

1906年,刘易斯·尼克松发明了第一个声纳式监听装置来探测冰山。多年后,声纳(Sound Navigation and Ranging,简称SONAR)因其探测潜艇的能力而成为海军军事战争中的主要武器。由于海底拥有重要的石油和通信线路,潜艇是评估和保护威胁所必需的监视实践的关键。然而,潜艇有很多独特的挑战,包括导航。
由于如此多的海床仍未被绘制出来,声纳技术被用来探测水下的地质结构。声纳对人们在海洋中找到路、搜索物体、确保在威胁造成任何伤害之前被发现至关重要。然而,人类并不是唯一利用声波来感知周围环境的物种。许多动物依靠回声定位或生物声纳生存,特别是在海洋中。这就是为什么军方使用声纳对我们在水下的朋友来说是可怕的。

根据美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的说法,有两种类型的声纳:主动和被动。当涉及到被动声纳时,它的系统可以探测到水中典型的大声声音。然而,如果没有额外的听力设备,它就无法测量物体的距离,这些设备可以用来三角测量声音的位置。虽然它在寻找潜艇时很有用,但在预测距离时就不那么有效了。
另外,主动声纳的工作原理类似于黑暗洞穴中的蝙蝠。主动声纳利用能量脉冲来确定物体的距离,这是基于声音反射回来所需的时间。尽管这会增加被其他潜艇定位的风险,但美国舰队部队司令部声称,这仍然是舰队定位水下物体的最有效方法。
不幸的是,这对海洋动物来说并不是什么好兆头,它们也依靠声音来找路。除此之外,海洋动物还受到水中其他人工噪音污染的影响。2019年,《纽约时报》声称,不断增加的船舶流量、声纳的使用和常规的地震气枪爆炸使海洋动物处于危险之中。下面我们来看看这是如何发生的,以及为什么会发生。

《自然》杂志的一项研究援引英国军方一份未发表的报告称,在2008年的海上演习中,海洋动物被证实会停止发声和觅食。从那以后,越来越多的证据表明这种军事创新会产生意想不到的后果。
并非所有的主动声纳信号都是一样的。输出功率将根据系统的目标而变化,例如探测浅水中的物体或用于军事用途。根据澳大利亚政府的气候变化、能源、环境和水利部,军用雷达分为1000赫兹以下的低频信号、1000 ~ 1万赫兹的中频信号、3万~ 50万赫兹的高频信号。
对于高频主动声呐,发出的声音短而快,通常被称为“ping”。虽然这些脉冲不会持续很长时间,但由于它们的强度,它们仍然可能是危险的。2009年,《科学美国人》杂志称,这些ping信号发出的声波可以传播数百英里,并在距离震源300英里的地方保持140分贝的强度。
美国国家资源保护委员会(NRDC)声称,声纳会造成声波或脉冲创伤,从而导致毁灭性的生理影响。为了躲避声纳,一些鲸鱼被捕捉时迅速改变深度,导致内出血和肺组织破裂。除此之外,一些受到惊吓的动物还会逃离自然觅食或繁殖地。众所周知,鲸鱼会靠在海滩上躲避声音。

2015年,美国地方法院裁定,在南加州和夏威夷海岸举行的海军军事演习违反了保护鲸鱼和海豚的法律。以进食、通讯和交配中断为例,军方的五年计划将包括高强度声纳演习和水下爆炸。在与国家海洋渔业局(NMFS)发生争执后,美国海军开始限制声纳测试,NMFS是负责保护该国海洋动物的机构。
三年后,美国国防部发布了一份关于大西洋舰队训练和测试的文件,详细介绍了海军为避免伤害海洋动物而采取的现有缓解措施。在这些措施中,美国海军引用了设立瞭望台和建立海底资源缓解区,如浅层珊瑚礁、人工珊瑚礁和活硬底。此外,它还讨论了规则,比如当观察到海洋哺乳动物或海龟时停止活动,并在一年中的特定时间避开重要区域。
不幸的是,在发明一种更好的导航技术之前,声纳将继续成为每个海军军事武器库的一部分。然而,随着立法和对海底的更好了解,军事单位可以更好地避开声纳技术可能造成最大损害的区域。随着时间的推移,我们可以希望技术的进步将使在水中航行的更好(和更安静)的方式成为可能。