Airguns - der untersch?tzte St?rfaktor

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Airguns in der Antarktis – Unterwasserl?rm in einem der letzten Refugien seltener Meeress?uger
Quelle: Sebastian French / Fotolia.com

Die Ozeane um die Antarktis geh?ren zu den wenigen Regionen der Welt, in denen wenig Unterwasserl?rm durch menschliche Aktivit?ten erzeugt wird. Eine UBA-Studie zeigt, dass schon der wissenschaftliche Einsatz von ?Airguns“ dieses Refugium im Umkreis von 2.000 km so beschallen kann, dass der natürlich verfügbare Kommunikationsraum von Blau- und Finnwalen bis auf 1 Prozent verkleinert werden k?nnte.

St?render Unterwasserschall

Wale und Robben sind in hohem Ma?e auf ihr Geh?r angewiesen. Die akustische Wahrnehmungsf?higkeit ihrer Umwelt ist für sie lebenswichtig. Menschgemachter Unterwasserl?rm ist heute in allen Ozeanen fast st?ndig pr?sent und ver?ndert die natürliche Ger?uschkulisse, in der sich Meeress?uger entwickelt haben. Schiffsverkehr ist eine Quelle chronischen L?rms, der ein hohes Maskierungspotential hat. Viel lauter, aber auch viel kürzer, sind Schallsignale, die bei der Erkundung des Untergrundes durch sogenannte Airguns oder beim Versenken der Gründungspfeiler von Windkraftanlagen erzeugt werden. Solche impulshaften Schallwellen k?nnen dabei 1.000-mal lauter sein als ein Schiff. Für diese lauten Schallimpulse wird schon l?nger befürchtet, dass sie das Geh?r von marinen S?ugetieren sch?digen k?nnen. Unterwasserl?rm kann aber auch die innerartliche Kommunikation und die Wahrnehmung anderer Umgebungssignale st?ren, die beispielsweise für Wale wichtig sind, um Nahrung oder Paarungspartner zu finden.

Eine aktuelle Studie des Umweltbundesamtes zeigt, dass auch die m?gliche Fernwirkung von Unterwasserl?rm nicht untersch?tzt werden sollte: In dieser Studie wurde die Wirkung von Airgunimpulsen auf Kommunikationsreichweiten von marinen S?ugetieren analysiert: Kurze, tieffrequente Schallsignale k?nnen sich über gro?e Entfernungen zu einem akustischen Dauersignal verl?ngern, dass ein hohes St?rpotential für Blau- und Finnwale hat. In der Studie wurde die Schallausbreitung von Airgunsignalen für Entfernungen bis zu 2.000 km von der Quelle modelliert. Anschlie?end wurden die modellierten St?rsignale der Airguns mit den Vokalisationen von Finnwal, Blauwal und Weddellrobbe überlagert, um die Distanzen zu berechnen in denen deren Kommunikation potentiell gest?rt oder verhindert wird.

Das Modell demonstriert, dass Airgunsignale eine Fernwirkung bis mindestens 2.000 km haben k?nnen, so dass Tiere innerhalb des besonders geschützten Bereiches des Antarktis südlich von 60° S betroffen sein k?nnen, selbst wenn Forschungsschiffe n?rdlich des 60° S Breitengrades arbeiten. Schon in mittleren Entfernungen (500-1.000 km) wird das Airgunsignal zu einem intervallartigem Ger?usch gedehnt, dass bereits ein hohes Maskierungspotential hat. In Entfernungen ab 1.000 km dehnen sich Airgunimpulse zu einem kontinuierlichen Ger?usch aus, das den natürlichen Kommunikationsraum von Blau- und Finnwalen in der Antarktis bis auf 1 % schrumpfen lassen kann.

Der Hintergrund

Bei den zur Erkundung des Untergrundes eingesetzten Airguns (oder Luftpulser) handelt es sich im Prinzip um Metallzylinder in denen Luft mit hohem Druck komprimiert wird und dann explosionsartig austritt. Hierbei entsteht eine Gasblase, die beim Kollabieren ein sehr kurzes, aber sehr lautes Schallsignal erzeugt. Der gr??te Teil der von Airguns erzeugten Schallwellen stammt aus dem tiefen Frequenzbereich bis 300 Hz, so dass eine überschneidung mit Lauten und Ges?ngen von Walen und Robben wahrscheinlich ist. Vor allem die im Südlichen Polarmeer h?ufigen Bartenwale, wie Blauwal oder Finnwal, kommunizieren überwiegend in diesem Frequenzbereich.

Die Ergebnisse der Modellierung im Detail

Im Rahmen der ⁠UBA⁠-Studie wurde die Schallausbreitung von Airgunsignalen für Entfernungen in 100, 500, 1.000 und 2.000 km modelliert. Die modellierten St?rsignale wurden mit Rufen und Ges?ngen von Finnwal, Blauwal und Weddellrobbe überlagert, um die Distanzen zu berechnen, in denen Maskierung von Kommunikationssignalen potentiell vorkommt. Die Signale wurden mit einem mathematischen H?rmodell (einem sog. ?leaky integrator“) im Frequenzbereich der Vokalisationssignale analysiert.

Obwohl eine Reihe von Fragen noch unbeantwortet ist, kommt die Studie auf Basis der Annahmen, die für das Ausbreitungs- und Maskierungsmodell getroffen wurden, u. a. zu folgenden Schlüssen:

  • Ein Modell zur ⁠Vorhersage⁠ potentieller Maskierung durch periodische Ger?usche wurde entwickelt. Dieses Modell basiert auf einem Leaky-Integrator und einem Pegeldetektor, kombiniert mit einem einfachen Modell für die Schallausbreitung von Tiervokalisationen.
  • Das Maskierungspotential durch Airguns ist für tiefe Frequenzen unter 300 Hz am gr??ten. Folglich sind tieffrequente Bartenwale (wie z.B. Finn- und Blauwale) wahrscheinlich am st?rksten betroffen.
  • Airgunsignale habe eine Fernwirkung bis mind. 2.000 km, so dass Tiere südlich des 60° S Breitengrades betroffen sein k?nnten, selbst wenn Untersuchungsschiffe n?rdlich des 60° S Breitengrades arbeiten.
  • Schon in mittleren Entfernungen (500-1.000 km) wird das Airgunsignal zu einem intervallartigem Ger?usch gedehnt, dass bereits ein hohes Potential hat den Kommunikationsraum von tieffrequent vokalisierenden Meeress?uger zu verkleinern.
  • Die modellierten Kommunikationsreichweiten von Blau- und Finnwalen werden durch Airgunsignale signifikant reduziert und liegen überwiegend bei weniger als 5 % der natürlichen potentiellen Kommunikationsreichweite.
  • Robben sind h?chstwahrscheinlich weniger betroffen, aber insbesondere die weit tragenden tieffrequenten Anteile ihrer Vokalisationen werden ebenfalls signifikant maskiert: die modellierten Kommunikationsreichweiten liegen hier bei überwiegend weniger als 3 % der natürlichen Reichweite.

Das entwickelte Modell der Schallausbreitung erlaubt eine zuverl?ssige Sch?tzung der Signaldehnung und kann anderen Umweltbedingungen angepasst werden. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass derzeit nur begrenzt Kenntnisse über das H?rverm?gen von Bartenwalen bekannt sind und kaum empirische Daten zur überprüfung der Schallausbreitung vorliegen.

Die Ergebnisse zeigen, dass Maskierungseffekte durch Airgunsignale wahrscheinlich und signifikante Auswirkungen auf das Vokalisationsverhalten von Tieren über gro?e Distanzen m?glich sind. Bei dem modellierten Ma? der Auswirkungen sind Effekte auf Populationsebene nicht auszuschlie?en und sollten Eingang in die Betrachtung der Umweltwirkungen impulshafter Schallquellen wie Airguns finden. Das Modell soll in einem Folgeprojekt weiterentwickelt werden, so dass auch eine übertragung auf andere Meeresgebiete m?glich ist. Hierzu geh?rt zum Beispiel die Arktis, in der in den n?chsten Jahren mit einer Vielzahl von ⁠Airgun⁠-Eins?tzen zur Erkundungen des Meeresbodens auf Bodensch?tze zu rechnen ist.

In Deutschland hat das Umweltministerium ein Schallschutzkonzept für die Nordsee entwickelt, dass den hier vorkommenden Schweinswal vor sch?dlichen Einflüssen durch Verletzung und St?rung bewahren soll. Für die Antarktis arbeitet das UBA an einem entsprechenden Konzept zum Schutz der dort heimischen Wale und Robben und f?rdert hierzu auch die Diskussion auf der j?hrlichen Konferenz der Antarktisvertragsstaaten (ATCM).

Schema zur L?rmbelastung
Schema Einsatz von wissenschaftlichen Airguns
Quelle: Hannes Grobe / Alfred Wegener Institut