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Erde|Umwelt

Walgesänge per Glasfaserkabel belauscht

Buckelwale
Buckelwale im Ozean. © lindsay_imagery/ iStock

Wollten Forscher bisher Walgesänge aufnehmen, waren sie auf einzelne Unterwassermikrophone angewiesen. Eine innovative Technik ermöglicht es nun, die Laute der riesigen Meeressäuger in wesentlich größerem Umfang zu detektieren: mit Hilfe der bereits am Meeresboden verlegten Glasfaserkabel. Die Kabel reagieren so empfindlich auf winzigste Erschütterungen, dass sich selbst die von Walen ausgesandten Schallwellen im Signal niederschlagen. Bei einem Versuch im Arktischen Ozean gelang es Forschern, Wale mit Hilfe dieser Daten auf wenige Meter genau zu lokalisieren.

Trotz ihrer Größe sind Wale in den Weiten der Ozeane oft nur schwer aufzuspüren. Lokale Sichtungen und Satellitenaufnahmen von auftauchenden Walen erlauben Forschern zwar Rückschlüsse auf das Vorkommen und die Wanderungen der riesigen Meeressäuger, liefern aber nur ein unvollständiges Bild. Auch Unterwassermikrophone, sogenannte Hydrophone, die Walgesänge aufzeichnen, decken jeweils nur einen kleinen Bereich ab. Gerade angesichts der sich verändernden Aktivitäten von Walen und Menschen im Zuge des Klimawandels ist es für Forscher wichtig, genauere Daten über die Aufenthaltsorte von Walpopulationen zu bekommen, um die Tiere wirksamer schützen zu können.

„Satelliten“ im Ozean

Ein Team um Léa Bouffaut von der Norwegischen Universität für Wissenschaft und Technologie in Trondheim hat nun erfolgreich einen neuen Ansatz getestet, der es ermöglichen könnte, Wale anhand ihrer Gesänge in großen Bereichen der Ozeane aufzuspüren und womöglich sogar in Echtzeit zu überwachen. Dazu nutzten die Forscher bereits bestehende am Meeresgrund verlegte Glasfaserkabel und zapften diese mit einer Technik namens Distributed Acoustic Sensing (DAS) an. Die DAS-Technik ermöglicht, mit Hilfe eines Abfragegeräts Lichtpulse durch ungenutzte Fasern der Glasfaserkabel zu schicken und deren Laufzeit auszuwerten. Erschütterungen des Kabels beeinflussen die Laufzeit der Signale. Daher wird das System bereits heute zur Erdbebenerkennung eingesetzt.

Bouffaut und ihr Team fokussierten sich auf viel schwächere Erschütterungen: Jene, die die Schallwellen der Walrufe verursachen. „Ich glaube, dass dies das Feld der marinen Bioakustik verändern kann“, sagt Léa Bouffaut. „Der Einsatz von Hydrophonen ist extrem teuer. Aber Glasfaserkabel liegen überall auf der Welt und sind leicht zugänglich. Aus meiner Sicht könnte dieses System so etwas wie Satelliten im Ozean werden.“

Neue Art von Daten

Durchgeführt wurden die Forschungen im Svalbard-Archipel in Norwegen. In diesem Teil des Arktischen Ozeans sind Bartenwale wie Blauwale im Sommer auf Nahrungssuche. 44 Tage lang zeichneten die Forscher die Signale aus den dort verlegten Glasfaserkabeln auf und erhielten dabei eine riesige Datenmenge von rund sieben Terabyte am Tag. „Wenn sich irgendetwas in der Nähe dieser im Meeresboden vergrabenen Faser bewegte oder ein Geräusch verursachte, konnten wir das messen“, berichtet Bouffauts Kollege Martin Landrø. „Wir haben also eine Menge Schiffsverkehr gesehen, natürlich auch viele Erdbeben, und wir konnten selbst weit entfernte Stürme erkennen. Und zu guter Letzt: Wale. Insgesamt haben wir mindestens 830 Walrufe registriert.“

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Eine Herausforderung war zunächst, die Signale richtig zu deuten. „Wir suchten nach Signalen, ohne genau zu wissen, was wir erwarten können“, erklärt Bouffaut. „Es handelt sich um eine neue Technologie und eine neue Art von Daten, die bisher noch niemand für die Suche nach Walen verwendet hat.“ Anhand der Analysen von Frequenz, Muster und Wiederholungen gelang es ihnen jedoch, die Walgesänge eindeutig in den Daten ausfindig zu machen. Mit diesem Wissen ist es in Zukunft möglich, Modelle für maschinelles Lernen zu trainieren und so die Datenanalyse zu vereinfachen und zu automatisieren.

Beitrag zum Schutz der Wale

„Mit diesem System haben wir die Möglichkeit, ein großes Gebiet für die Überwachung abzudecken“, sagt Bouffauts Kollegin Hannah Joy Kriesell. „Und da wir den Schall aus mehreren Winkeln empfangen, können wir sogar die Position des Tieres bestimmen. Wenn wir es noch weiter ausbauen, was noch einige zusätzliche Arbeit erfordert, könnte dies in Echtzeit geschehen, was für die akustische Überwachung von Walen wirklich ein großer Fortschritt wäre.“ Denkbar wäre beispielsweise, die Informationen über die Positionen von Walen in Echtzeit an Schiffe zu übermitteln, und so Kollisionen mit Walen zu vermeiden. Gerade wenn der Schiffsverkehr in der Arktis mit dem Abschmelzen des Eisschildes zunimmt, könnte dies von großer Bedeutung für den Schutz der Wale sein.

Quelle: Léa Bouffaut (Norwegian University of Science and Technology (NTNU), Trondheim) et al., Frontiers in Marine Science, doi: 10.3389/fmars.2022.901348

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