Los efectos de la contaminación acústica en cétaceos y las estrategias para su control

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Introducción

En los últimos años, la contaminación acústica ha sido reconocida como la mayor amenaza para los cetáceos. Chile tiene una costa de 6400 kilómetros de Océano Pacífico, una de las veinte costas nacionales más largas del mundo. Contiene 51 especies de mamíferos marinos, 36% de la diversidad mundial, incluyendo especímenes de tres grupos: ballenas, nutrias y pinnípedos (focas y lobos marinos).

Según Jason Gedamke, biólogo marino de la NOAA (Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, Departamento de Comercio de los Estados Unidos), “ser capaz de producir y detectar el sonido es de vital importancia para muchas especies marinas, por lo que los cambios en el ruido de fondo natural pueden tener más impacto en la salud de los ecosistemas de lo que se pensaba anteriormente”.

El océano es naturalmente ruidoso con sonidos de origen físico (viento, olas, lluvia, hielo) y fuentes biológicas (ballenas, delfines, peces, mariscos, etc.). La contribución humana al ruido submarino ha aumentado rápidamente en el siglo pasado. Esto es una señal de preocupación para la comunidad científica, que ha visto una tendencia en aumento de más de 3 dB por década desde la segunda mitad del siglo XX a la fecha, lo que se atribuye a la navegación comercial.

Muchos animales marinos han evolucionado de forma que dependen principalmente en su sistema auditivo para la orientación, la comunicación, el forrajeo y la detección de su entorno. El ruido bajo el agua puede interferir con todas estas funciones en un individuo o incluso a un nivel de población. Los efectos del ruido y los rangos en los que se produce dependen de las características del ruido acústico (nivel, distribución espectral, duración, ciclo de funcionamiento, etc.), del entorno de propagación del sonido y de las características del receptor acústico (el animal).

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Fuentes de ruido

Ruido de fuentes naturales

El ruido ambiental en el entorno subacuático se conforma de varias componentes, entre los cuales están las fluctuaciones turbulentas de la presión, el ruido dependiente del viento de la agitación superficial, el tráfico oceánico, la vida marina y las actividades sísmicas, por nombrar algunas.

Cada uno de estos componentes presenta una amplia gama de espectro de frecuencia. El sonido de las ondas o del viento varía de 100 Hz a 50 kHz. La contribución de las actividades sísmicas o volcánicas está por debajo de los 100 Hz. El ruido de la lluvia, nieve o granizo está en el rango de 100 a 500 Hz, y puede aumentar los niveles hasta 35 dB. En algunos casos, el hielo puede disminuir el ruido ambiente en el rango de 10 a 20 dB.

En general, las emisiones de ruido de fuentes naturales son de corta duración, repetitivas e incluyen una gran variedad de tipos de sonido (gritos, gemidos, gruñidos, chirridos, silbidos, entre otros).

Existen tres tipos de mamíferos marinos: Cetáceos, Sirenios y Carnívoros. Entre los cetáceos se encuentran dos grupos, los odontocetos y los misticetos. Los odontocetos se comunican en frecuencias de 1 a 20 kHz con niveles de 100 a 180 dB, y muchos de ellos utilizan la ecolocalización, que opera entre los 20 y los150 kHz con un nivel que puede alcanzar más de 210 dB. Los misticetos son aparentemente sensibles entre 12 Hz a 8 kHz, y no tienen un sistema de ecolocalización. Ambos grupo se desplazan entre aguas profundas y las cercanías de la costa. En Chile es posible encontrar muchas especies de misticetos y odontocetos, entre las que cabe mencionar Tonina Overa (Cephalorhynchus commersonii), Delfín Chileno (Cephalorhynchus eutropia), Delfin austral (Lagenorhynchus australis), Delfín cruzado (Lagenorhynchus cruciger), Delfín de Fitzroy (Lagenorhynchus obscurus), Marsopa negra (Phocoena spinipinnis) entre otros.

Otras fuentes biológicas subacuáticas son los peces e invertebrados. Los tiburones son en general silenciosos, pero responden al sonido de las presas, sin embargo, el comportamiento acústico de la mayoría de las especies de peces es desconocido, la mayor contribución estudiada es la de los coros de peces, que pueden aumentar hasta 20 dB los niveles de ruido ambiente entre los 50 Hz y los 50 kHz.

Fuentes antropogénicas

A continuación se muestran las fuentes de ruido generadas por el hombre más importante en el ámbito submarino.

GNL-BARCO-540x350Navegación comercial

La mayor contribución de energía acústica en baja frecuencia (5 a 5.000 Hz), a nivel mundial, proviene de esta fuente. El ruido de embarcaciones es generado principalmente por la acción de la hélice, el motor de propulsión y el caudal de agua bajo el cuerpo del barco. El ruido de hélice se asocia al efecto de cavitación, que consiste en la generación de cavidades de vapor en forma de burbujas, producto de movimientos que disminuyen la presión del líquido. El ruido de cavitación, que tiene componentes de banda ancha y componentes tonales, concentra el 80-85% de la energía acústica que genera una embarcación.

Sonar

Los sistemas de sonar son utilizados para la exploración del océano, buscando información de objetos dentro de la columna de agua, en el fondo del mar o en el sedimento. Para ello, el método del sistema sonar crea energía acústica y luego capta la energía sonora reflejada y/o dispersa. Estos sistemas son clasificados como de baja frecuencia (bajo 20 kHz) y son utilizados en aplicaciones militares, comerciales y civiles.

El sonar militar es utilizado para la detección, localización y clasificación de blancos. En comparación con al sonar comercial, esta aplicación implica un rango de frecuencia más amplio y mayores niveles de emisión de la fuente. Dentro de ellos se distingue el sonar activo de baja frecuencia, utilizado para vigilancia, sonares tácticos de media frecuencia, empleado para la detección de submarinos, y el sonar de alta frecuencia, comúnmente incorporado en armas (por ejemplo, torpedos) o en sistemas de defensa.

Los sistemas de sonar comerciales son empleados para para encontrar sectores para la pesca, sondear a gran profundidad y hacer perfiles de la columna de agua. Los dispositivos utilizados para búsqueda de pesca trabajan en torno a 12 kHz con niveles de fuente de 125-133 dB (re 1μPa)

Las aplicaciones “civiles” de sonar son diversas, entre las cuales se destaca su uso para investigación. Las principales aplicaciones de este tipo corresponden a medición de aguas profundas, cartografiado de fondos marinos y capas sedimentarias y localización de bancos de peces u otros objetos. Generalmente emplean señales de media frecuencia (>12kHz) dependiendo del objeto a localizar y de la profundidad.

Exploración sísmica

La realización de estudios sísmicos en el medio marino generalmente tiene como objetivo analizar la composición de los fondos marinos, además de ser la principal técnica para la localización de reservas de petróleo y gas natural. También se utilizan para recoger información sobre el origen del planeta y el movimiento de las placas de la corteza terrestre.

Las fuentes utilizadas en estudios geofísicos se caracterizan por generar altos niveles de presión acústica, de baja frecuencia y corta duración. Las fuentes más utilizadas son cañones de aire (Air – Guns), Sleeve Exploders y cañones de gas (Gas – Guns) y Vibroseis, siendo los más frecuentes en la actualidad los cañones de gas. Estos dispositivos generan pulsos cada 10 – 15 segundos e implican mayores niveles de fuente en comparación a los otros métodos, pudiendo alcanzar niveles en torno a 250 dB ref 1 µPa @ 1 m.

Exploración y producción de gas

Las actividades de producción de gas y petróleo generan ruido subacuático de baja frecuencia, el cual se asocia principalmente a las actividades de perforación.

Las embarcaciones más utilizadas para su desarrollo son las comúnmente llamadas “jack-up rigs” (torres o plataformas auto elevables). El ruido está producido principalmente por la maquinaria de perforación, y por las hélices y propulsores utilizados para mantener la posición de la embarcación. 

Las actividades asociadas a la industria de exploración de petróleo han constituido, históricamente, la mayor fuente de actividad acústica de aguas superficiales (profundidad menor a 200 m). En los últimos años estas actividades se están desplazando a aguas profundas (hasta 3000 m). La perforación y producción de gas en aguas profundas tienen el potencial para generar mayores niveles de ruido que la producción en agua superficial, debido al tipo de nave y maquinaria de perforación empleada, y a las plataformas de producción flotantes. Además, el ruido generado en aguas profundas puede asociarse fácilmente a un canal profundo, donde el sonido se propaga largas distancias.

Actividades industriales y de construcción

Dragado

Estas faenas se suelen llevar a cabo en aguas costeras, para conseguir más profundidad en canales y/o puertos, extender terreno hacia el mar o extraer recursos marinos. En cuanto a las fuentes de ruido principales se encuentran dos tipos, el propio barco dragador y la maquinaria empleada para la excavación y movimiento de material. Los niveles de fuente registrados van desde 160 a 180 dB re 1 μPa @ 1 m, entre 50 y 500 Hz.

exploracion gasPerforación

Estas actividades son comúnmente desarrolladas en obras de construcción de infraestructura marítima. En menor medida, la perforación se utiliza en la exploración de gas y petróleo.

La emisión generada por esta fuente se conoce como un ruido de nivel moderado, continuo y omnidireccional en bajas frecuencias. Los niveles de fuente registrados se encuentran dentro del rango 145-190 dB re: 1 μPa @ 1m.

Si bien estas emisiones no tienen la capacidad de generar daño en mamíferos marinos, se considera que sí tienen el potencial para generar molestias leves relacionadas con el enmascaramiento y alteraciones de comportamiento.

Hincado de pilotes

Estas actividades se relacionan principalmente con obras de construcción desarrolladas en sectores costeros. El ruido generado por el hincado de pilotes se manifiesta como pulsos de baja frecuencia, pudiendo llegar hasta los 20 kHz, generalmente con un alto nivel de presión acústica. Si bien la magnitud de las emisiones depende de factores como la tecnología empleada y el tipo de sustrato, el nivel de fuente puede superar los 220 dB re: 1 μPa y, en ocasiones, los múltiples pulsos pueden ser percibidos por sobre el ruido de fondo (>120 dB re: 1 μPa) a más de 10 km del sitio de operación. Además, la construcción de infraestructura marítima puede tomar, en algunos casos, varios meses de duración, de manera estas faenas tienen el potencial suficiente para generar daño auditivo permanente o temporal en zonas cercanas a la fuente, y alteraciones en el comportamiento de mamíferos marinos en zonas lejanas ubicadas a kilómetros de distancia.

Tronaduras

El ruido generado por tronaduras corresponde a pulsos de baja frecuencia, los cuales pueden ser percibidos por una diversa cantidad de especies mamíferas, dada la magnitud del nivel de presión acústica generado. Esta actividad está considerada como una de las de mayor potencial dentro de las fuentes de ruido antropogénicas. Si bien la duración y el alcance del impulso sonoro bajo el agua depende de las características de cada proyecto, siendo importante la ubicación de la explosión y la masa de cargas explosivas, entre otros, los niveles de presión acústica generado habitualmente entre 250-300 dB re: 1 μPa. Esto demuestra que las tronaduras submarinas tienen el potencial suficiente para provocar daños físicos o, incluso, la muerte de mamíferos marinos. Por lo demás, pequeñas detonaciones se pueden percibir a cientos de kilómetros de distancia cuando se propagan a través del canal sonoro. Por ejemplo: cargas de 100 kg detonadas en el canal sonoro profundo en Australia han sido detectadas en las Islas Bermudas.

Estrategias para el control del ruido submarino

Existen diversos organismos a nivel internacional que están tomando medidas para controlar y minimizar el ruido antropogénico submarino.

Por ejemplo, está la Directiva Marco sobre la Estrategia Marina (MSFD), una iniciativa Europea que considera factores “estresantes” antrópicos y sus posibles efectos acumulativos. El objetivo es alcanzar y mantener un “buen estado ecológico” para el año 2020, medido por 11 descriptores, el décimo primero de los cuales se refiere al ruido submarino. Se señala que “la introducción de energía, incluido el ruido subacuático, debe ser a niveles que no afecten negativamente al medio ambiente marino”.

Por otro, lado la Comisión de Helsinki (HELCOM) tiene por objeto proteger el medio ambiente marino del Mar Báltico de todas las fuentes de contaminación a través de la cooperación intergubernamental, considerando Dinamarca, Estonia, Finlandia, Alemania, Letonia, Lituania, Polonia, Rusia, Suecia y la Comunidad Europea. Como parte de una herramienta de planificación basada en SIG se han elaborado mapas de paisaje sonoro que muestran inicialmente el ruido submarino generado por los buques comerciales y permiten el modelamiento de las huellas de ruido de las operaciones intermitentes (por ejemplo, la instalación de pilotes y explosiones submarinas). Las normas se desarrollarán para sensores de hardware y datos, así como para el procesamiento y grabación de datos.

OSPAR guía a la cooperación internacional para la protección del medio marino del Atlántico Noreste. La Comisión OSPAR incluye 15 países europeos y la Comisión Europea, en representación de la Unión Europea. Trabaja con otras organizaciones internacionales (por ejemplo, el Acuerdo sobre la conservación de los pequeños cetáceos del Mar Báltico y el Mar del Norte, ASCOBANS) para investigar los problemas relacionados con el ruido subacuático y determinar las acciones futuras para hacer frente a ruido submarino.

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Ilustración 1: Niveles y frecuencias de las fuentes de sonido antrópica y de origen natural en el medio ambiente marino. Nivel de ruido Espectral versus la frecuencia medida en Hertz.

La Comisión ha revisado los efectos potenciales del ruido submarino hecho por el hombre sobre la vida marina y concluyó que no había suficiente información científica para evaluar la eficacia e idoneidad de las medidas actuales para la protección de la vida marina, y pidió más investigación sobre la audición de los animales, comportamiento y distribución, así como las características del ruido generado por el hombre, la distribución y la mitigación. Se observó una falta de estandarización de las evaluaciones de impacto ambiental. OSPAR debería aumentar los esfuerzos para desarrollar, revisar y aplicar medidas de mitigación para reducir los efectos del ruido submarino y desarrollar orientación sobre las mejores prácticas ambientales  y las mejores técnicas disponibles  para mitigar las emisiones de ruido y sus impactos ambientales.

El Acuerdo sobre la conservación de los pequeños cetáceos del Mar Báltico y el Mar del Norte (ASCOBANS) fue firmado por ocho países que bordean el Mar Báltico y el Mar del Norte y se centró en las tasas de captura incidental, el deterioro del hábitat y las alteraciones antropogénicas de los pequeños cetáceos. Se les pide a los operadores de estudios sísmicos que lleven a cabo el trabajo fuera de la presencia de mamíferos marinos, y reducir los niveles de ruido tanto como sea posible, que controlen la presencia de mamíferos marinos, y que aseguren que no haya mamíferos marinos dentro de las zonas de exclusión de corto alcance cuando comiencen las operaciones. En lo que respecta a la hinca de pilotes, a los operadores se les pide, además, emplear medidas técnicas de absorción de sonido, y emplear medidas para alertar a los mamíferos marinos del inicio de la hinca de pilotes (por ejemplo, dispositivos de disuasión acústica).

Por otro lado, los países miembros de la Convención Internacional sobre Especies Migratorias que son 116, en el borrador de la resolución sobre el impacto del ruido marino/océano antrópico adverso sobre los cetáceos y otra biota insta a las partes a: Realizar evaluaciones ambientales de ruido submarino, adoptar medidas de mitigación y desarrollar directrices monitoreando del ruido ambiental, el estudio de las fuentes de ruido, la compilación de una base de datos de ruido característico de referencia, la caracterización de la propagación del sonido, el estudio de los impactos bio acústicos, e investigar los beneficios de las áreas de protección acústica

El Joint Nature Conservation Committee (JNCC) del Reino Unido dio a conocer un protocolo de hincado de pilotes para minimizar el riesgo de lesiones a los mamíferos marinos, y directrices similares para estudios sísmicos.

El Gobierno Federal de Alemania requiere una zona de exclusión de 750 m de la hinca de pilotes para los mamíferos marinos. El operador deberá utilizar todas las medidas necesarias para mantener el nivel recibido a 750 m por debajo de un valor de exposición al ruido de 160 dB re 1 μPa y por debajo de un valor de presión acústica de pico a pico de 190 dB re 1 μPa. Estos niveles se basan en mediciones de TTS en una marsopa común después de la exposición a las señales impulsivas, los cuales se redondearon a la baja para tener en cuenta los efectos acumulativos y la variabilidad intraespecie. Mientras que esta zona de exclusión está diseñada para evitar TTS, efectos en el comportamiento son probables. Se consideran restricciones temporales y espaciales, además, en hábitats críticos durante las temporadas de gran abundancia de animales.

La Ley de Protección de Mamíferos Marinos (MMPA) de EUA protege específicamente a los mamíferos marinos del ruido antrópico. Es administrado por el Servicio Nacional de Pesquerías Marinas (NMFS) y el Servicio de Vida Silvestre y Peces. Este último tiene jurisdicción sobre especies como los manatíes, osos polares, morsas y nutrias de mar. El NMFS ha tomado el papel más activo en cuestiones relacionadas con el ruido subacuático.

Conclusiones

Es importante que se incluyan estudios en los proyectos que influyen en el ambiente submarino, como construcción de muelles, dragado, ampliación de puertos y otros. Esto a modo de analizar la potencial afectación de la fauna marina, sobretodo de las especies que componen la biodiversidad marina de nuestro país. Control Acústico ha desarrollado estudios para numerosos proyectos donde se requieren medidas de control para la protección de la fauna marina tanto en el país como en el exterior, entregando las medidas necesarias para el adecuado manejo de esta variable de gran importancia.

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