Методика исследования влияния низкочастотных акустических полей высокой интенсивности на морские светящиеся планктонные организмы

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.

1. Богородский В.В., Зубарев Л.А., Корепин Е.А., Якушев В.И. Подводные электроакустические преобразователи. Л.: Судостроение, 1983. 248 с.

2. 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.

3. Шустов А.С. Высокоскоростной гидроакустический OFDM модем // Сборник научных работ XIII Международной научной конференции Евразийского научного объединения. М.: ЕНО, 2016. С. 45.

4. Munk W. Acoustic thermometry of ocean climate (ATOC) // J. Acoust. Soc. Am. 1999. V. 105, N982. doi: 10.1121/1.425359

5. Сапронов 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.

6. Rolt K.D. History of flextensional electroacoustic transducers // J. Acoust. Soc. Am. 1990. V. 87, N3. P. 1340–1349.

7. 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.

8. 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: 10.1121/1.3177276

9. Степанюк 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).

10. Иванов М.П. Изучение коммуникации дельфина: методика, двигательные и акустические показатели // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2009. Т. 45, № 6. С. 575–582.

11. 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).

12. Иванов М.П., Дроган Е.В. Эксперимент по исследованию коммуникации китообразных // Учёные записки физ. факультета МГУ. 2014. № 5. C. 145351–1–145351–7.

13. Piantadosi C.A., Thalmann E.D. Pathology: Whales, Sonar and Decompression Sickness // Nature. 2004. V. 428, N6984. P. 575–576.

14. Herman L.M., Tavolga W.N. The communication systems of cetaceans / Cetacean behavior: Mechanisms and functions. New York: Wiley Interscience, 1980. P. 149–209.

15. 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.

16. 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.

17. Woolet R. Sonar Transducer Fundamentals. Newport — New London: Naval Underwater Systems Center, 1986. 102 р.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. Бритенков А.К., Боголюбов Б.Н., Смирнов C.А. Продольно-изгибный гидроакустический преобразователь. Патент RU2681268. Опубликовано 05.03.2019. Бюл. № 7.

24. 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.

25. 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.

26. Гительзон И.И., Левин Л.А., Утюшев Р.Н., Черепанов О.А., Чугунов Ю.В. Биолюминесценция в океане. С.- Петербург: Гидрометеоиздат, 1992. 283 с.

27. 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.

28. 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)

29. 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.

30. 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.

31. 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.

32. 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/AOO20180405

33. 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: 10.33075/2220–5861–2019–2–100–106

34. 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.