Cáp quang dưới biển có thể được sử dụng để ghi âm lại tiếng cá voi và xem chúng đang làm gì

Trong những năm qua, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một loạt các kỹ thuật để nghiên cứu nơi ở của cá voi trong đại dương, bao gồm khảo sát trên không, quan sát trực tiếp và thủy âm. Giờ đây, lần đầu tiên họ có thể nghe thụ động "những lời nói" của cá voi (về cơ bản là nghe trộm) bằng cách sử dụng cáp quang hiện có dưới biển.

Với hệ thống này, được gọi là mảng hydrophone, có cơ hội bao phủ một khu vực lớn hơn nhiều để giám sát. Và âm thanh được tiếp nhận ở nhiều góc độ, người ta thậm chí có thể nói con vật đã ở đâu và vị trí của con vật, đó là một lợi thế lớn.

Về cơ bản, một sợi cáp quang sẽ mang ánh sáng. Cáp quang là thứ cung cấp cho bạn internet tốc độ cao (nếu bạn đủ may mắn có internet tốc độ cao) và các nhà nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra rằng bạn cũng có thể biến những sợi cáp này thành cảm biến địa chấn.

Khi cáp chịu sóng âm (như trong động đất), sự truyền ánh sáng sẽ bị ảnh hưởng và điều này có thể được phát hiện bằng thiết bị chuyên dụng. Vì vậy một nhóm các nhà nghiên cứu đã nghĩ tại sao không thử và cũng sử dụng phương pháp này để phát hiện âm thanh dưới nước - chẳng hạn như âm thanh do cá voi tạo ra.

Kỹ thuật này được gọi là Cảm biến âm thanh phân tán (DAS), sử dụng một công cụ gọi là bộ dò tín hiệu để chạm vào hệ thống cáp quang, biến các sợi không sử dụng trong cáp thành hydrophone. Nghiên cứu được thực hiện tại quần đảo Svalbard ở Bắc Băng Dương, nơi cá voi tấm sừng hàm, cá voi xanh và những loài khác kiếm ăn trong mùa hè.

Leá Bouffaut, nhà nghiên cứu tại Trung tâm Âm học sinh học tại Đại học Cornell và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: “Âm thanh truyền đi trong đại dương nhanh hơn 5 lần so với trong không khí”.

DAS cho phép các nhà khoa học phát hiện giọng nói của cá voi và sử dụng mạng cáp quang của chúng để tìm vị trí của cá voi trong cả thời gian và không gian, với độ phân giải không gian đặc biệt.

Trong khi phần lớn các loài cá voi đã phục hồi sau hoạt động cấm săn bắt thì nhiều loài cá voi vẫn đang bị đe dọa hoặc có nguy cơ tuyệt chủng nghiêm trọng. Chúng là đối tượng của ngày càng nhiều các tác nhân gây căng thẳng do các hoạt động của con người, từ các vụ va chạm của tàu thuyền đến ô nhiễm tiếng ồn. Ngoài ra, sự thay đổi chu trình nước và dinh dưỡng do ô nhiễm hóa chất và nhựa đang là một vấn đề ngày càng gia tăng.

Các nhà nghiên cứu chủ yếu dựa vào giám sát âm thanh thụ động như một cách đáng tin cậy để nghiên cứu cá voi, từ các nền tảng đa giác quan đến các máy ghi lưu trữ tự động cố định.

Tuy nhiên, công việc này diễn ra một cách rất tốn do đó hầu hết các máy ghi âm đều có mật độ rất thưa thớt và không đồng đều. Do đó, nghiên cứu này có thể mang lại một phương pháp hiệu quả hơn và ít tốn kém hơn.

Công nghệ DAS về cơ bản sẽ hoạt động như một chiếc hydrophone, nhưng nó có thể bao phủ một khu vực giám sát lớn hơn nhiều so với các phương pháp khác. Các nhà nghiên cứu có thể sử dụng nó không chỉ để phát hiện giọng nói của cá voi mà còn để xác định vị trí của cá voi trong cả không gian và thời gian, Bouffaut lập luận.

"Triển khai hydrophone trên thực tế, sẽ rất tốn kém, nhưng hiện nay, mạng lưới cáp quang dưới biển đã vô dùng dày đặc và việc sử dụng cáp quang như hydrophone sẽ giúp chúng ta giảm được rất nhiều chi phí", cô nói. "Điều này có thể giống như cách mà vệ tinh bao phủ Trái Đất, cho phép các nhà khoa học từ nhiều lĩnh vực khác nhau thực hiện nhiều loại nghiên cứu khác nhau về Trái Đất. Đối với tôi, hệ thống này có thể trở thành những vệ tinh trong đại dương".

Các nhà nghiên cứu hiện đã làm việc với Cơ quan Nghiên cứu của Na Uy (Sikt), cơ quan đã cho phép truy cập hơn 250km cáp quang ở Svalbard, giữa thị trấn chính của quần đảo và một khu định cư nghiên cứu. Toàn bộ cáp đi từ vịnh hẹp có mái che (Isfjorden) và ra biển khơi, nơi 120 km được sử dụng làm mảng thủy lực.

Để thực hiện nghiên cứu, hai thành viên của nhóm nghiên cứu đã đến quần đảo này vào tháng 6 năm 2020 khi bắt đầu đại dịch Covid-19. Họ hợp tác với công ty Alcatel Submarine Networks Na Uy, công ty cung cấp máy thẩm vấn - công cụ cho phép các nhà nghiên cứu khai thác dữ liệu từ cáp quang Sikt.

Sau khi xem xét hơn 250 terabyte dữ liệu, các nhà nghiên cứu đã xác định các "cuộc gọi" rập khuôn đối với cá voi xanh Bắc Đại Tây Dương bên ngoài Isfjorden. Và thường là tiếng mà con đực và con cái gọi nhau.

Các nhà nghiên cứu kết luận rằng cần phải nghiên cứu thêm để xem công nghệ này có thể được sử dụng như thế nào để nghiên cứu và bảo tồn cá voi, bởi đây là một phương pháp sáng tạo với rất nhiều tiềm năng.

"Hy vọng của tôi là phát triển hơn nữa công nghệ này và cung cấp nó cho tất cả những người tham gia bảo tồn biển", Bouffaut nói. "Công nghệ này có thể làm cho tương lai của nhiều loài cá voi trở nên tươi sáng hơn".

Cập nhật: 26/07/2022 Tổ Quốc