Звуки коралловых рифов

Эта диаграмма показывает изменение интенсивности звуков разной частоты на глубине нескольких метров у трех коралловых рифов, расположенных у южного берега острова Сент-Джон (Виргинские острова, США), за одни полные сутки в июле 2013 года. Для каждой из 1440 минут от полуночи до полуночи показано распределение энергии звуковых волн по частотам — спектральная плотность мощности звуковых волн. Энергия звуковой волны воспринимается нами как громкость: чем больше энергия, тем звук громче. Видно, что рифы Tektite (A) и Yawzi (B) (см. карту) громче всего звучали на восходе (06:00) и на закате (18:00), а риф Ram Head (C) — около полудня.

Подводный мир кораллового рифа не так уж молчалив. Большинство звуков издают рыбы и креветки — самые многочисленные здешние обитатели. Не считая, конечно, самих кораллов, звуков не издающих. Звуки рыб преобладают в области 100–1000 Гц (ближняя часть «ландшафта», на которой видны основные пики) — это низкочастотное шуршание, щелчки и тому подобное. Рыбы могут издавать их, общаясь между собой, привлекая партнеров или во время охоты. Более высокие звуки (2–20 кГц, дальняя часть «ландшафта») — это щелчки креветок семейства Alpheidae (раков-щелкунов), которые получаются при смыкании их клешней.

Так что, анализируя звуки кораллового рифа, можно узнать, какие группы животных и в каком количестве здесь живут. Но прежде всего надо собрать исходные данные. Для этого в воду помещают подсоединенные к рекордерам гидрофоны, которые находятся под водой автономно, записывают звуки и сохраняют их.

Современная техника позволяет автоматически записывать звуки довольно долго. Например, подводный рекордер на фотографии слева рассчитан на 24 часа непрерывной записи, а тот, что справа — на 4 месяца. Фото из статьи M. B. Kaplan et al., 2015. Coral reef species assemblages are associated with ambient soundscapes

Далее запись, полученную за определенный промежуток времени, обрабатывают. Любой звук можно охарактеризовать тремя параметрами: длительность, частота (период колебания звуковой волны) и амплитуда (громкость). Комбинация этих переменных дает три двумерных графика:

Графики, описывающие параметры двух искусственно-синтезированных свистов: a — спектрограмма, б — осциллограмма, в — энергетический спектр. На спектрограмме и осциллограмме в качестве одной из переменных выступает время. Поэтому, если мы хотим получить обобщенное представление о записи за некоторый промежуток времени, нам больше всего подходит энергетический спектр, не имеющий временной шкалы. Рисунок из статьи S.A. Zollinger et al., 2012. On the relationship between, and measurement of, amplitude and frequency in birdsong

Чтобы объединить на одном графике все три переменные — амплитуду, частоту и время, — нужны трехмерные диаграммы, подобные приведенным выше. Таким образом, при помощи гидрофонов можно проводить акустический мониторинг разных групп животных. К примеру, на острове Сент-Джон усредненные низкочастотные энергетические спектры звуков (100–1000 Гц) коррелировали с обилием рыб. Анализируя данные с подводных рекордеров, ученые получают информацию о разнообразии и численности животных.

Источник: M. B. Kaplan et al., 2015. Coral reef species assemblages are associated with ambient soundscapes.

Алексей Опаев