hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.7868/S2073667321020064hydrophysics-79Research ArticleГИДРОАКУСТИКАHYDROACOUSTICSМетодика исследования влияния низкочастотных акустических полей высокой интенсивности на морские светящиеся планктонные организмыMethodology for Studying the Effect of Low-Frequency High-Intensity Acoustic Fields on Marine Luminous Planktonic OrganismsБритенковА. К.BritenkovA. K.

603950, ул. Ульянова, д. 46, г. Нижний Новгород

603950, пр. Гагарина, д. 23, г. Нижний Новгород

603950, Ulyanova Str., 46, Nizhny Novgorod

britenkov@ipfran.ruМашуковаО. В.MashukovaO. V.

119991, Ленинский пр., д. 38, г. Москва

119991, Leninsky Pr., 38, Moscow

БоголюбовБ. Н.BogolyubovB. N.

603950, ул. Ульянова, д. 46, г. Нижний Новгород

603950, Ulyanova Str., 46, Nizhny Novgorod

СибирцоваЕ. Н.SibirtsovaE. N.

119991, Ленинский пр., д. 38, г. Москва

119991, Leninsky Pr., 38, Moscow

СкуратовскаяЕ. Н.SkuratovskayaE. N.

119991, Ленинский пр., д. 38, г. Москва

119991, Leninsky Pr., 38, Moscow

МельникА. В.MelnikA. V.

119991, Ленинский пр., д. 38, г. Москва

119991, Leninsky Pr., 38, Moscow

СилаковМ. И.SilakovM. I.

119991, Ленинский пр., д. 38, г. Москва

119991, Leninsky Pr., 38, Moscow

Институт прикладной физики РАН; Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. ЛобачевскогоРоссияInstitute of Applied Physics of RASRussian FederationМосковское представительство Института биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАНРоссияMoscow Branch of A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of RASRussian FederationИнститут прикладной физики РАНРоссияInstitute of Applied Physics of RASRussian Federation2021301120211426577Copyright © Бритенков А.К., Машукова О.В., Боголюбов Б.Н., Сибирцова Е.Н., Скуратовская Е.Н., Мельник А.В., Силаков М.И., 20212021Бритенков А.К., Машукова О.В., Боголюбов Б.Н., Сибирцова Е.Н., Скуратовская Е.Н., Мельник А.В., Силаков М.И.Britenkov A.K., Mashukova O.V., Bogolyubov B.N., Sibirtsova E.N., Skuratovskaya E.N., Melnik A.V., Silakov M.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/79

Акустическое загрязнение является опасной антропогенной нагрузкой на экосистемы Мирового океана. В настоящее время гидроакустические излучатели широко используются для решения разнообразных научных и прикладных задач, уже не ограничиваясь традиционными задачами дальней звукоподводной связи, телеуправления, освещения подводной обстановки, акустической термометрии океанского климата, мониторинга подводных объектов, геолого-, сейсмо- и рыбопромысловой разведки. Во многих из перечисленных приложений, в частности в задачах обеспечения дальней звукоподводной связи, а также при проведении геолого- и сейсморазведки, необходимы мощные источники низкочастотных гидроакустических полей. Создаваемое такими гидроакустическими излучателями звуковое давление достигает нескольких тысяч, а в некоторых случаях — десятков тысяч Па (приведённых к 1 м). Воздействие звуковых полей такой интенсивности на гидробионтов практически не изучено. Основной проблемой подобных исследований является сложность регистрации результатов воздействия мощных акустических полей на морские экосистемы. Настоящая работа посвящена разработке методики проведения исследований влияния мощных низкочастотных звуковых полей на светящиеся планктонные морские организмы. Методика основана на определении параметров биолюминесценции, являющейся одним из важнейших индикаторов функционального состояния гидробионтов.

«Acoustic pollution» is a dangerous anthropogenic load on the ecosystems of the World Ocean. At present, hydroacoustic emitters are widely used to solve a variety of scientific and applied problems, no longer limited to the traditional tasks of long-distance sound underwater communications, remote control, illumination of the underwater environment, acoustic thermometry of the ocean climate, monitoring of underwater objects, geological, seismic and fishery exploration. In many of the above mentioned applications, in particular in the tasks of providing long-distance sound underwater communication as well as in conducting geological and seismic exploration, powerful sources of low-frequency hydroacoustic fields are needed. The sound pressure created by such hydroacoustic emitters reaches several thousand, and in some cases — tens of thousands of Pa (reduced to 1 m). The effect of sound fields of such intensity on aquatic organisms has hardly been studied. The main problem of such studies is the difficulty in recording the impact of powerful acoustic fields on marine ecosystems. This work is devoted to the development of a methodology for researching the influence of powerful low-frequency sound fields on luminous planktonic marine organisms. The methodology is based on determining the parameters of bioluminescence, which is one of the most important indicators of the functional state of aquatic organisms.

гидроакустикагидроакустический преобразовательгидробионтыпланктонбиолюминесценцияhydro-acousticshydroacoustic transducerhydrobiontsplanktonbioluminescenceРабота выполнена в рамках госзадания ИПФ РАН (проект 0035–2019–0019 и 0030-2021-0018) и госзадания ФИЦ ИнБЮМ № AAAA-A18–118020790229–7. Отработка метода проводилась в рамках темы «Комплексные исследования современного состояния экосистемы Атлантического сектора Антарктики», № гос.регистрации АААА-А19–119100290162–0.ReferencesБогородский В.В., Зубарев Л.А., Корепин Е.А., Якушев В.И. Подводные электроакустические преобразователи. Л.: Судостроение, 1983. 248 с.Bogorodskij V.V., Zubarev L.A., Korepin E.A., Yakushev V.I. Underwater electroacoustic transducers. Leningrad, Sudostroeniye, 1983. 248 p. (in Russian).Mosca F., Matte G., Shimura T. Low-frequency source for very long-range underwater communication // J. Acoust. Soc. Am. 2013. V. 133, N1. Р. EL61—EL67.Mosca F., Matte G., Shimura T. Low-frequency source for very long-range underwater communication. J. Acoust. Soc. Am. 2013, 133, 1, EL61–EL67.Шустов А.С. Высокоскоростной гидроакустический OFDM модем // Сборник научных работ XIII Международной научной конференции Евразийского научного объединения. М.: ЕНО, 2016. С. 45.Shustov А.S. High-speed sonar OFDM modem. Sbornik nauchnykh rabot XIII Mezhdunarodnoj nauchnoj konferentsii Evrazijskogo nauchnogo ob”edineniya. Moskva, ENO, 2016. 45 p. (in Russian).Munk W. Acoustic thermometry of ocean climate (ATOC) // J. Acoust. Soc. Am. 1999. V. 105, N982. doi: 10.1121/1.425359Munk W. Acoustic thermometry of ocean climate (ATOC). J. Acoust. Soc. Am. 1999, 105, 982. doi: 10.1121/1.425359Сапронов А.А., Зибров В.А., Воробьёв С.В. Применение пьезоэлектрических преобразователей в системе дистанционного мониторинга потребляемых водных ресурсов в сфере жилищно-коммунального хозяйства // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2010. Т. 6, № 1. C. 35–40.Sapronov A.A., Zibrov V.A., Vorob’yov S.V. Application of piezoelectric transducers in the remote monitoring system of consumed water resources in the field of housing and utilities infrastructure. Elektrotekhnicheskie i Informatsionnye Kompleksy i Sistemy. 2010, 1(6), 35–40 (in Russian).Rolt K.D. History of flextensional electroacoustic transducers // J. Acoust. Soc. Am. 1990. V. 87, N3. P. 1340–1349.Rolt K.D. History of flextensional electroacoustic transducers. J. Acoust. Soc. Am. 1990, 87, 3, 1340–1349.McCauley R.D., Fewtrell J., Popper A.N. High intensity anthropogenic sound damages fish ears // J. Acoust. Soc. Am. 2003. V. 113, N1. P. 638–642.McCauley R.D., Fewtrell J., Popper A.N. High intensity anthropogenic sound damages fish ears. J. Acoust. Soc. Am. 2003, 113, 1, 638–642.Jorgenson J.K., Gyselman E.C. Hydroacoustic measurements of the behavioral response of arctic riverine fishes to seismic airguns // J. Acoust. Soc. Am. 2009. 126(3): 1598–606. doi: 10.1121/1.3177276Jorgenson J.K., Gyselman E.C. Hydroacoustic measurements of the behavioral response of arctic riverine fishes to seismic airguns. J. Acoust. Soc. Am. 2009, 126(3):1598–606. doi: 10.1121/1.3177276Степанюк И.А. Тайна китов-«самоубийц»: поиск физических механизмов // Наука и техника: прошлое и настоящее. 2009. № 1. URL: https://fiz.1sept.ru/view_article.php?ID=200900112 (дата обращения 01.02.2020).Stepanyuk I.A. The mystery of suicide whales: the search for physical mechanisms. 2009, 1, URL: https://fiz.1sept.ru/view_article.php?ID=200900112 (Date of access: 01.02.2020).Иванов М.П. Изучение коммуникации дельфина: методика, двигательные и акустические показатели // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2009. Т. 45, № 6. С. 575–582.Ivanov M.P. Dolphin communication study: methodology, motor and acoustic indicators. Zhurnal Evolyutsionnoj Biokhimii i Fiziologii. 2009, 45 (6), 575–582 (in Russian).Ridgway S.H., Carder D.A. Whale physiology at depth: hearing, sonar, and homeostasis // Int. assoc. for aquatic animal med. proc. online. 1995. Part IV. URL: https://www.vin.com/apputil/content/defaultadv1.aspx?pId=11257&catId=32509&id=3977137 (дата обращения: 01.02.2020).Ridgway S.H., Carder D.A. Whale physiology at depth: hearing, sonar and homeostasis. 995, IV, URL: https://www.vin.com/apputil/content/defaultadv1.aspx?pId=11257&catId=32509&id=3977137 (Date of access: 01.02.2020).Иванов М.П., Дроган Е.В. Эксперимент по исследованию коммуникации китообразных // Учёные записки физ. факультета МГУ. 2014. № 5. C. 145351–1–145351–7.Ivanov M.P., Drogan E.V. Experiment to study the cetaceans communication. Memoirs of the Faculty of Physics. 2014, 5, 145351–1–145351–7 (in Russian).Piantadosi C.A., Thalmann E.D. Pathology: Whales, Sonar and Decompression Sickness // Nature. 2004. V. 428, N6984. P. 575–576.Piantadosi C.A., Thalmann E.D. Pathology: Whales, Sonar and Decompression Sickness. Nature. 2004, 428, 6984, 575–576.Herman L.M., Tavolga W.N. The communication systems of cetaceans / Cetacean behavior: Mechanisms and functions. New York: Wiley Interscience, 1980. P. 149–209.Herman L.M., Tavolga W.N. The communication systems of cetaceans / Cetacean behavior: Mechanisms and functions. New York, Wiley Interscience, 1980, 149–209.Aguilar de Soto N., Delorme N., Atkins J., Howard S., Williams J. Anthropogenic noise causes body malformations and delays development in marine larvae // J. Comparative psychology. 2007. V. 24, N2. P. 240–249.Aguilar de Soto N., Delorme N., Atkins J., Howard S., Williams J. Anthropogenic noise causes body malformations and delays development in marine larvae. J. Comparative Psychology. 2007, 24, 2, 240–249.Сибирцова Е.Н., Токарев Ю.Н., Чуприна И.С. Некоторые возможные последствия интенсификации судоходства для экосистемы Чёрного моря // Вестник Прикаспия. 2016. № 2 (13). С. 42–49.Sibirtsova E.N., Tokarev Yu.N., Chuprina I.S. Some possible consequences of the shipping intensification for the Black Sea ecosystem. Vestnik Prikaspiya. 2016, 2(13), 42–49 (in Russian).Woolet R. Sonar Transducer Fundamentals. Newport — New London: Naval Underwater Systems Center, 1986. 102 р.Woolet R. Sonar Transducer Fundumentals. Newport — New London, Naval Underwater Systems Center, 1986. 102 р.Бритенков А.К., Боголюбов Б.Н., Смирнов С.А., Перфилов В.А. Перспективы использования 3D-печати для изготовления компактных гидроакустических преобразователей продольно-изгибного типа со сложной геометрией излучающей оболочки // Учёные записки физ. факультета МГУ. 2017. № 5. C. 1750104–1–1750104–5.Britenkov A.K., Bogolyubov B.N., Smirnov S.A., Perfilov V.A. 3D-printing possibilities for the manufacturing technology development of hydroacoustic longitudinal bending type emitters with the complex radiator’s body geometry. Memoirs of the Faculty of Physics. 2017, 5, 1750104–1–1750104–5 (in Russian).Бритенков А.К., Боголюбов Б.Н., Фарфель В.А., Смирнов С.А., Перфилов В.А. Мощные низкочастотные гидроакустические преобразователи: проблемы конструирования, изготовления и перспективы развития // Тр. IX Всеросс. конф. «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». С.- Петербург, 2018. С. 170–172.Britenkov A.K., Bogolyubov B.N., Farfel’ V.A., Smirnov S.A., Perfilov V.A. Powerful low-frequency hydroacoustic transducers: problems of design, manufacture and development prospects. Trudy IX Vserossijskoj konf. «Prikladnye Tekhnologii Gidroakustiki i Gidrofiziki». St. Peterburg, 2018, 170–172 (in Russian).Боголюбов Б.Н., Бритенков А.К., Кирсанов А.В., Перфилов В.А., Смирнов С.А., Фарфель В.А. Согласование низкочастотного импеданса системы возбуждения гидроакустического излучателя высокой мощности с электромеханическим преобразователем на основе пьезокерамического активного элемента // Тр. Второй российско-белорусской научно-технической конференции «Элементная база отечественной радиоэлектроники: импортозамещение и применение» им. О.В. Лосева. Нижний Новгород, 2015. С. 361–365.Bogolyubov B.N., Britenkov A.K., Kirsanov A.V., Perfilov V.A., Smirnov S.A., Farfel’ V.A. Matching the low-frequency impedance of the excitation system of a high-power hydroacoustic emitter with an electromechanical transducer based on a piezoceramic active element. Trudy Vtoroj rossijsko-belorusskoj nauchno-tekhnicheskoj konferentsii «Elementnaya baza otechestvennoj radioehlektroniki: importozameshhenie i primenenie» im. O.V. Loseva. Nizhnij Novgorod, 2015, 361–365 (in Russian).Андреев М.Я., Боголюбов Б.Н., Клюшин В.В., Рубанов И.Л. Низкочастотный малогабаритный продольно-изгибный электроакустический преобразователь // Датчики и системы. 2010. № 12. C. 51–55.Andreev M. Ya., Bogolyubov B.N., Klyushin V.V., Rubanov I.L. Low-frequency small-sized longitudinal-bending electroacoustic transducer. Datchiki i Sistemy. 2010, 12, 51–55 (in Russian).Боголюбов Б.Н., Кирсанов А.В., Леонов И.И., Смирнов C.А., Фарфель В.А. Расчёт и экспериментальные исследования компактного продольно-изгибного гидроакустического преобразователя с центральной частотой излучения 520 Гц // Гидроакустика. 2015. № 23(3). С. 20–26.Bogolyubov B.N., Kirsanov A.V., Leonov I.I., Smirnov S.A., Farfel’ V.A. Calculation and experimental studies of a compact longitudinal-flexural hydroacoustic transducer with a central radiation frequency of 520 Hz. Gidroakustika. 2015, 23(3), 20–26 (in Russian).Бритенков А.К., Боголюбов Б.Н., Смирнов C.А. Продольно-изгибный гидроакустический преобразователь. Патент RU2681268. Опубликовано 05.03.2019. Бюл. № 7.Britenkov A.K., Bogolyubov B.N., Smirnov S.A. Longitudinal-bending hydroacoustic transducer. Patent RU2681268. Published 05.03.201. Bulletin 7 (in Russian).Бритенков А.К., Боголюбов Б.Н., Дерябин М.С., Фарфель В.А. Измерение электромеханических характеристик компактного низкочастотного гидроакустического излучателя сложной формы // Тр. МАИ. 2019. № 105. С. 1–24.Britenkov A.K., Bogolyubov B.N., Deryabin M.S., Farfel’ V.A. Measurement of the electromechanical characteristics of a compact low-frequency hydroacoustic transducer of complex shape. Trudy MАI. 2019, 105, 1–24 (in Russian).Токарев Ю.Н., Евстигнеев П.В., Машукова О.В. Планктонные биолюминесценты Мирового океана: видовое разнообразие, характеристики светоизлучения в норме и при антропогенном воздействии. Севастополь: Орiанда, 2016. 340 с.Tokarev Yu.N., Evstigneev P.V., Mashukova O.V. Planktonic bioluminescent of the World Ocean: species diversity, characteristics of light emission in normal conditions and under anthropogenic impact. Sevastopol, Orianda, 2016, 340 p. (in Russian).Гительзон И.И., Левин Л.А., Утюшев Р.Н., Черепанов О.А., Чугунов Ю.В. Биолюминесценция в океане. С.- Петербург: Гидрометеоиздат, 1992. 283 с.Gitelzone I.I., Levin L.A., Utyushev R.N., Cherepanov O.A., Chugunov O.A. Bioluminescence in the ocean. St. Peterburg, Gidrometeoizdat, 1992. 283 p. (in Russian).Tokarev Yu.N., Mashukova O.V. Bioluminescence of the Black Sea Ctenophores-Aliens as an Index of their physiological state // Luminescence: J. Biolog. and Chem. Luminescence. 2016. V. 14. С. 351.Tokarev Yu.N., Mashukova O.V. Bioluminescence of the Black Sea Ctenophores-Aliens as an Index of their Physiological State. Luminescence, J. Biolog. and Chem. Luminescence. 2016, 14, 351 (in Russian).Мельников В.В., Мельник А.В., Мельник Л.А. Особенности биолюминесценции у нижней границы кислородной зоны в центре Чёрного моря // Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф., Севастополь, 12–13 сентября 2019 г. Севастополь: ИПТС, 2019. С. 121. (29)Mel’nikov V.V., Mel’nik А.V., Mel’nik L.А. Features of bioluminescence at the lower boundary of the oxygen zone in the center of the Black Sea. Tezisy Doklada Mezhdunar. Nauch.-Tekhn. Konf., Sevastopol’, 12–13 Sentyabrya 2019 g. Sevastopol’, IPTS, 2019, 121 (in Russian).Serikova I.M., Tokarev Y.N., Vasilenko V.I., Briantseva Y.V., Stanichniy S.V., Suslin V.V. Response of phytoplankton of the Sevastopol coastal zone to climate peculiarities of the years 2009–2012 // Hydrobiological J. 2016. Т. 52, № 1. С. 40–51.Serikova I.M., Tokarev Yu.N., Vasilenko V.I., Briantseva Yu.V., Stanichniy S.V., Suslin V.V. Response of phytoplankton of the Sevastopol coastal zone to climate peculiarities of the years 2009–2012. Hydrobiological J. 2016, 52, 1, 40–51 (in Russian).Mashukova O.V., Tokarev Yu.N. Bioluminescence daily rhythm of ctenophore Beroe ovata Mayer, 1912 // Proceedings of the Global Congress on ICM: Lessons Learned to Address New Challenges 30 Oct — 03 Nov 2013, Marmaris, Turkey // Marine Biology and Microbiology. V. II. P. 729–736.Mashukova O.V., Tokarev Yu.N. Bioluminescence daily rhythm of ctenophore Beroe ovata Mayer, 1912. Proceedings of the Global Congress on ICM: Lessons Learned to Address New Challenges 30 Oct — 03 Nov 2013, Marmaris, Turkey. Marine Biology and Microbiology. II, 729–736.Машукова О.В. Суточная ритмика светоизлучения Mnemiopsis leidyi A. Agassiz (Ctenohora: Lobata) // Тр. Науч.- практ. конф. «Экологические проблемы Азово-Черноморского региона и комплексное управление прибрежной зоной». Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2014. С. 89–94.Mashukova O.V. The daily rhythm of light emission of Mnemiopsis leidyi A. Agassiz (Ctenohora: Lobata). Trudy Nauch.-Prakt. Konf. «Ekologicheskie problemy Аzovo-Chernomorskogo Regiona i Kompleksnoe Upravlenie Pribrezhnoj Zonoj». Sevastopol’, EHKOSI-Gidrofizika. 2014, 89–94 (in Russian).Полонский А.Б., Мельникова Е.Б., Серебренников А.Н., Токарев Ю.Н. Региональные особенности интенсивности свечения гидробионтов и концентрации хлорофилла а в водах Черного моря // Оптика атмосферы и океана. 2018. Т. 31, № 4. С. 275–281. doi: 10.15372/AOO20180405Polonsky A.B., Mel’nikova E.B., Serebrennikov A.N., Tokarev Yu.N. Regional peculiarities of hydrobiont bioluminescence intensity and chlorophyll a concentration in Black Sea waters. Atmospheric and Oceanic Optics. 2018, 31(4), 365– 371.Мельник А.В., Белогурова Ю.Б. Сезонная изменчивость поля биолюминесценции у берегов Кавказа в 2018 г. // Системы контроля окружающей среды. 2019. Вып. 2 (36). С. 100–106. doi: 10.33075/2220–5861–2019–2–100–106Mel’nik А.V., Belogurova Yu.B. Seasonal variability of the bioluminescence field off the coast of the Caucasus in 2018. Sistemy Kontrolya Okruzhayushhej Sredy. 2019, 2 (36), 100–106 (in Russian).Бритенков А.К., Боголюбов Б.Н., Фарфель В.А., Смирнов С.Ю., Круглов Н.Ю., Кушнерёв Д.Н. Расчёт, конструирование и изготовление электрических эквивалентов мощных низкочастотных гидроакустических преобразователей // Радиотехника. 2019. № 5 (6). С. 129–136.Britenkov A.K., Bogolyubov B.N., Farfel’ V.A., Smirnov S. Yu., Kruglov N. Yu. Calculation, design and manufacture of electrical equivalents of powerful low-frequency hydroacoustic transducers. Radiotekhnika. 2019, 5 (6), 129–136 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.