Hopp til hovedteksten
Figure1-GOSARS372.gif
Utskriftsvennlig versjon

Når små endringer gir store utslag

Akustiske kartlegginger av krill, fisk og andre marine organismer krever en fundamental forståelse av hvordan lyd forplantes fra en svinger montert i bunnen av et fartøy og så blir reflektert tilbake fra en mål-organisme (krill) som lever i gitte dyp under overflaten. Intensiteten fra returekkoet gir målstyrken til et gitt individ ved en gitt lydfrekvens.

Over:
De to lydhastighetsrørene side ved side i et aluminiums-reservoar fylt med sjøvann. I en ende av røret er en svinger som sender ut lyd, og i den andre enden en svinger som mottar lyd. I midten av røret fins det et kammer hvor krillen kan bli plassert slik at de kommer i strålen for utsendt lyd. Normalt er et kammer holdt tomt for å fungere som en kontroll under eksperimentene. (Foto: Peter H. Wiebe)


Men hva bestemmer så målstyrken til et individ? Størrelse og orientering er to komponenter som er veldig viktige. Generelt er det slik at jo større dyret er, desto større er målstyrken. Utsendt lyd sendt mot bredsiden av en organisme vil produsere et større ekko enn en som er plassert med smalsiden til lydkilden. Likeså viktig som bestemmelsen av målstyrken til en organisme, er det som vi kaller de ”materielle egenskapene” til dyr under vann.

Disse inkluderer lydhastighetskontrasten (h), hastigheten av lyd gjennom kroppen til en organisme, relativt til lydhastigheten gjennom det omliggende sjøvann, og tetthetskontrasten (g) som gir differansen av dyrets tetthet og tettheten av det omliggende sjøvannet. Dersom dyrenes lydhastighets- og tetthetskontrast var like, ville det ikke være noe ekko, og dyrene dermed usynlige med bruk av ekkolodd. Mange fiskearter gir sterke akustiske mål, fordi de er store og vanligvis har høye verdier av lydhastighet og tetthetskontrast. Dyreplankton, inkludert krill, er derimot mindre og de materielle egenskapene av kroppene deres er mer lik de som finnes i selve sjøvannet. Dermed så har de fleste dyreplankton svake tilbakespredning av lyd, og for å kartlegge dem kreves høyoppløselige, presist kalibrerte ekkolodd som kan registrere veldig små akustiske mål.


Figure2-GOSARS_Launch372.gif
APOP med levende krill senket ned til 200 m dyp for måling av deres lydhastighets-kontrast som funksjon av økende dyp. Merk aluminiums-reservoaret innenfor rammen hvor lydhastighets kamrene er plassert i. (Foto: Peter H. Wiebe)

Kunnskap om de materielle egenskapene til dyreplankton er derimot mangelfulle og få, primært fordi det er vanskelig å utføre slike målinger på levende dyreplankton. På denne ekspedisjonen bruker vi et spesialdesignet instrument kalt ”Acoustic Properties of Plankton” (APOP). Denne inneholder to parallelle lydrør eller kammer med en svinger som sender ut lyd i den ene enden av røret, og en annen svinger som mottar lyden i den andre enden (Figur 1). Begge rørene har et sentralt kammer hvor organismene blir plassert og holdt i live gjennom den utførte eksperimentelle perioden. I løpet av et eksperiment blir tidsdifferansen målt for de akustiske bølgene eller lydene som passerer direkte fra svingeren som sender ut lyd til mottakeren med og uten levende organismer i den akustiske banen. Dersom lyd beveger seg hurtigere i organismen enn i vannet, vil tiden gjennom den akustiske banen bli kortere og motsatt. Forholdet mellom lydhastigheten i dyrene og sjøvannet kan utregnes ved å benytte forskjellene i lydhastighet mellom de to rørene. Hvert akustiske kammer inneholder to identiske bredbånds-svingere med en frekvens på om lag 500 kHz og en båndbredde på om lag 300 kHz. De to kamrene er montert rett ved siden av hverandre i en ramme innenfor et aluminiums reservoar omgitt av sjøvann. Lydhastighetskamrene og reservoaret er montert i en ramme av aluminiumsrør for utsetting langs skutesiden av profiler ned til 200 m dyp (Figur 2). En kabel (ca. 220 m) bestående av elektriske ledere kobler bredbånds-svingerne i dypet til databehandlings-systemet ombord G.O. Sars.


Figure3-GOSARS_Chu372.gif
Dezhang Chu tar opp lydhastighetsdata fra APOP i løpet av et eksperiment. (Foto: Peter H. Wiebe)

Standard prosedyre på dette toktet er å utføre noen innledende målinger på dekk, med begge lydkamrene tomme. Vanligvis blir 15 til 25 levende individer av antarktis krill, Euphausia superba, plassert inni et av lydhastighets-kamrene (Figur 3). Etter enda et sett av målinger på dekk med krill innkapslet i et kammer, blir systemet senket til 200 m dyp med 20 meters intervaller, og tilbake igjen til overflaten for å se hvilken effekt trykk (dyp) har på deres lydhastighetskontrast. Dyrene, som fremdeles er i live, tas vekk fra lydhastighets-kammeret og holdt i sjøvann for neste steg av prosedyren. Et volumestimat blir brukt for å estimere hvilken andel av APOP-volumet som var fylt med dyr, mens målingene av lydhastighetskontrast ble utført. Overflødig å si; alle disse målingene krever tid og tålmodighet for å bli skikkelig utført. Hva som virkelig forundrer oss er hvor hardføre disse krillene er. De forblir i live og er energetiske på tross av behandlingen de får og “turen” ned til dypet i en liten eksperimentell beholder. For det meste overlever de prosessen med tetthetsmålingene i laboratoriet, i tillegg til prosessen med å måle lengdene deres og volumet de utgjør i vann.


Figure4-GOSARS_372.gif
Peter Wiebe plasserer krill oppi et kar for veiing, forut for de første vektmålingene til å estimere tetthet og volum av krill.

Resultatatene så langt er foreløpige, men lydhastighet- og tetthetsdataene er rimelig konsistente. Verdiene er noe høyere enn de for krill samlet inn på sokkelen ved den vestlige Antarktishalvøya i 2002. Vi hadde en teori om at krill innsamlet om sommeren ville være i bedre kondisjon og muligens ha høyere tetthet og lydhastighet. Dataene ser ut til å støtte disse antagelsene (Figur 4).

 

 

Skrevet av

ChuANDWiebe100x100.gif

Peter H. Wiebe (til høyre), PhD i biologisk oseanografi fra Universitetet i California i 1968. Emeritus seniorforsker ved Woods Hole Oceanographic Institution med fokus på dynamikken av dyreplankton-bestander på Georges Bank og på levende krill langs kontinentalskråningen ved den vestlige Antarktishalvøya.

Dezhang Chu er veileder og forsker i fysikk ved National Marine Fisheries Service (NMFS), National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) i USA. Han mottok en PhD i geofysikk fra Universitetet i Wisconsin-Madison, USA i 1989, og har jobbet med fiskeriakustikk siden. Har forskningsfokus på akustisk spredning hos marine organismer.  

Les mer

om havområdet på temasidene om Antarktis.