
Peter Wiebe (Foto: Hanne Østli Jakobsen)

– Da jeg startet med dette fikk jeg beskjed om at alt som lever i havet gir samme ekko, som om det var en rundt kule av materie, og at det var en direkte sammenheng mellom styrken på signalet og biomassen der nede. Det er ikke sant, sier Wiebe.

For det første kan du sende ut lydbølger med forskjellig frekvens, eller forskjellig bølgelengde. På G. O. Sars bruker de seks frekvenser, og hver har sine fordeler og ulemper.

Høye frekvenser (korte bølgelengder) gir et bilde med veldig høy oppløsning, så du kan se mer detaljer, men slike bølger har kortere rekkevidde. Den høyeste frekvensen rekker bare 100 meter ned i vannet før de stopper opp.

De laveste frekvensene (lange bølgelengder) når helt ned til 900 meter – men bildet blir desto mer grovkornet og vanskelig å tolke.

– Signalet fra en art er heller ikke konstant. Krill har én type signal på ett dyp, men ser annerledes ut i andre havdyp. En ung makrell som har spist godt gir et annet signal enn en ung makrell som er underernært, og en makrell som svømmer vertikalt i vannet ser annerledes ut enn en som svømmer horisontalt, forklarer Wiebe.

Kilovis med maneter, uten signal?

Et annet eksempel er forskjellen på hoppekreps og snegler. Snegler sprer lyd mye bedre enn hoppekreps, slik at en snegle gir samme utslag som 1000 hoppekreps av samme størrelse. Så er det én snegle du ser, eller 1000 hoppekreps?

Ikke så lett å si ut ifra lydsignalet du hørte, men vesentlig om målet ditt er å kartlegge hvordan økosystemene i dypet er satt sammen – som jo er målet med forskningstoktet vi er ute på.

De siste par ukene har vi trålet oss gjennom kilo på kilo av maneter. Dyphavsmantene Periphylla periphylla, Atolla og deres geleaktige slektninger lever i hopetall i både Labradorhavet og Irmingerhavet.

Hvor mye lyd reflekterer maneter, hvor stor del er de av flekkene på femte dekk? Det vet forskerne ennå ikke. Med de mengdene vi har sett – målt i vekt har trålfangstene hittil vært mest manet – er det vesentlig å finne ut av.

Hvis ikke kan det være at mye av det datamaskinen tolker til å være fisk og plankton i virkeligheten er maneter.

– Hvis du behandler bioakustikk som et enkelt problem, vil du få gale svar mesteparten av tiden, sier Wiebe.

Krill! Kanskje?

Plutselig dukker det opp blå flekker på monitoren i kontrollrommet. De stikker seg ut omtrent 250 meter nede, i et område som for et øyeblikk siden var ganske tomt.

Datamaskinens utregninger og erfaringen til forskerne i rommet tilsier at dette er krill. Er det virkelig det?

Hva betyr fargene på skjermen? Toktdeltagerne diskuterer ekkoloddet i skipets kontrollrom. F.v. Jan Arne Vågenes, Martin Dahl, Peter Wiebe, Webjørn Melle og Tor Knutsen. (Foto: Hanne Østli Jakobsen)
Hva betyr fargene på skjermen? Toktdeltagerne diskuterer ekkoloddet i skipets kontrollrom. F.v. Jan Arne Vågenes, Martin Dahl, Peter Wiebe, Webjørn Melle og Tor Knutsen. (Foto: Hanne Østli Jakobsen)

Når noe uventet dukker opp på ekkoloddet har toktleder Webjørn Melle mulighet til å stoppe båten og sende ut en trål for å forsøke å fange hva nå enn det er. Wiebe kaller det groundtruthing – å sjekke sannheten på bakken.

Iblant må man finne ut om kartet stemmer med terrenget.

I løpet av et kvarter har skipet stoppet, lagt seg riktig til og fått trålen i havet. Det er kjapt for et svært skip, men krillen kan forsvinne enda kjappere.

En sensor i trålåpningen viser, ganske grovt, hva som faktisk går inn i trålen. Akkurat nå ser det dårlig ut. Bare noen ørsmå flekker av et eller annet ser ut til å ende i nettet.

Er vi for sent ute?

Havdyras egne bølger

Krill er rekeaktige dyr, og de er en kjerne i havets økosystem. Fisk og hval lever av krillen, som selv spiser både plante- og dyreplankton. Den fiskes dessuten av norske fiskere i stor skala, og brukes som mat i oppdrettsnæringa.

Datamaskinen om bord på G. O. Sars har en modell for hvordan en krillstim typisk vil se ut på ekkoloddet. Dermed kan den plukke dem ut fra andre dyr der nede.

Wiebe bruker noe av tiden sin om bord til å lage fremstillinger av hvordan havet under oss ser ut underveis. Bioakustikkens øyeblikksbilder i seks frekvenser kan settes sammen og bli til oversikter over artenes utbredelse, enten geografisk eller fordelt på tid.

I en slik oversikt avslører lydbølgene den tredje og siste typen bølger: Havdyrenes bølgende bevegelser i løpet av et døgn.

Det er nemlig mat i overflaten, men sikkerhet i mørket lenger nede. Dermed holder krill og andre smådyr seg i dypet og relativ sikkerhet om dagen. Når mørket faller på, tar de så turen oppover for å spise.

Bruker du ekkoloddets krillregistreringer til å vise dyras vandringer i løpet av noen døgn i Labradorhavet, ser det dermed slik ut:

På de lyse tidene av døgnet er krillen i dypet, om natten trekker den til overflaten. Bølgene kan leses i bioakustikken. Det hvite i bunn av bildet er nettopp bunnen. (Foto: (Bilde: Peter Wiebe))
På de lyse tidene av døgnet er krillen i dypet, om natten trekker den til overflaten. Bølgene kan leses i bioakustikken. Det hvite i bunn av bildet er nettopp bunnen. (Foto: (Bilde: Peter Wiebe))

At det bølger er velkjent for forskerne, men detaljkunnskapen mangler. De vil vite hvor dypt dyra går, hvilke arter som går dypest, og om det er forskjell i bevegelsesmønstrene i de forskjellige havene – blant annet.

Kartet stemte med terrenget

Etter litt over en halvtime er trålen på vei inn. På dekk har det samlet seg en hel liten forsamling. Toktleder Melle er der, sammen med Wiebe, Ann Bucklin fra University of Connecticut, Jarl Giske fra Universitetet i Bergen, og flere til.

Vanligvis er det de som er på vakt som tar imot trålen. Det er sjelden å se så mange på dekk. Men dette er ingen vanlig trål, og det er flere enn journalisten som lurer på om den fanget noe.

Nota åpner seg, og små, rosa skapninger renner ut og ned i bøtta i hopetall. Det er ikke mye, sammenlignet med de tonnene kommersielle skip haler opp fra dypet, men det er krill.

– Jackpot, smiler Bucklin til forsker Lars Naustvoll.

– Finally! er hans svar tilbake.

Det er en god dag for bioakustikerne: Det var krill - og en god del maneter - i trålen. (Foto: Hanne Østli Jakobsen)
Det er en god dag for bioakustikerne: Det var krill - og en god del maneter - i trålen. (Foto: Hanne Østli Jakobsen)

Det er ikke nødvendigvis selve dyret som er årsak til entusiasmen på dekk, selv om flere av forskerne her arbeider med krill. Poenget er også at kartet faktisk stemte.

De trodde det var krill de så, og det var virkelig krill som kom opp.

Hver gang det skjer, er det en bekreftelse på at metoden fungerer. Det er mulig å kartlegge det som lever i store havområder uten å trekke en trål hver bidige meter av veien.

Det er fint, for hvis ikke hadde turen fra Nuuk til Bergen tatt langt mer enn tre uker.