倾听海洋的声音

  冷战结束后,美国海军允许民用科学家使用SOSUS 做基础研究,并允许他们获得在别处无法得到的信息。科学家现在可以应用水下声学了解更多有关漆黑的海底深处的地理和生物的事情。1990年太平洋海洋环境实验室的克里斯托佛·弗克斯(Christopher Fox)和他的同事们是将SOSUS的应用从军事方面演变为民用-军事两用的第一批人员的一部分。从1991年起,从事热液通风系统(VENTS)研究的Fox小组,就一直在用SOSUS的准确测定海底火山爆发的位置。这使科学家对沿着中海脊—— 象山一样隆起的地方,在那里洋底实际上正被从地壳下面推起的溶岩不断塑造着——发生的事件有更清楚的了解。(关于海底扩张的信息,参见《超越发现》中名为“永不停歇的星球:海底扩张和板块构造”的文章。)

  当Fox和他的同事倾听海底火山喷发记录时,他们也听到了其它的水下声音——包括须鲸的声音。康奈尔大学的生物学家克里斯托佛·克拉克(Christopher Clark )在1992年首次参观了SOSUS研究所时,也意识到了SOSUS可以用来听鲸的声音。当克拉克(Clark)看到每天24小时的声音图解表示时,他看出了蓝鲸、长须鲸、小鲳鲸,驼背鲸、的声音摸式,他还能听到声音。他用一个SOSUS接收器在西印度群岛听到了1770千米(1,100海里)以外的鲸。

  鲸是地球上最大的生物,例如蓝鲳鲸,可达100英尺长,几吨重,但是这种动物也是令人极困惑的。想直接观察蓝鲳鲸的科学家必须在船上等着鲸到海面,用这种杂乱的方式简短时期地跟踪过几只鲸,但是没有长距离追踪过,关于它们的许多事仍然是未知的。用SOSUS,科学家们可对鲸进行实时追踪,并在地图上将它们定位。不仅如此,他们可以一次追踪不止一条鲸鱼,而是许多同时穿过北大西洋和北太平洋东部的鲸鱼,他们还可以学会分辨出鲸的叫声。例如,FOX和他的同事已探测到长须鲸在不同季节里的叫声变化,并发现了蓝鲳鲸在太平洋的不同地区叫声也不同 。

  声速随着水接近温跃层时的温度下降而减慢。在温跃层下,温度是不变的,但是压力的增加引起声速增加(左)。因为声波向速度最小的区域转向或折射,温度或压力的变化引起声波在称为深层声音通道(又叫声音固定和延伸渠道)的地区内前后跳动,在这条通道里,声音以最小的信号损失传播很长距离。

  鲸最引人兴趣的神奇之处之一在于它们穿越这么远的距离时是怎样识路的。克里斯托佛·克拉克(Christopher Clark )对鲸是否象海豚和蝙蝠那样回波定位很感兴趣,然而鲸不是从几码外的物体上反射声音,而是向几百海里外的地质结构发出它们咻咻的声音。鲸用它们自己的声音获知方位的理论早已经存在一段时间,现在来自SOSUS跟踪的数据给Clark提供了令人信服的支持这一理论的间接证据。当他把SOSUS制作的一条鲸的踪迹叠加在一幅海底地图上时,看起来鲸好象正在从一座海底山越过障碍到另一座山,这些海山之间有几百海里远。他用其它鲸作了同样的匹配,得到了相同的结果。Clark假定鲸不仅用声音交流,还用它导航,也就是说,它们用声音绘制海图并在其中找到路径。