Acústica Submarina

ACÚSTICA SUBMARINA

por Emilio del Saz

El sonido en el vasto y profundo océano es una forma de energía que se propaga de manera fundamental para la vida marina, pero la creciente actividad humana está alterando drásticamente el paisaje sonoro submarino, con consecuencias significativas para su fauna. Este artículo explora qué es la acústica submarina, cómo se mide la contaminación acústica, sus principales fuentes, sus efectos en la fauna, la legislación existente y las soluciones tecnológicas en desarrollo.

¿Qué es la acústica submarina?

La acústica submarina, también conocida como hidroacústica, es el campo de estudio que investiga la propagación del sonido en el agua y la interacción de las ondas mecánicas, que son ondas de presión (sonido), con el medio acuático y sus límites. Este medio puede ser oceánico, lacustre o incluso un tanque. Las frecuencias típicas analizadas en la acústica submarina abarcan un ancho de banda de 10 Hz a 1 MHz.

Este campo está estrechamente relacionado con diversas disciplinas como el sonar, la transducción, el procesamiento de señales, la oceanografía acústica, la bioacústica y la acústica física, lo que lo convierte en una ciencia multidisciplinar. En el agua, el sonido se propaga aproximadamente cuatro veces más rápido que en el aire, lo que lo convierte en el medio más eficaz para las comunicaciones subacuáticas a larga distancia, ya que las ondas electromagnéticas se propagan muy mal en el agua salada.

¿Cómo se mide el ruido producido por la actividad humana en la fauna marina de nuestros mares y océanos?

La medición del ruido subacuático es crucial para comprender su impacto. La hidroacústica utiliza tecnología de sonar para monitorear características físicas y biológicas submarinas. Se distinguen dos enfoques principales:

• Acústica pasiva: Consiste en escuchar y registrar los sonidos presentes en el ambiente marino mediante hidrófonos. Un hidrófono es un transductor electroacústico diseñado para operar en agua, que convierte las ondas de presión sonora en señales eléctricas.
• Acústica activa: Implica la emisión de un sonido y la escucha del eco resultante, como es el caso de las ecosondas y los sónares.

Para el monitoreo se emplean sistemas de Monitoreo Acústico Pasivo (PAM). Estos equipos básicos incluyen hidrófonos, cables de arrastre, pesos para hundir los cables, una unidad de procesado del PAM y un ordenador. Software especializado como PAMGuard permite detectar, localizar y clasificar vocalizaciones de mamíferos marinos.

El ruido se mide en decibelios (dB) con una referencia de 1 micro Pascal (µPa). Se utilizan parámetros como el valor cuadrático medio (RMS) de la presión acústica. Además, el análisis se realiza en octavas y tercios de octava, lo que se aproxima al procesamiento espectral del oído humano y es una buena referencia para entender la audición de otros mamíferos.

Existen metodologías para la evaluación del impacto de ruido submarino, como el enfoque basado en el riesgo (Risk-Based Approach) y la metodología basada en zonas de influencia de ruido, ambas fundamentadas en el análisis de los componentes emisor-propagación-receptor.

¿Cuáles son los principales focos de ruido que contaminan los mares y océanos?

El ambiente marino es naturalmente ruidoso debido a fuentes biológicas (animales), geológicas (viento, olas, lluvia, hielo, actividad sísmica) y antropogénicas. Sin embargo, la actividad humana ha incrementado significativamente los niveles de ruido ambiental en las últimas décadas. Los principales focos de ruido antropogénico son:

• Transporte marítimo: Es el que más contribuye a la contaminación acústica submarina. El ruido proviene de las hélices, la maquinaria y el movimiento del casco a través del agua. Genera ruido de banda ancha (hélices/ejes, ruido hidrodinámico, sistemas de propulsión) y de banda estrecha (bombas, motores, equipos de alimentación eléctrica). El paso de una embarcación puede aumentar el nivel de ruido en 6 dB.
• Actividades industriales: Incluyen dragados, construcciones marinas (como la instalación de parques eólicos o plataformas petrolíferas offshore) y perforaciones para la producción de gas y petróleo. Los dragados pueden generar ruido que excede los niveles ambientales a largas distancias, con componentes fuertes por debajo de los 10 Hz. La hincada de pilotes para la instalación de infraestructuras genera niveles de ruido muy elevados.
• Investigaciones geofísicas: Utilizan métodos que generan pulsos cada 10-15 segundos, cuya energía de baja frecuencia puede viajar grandes distancias a través de los sedimentos del fondo.
• Sónares activos: Estos sistemas emiten pulsos de sonido de alto nivel y frecuencias variables, desde cientos de Hz para sónares de búsqueda de largo alcance hasta cientos de kHz para detección de minas y cartografía marina. Los sónares utilizados para mapear el fondo marino pueden generar pulsos de 210-230 dB re 1 µPa @ 1 m.
• Explosiones submarinas: Producidas por el hombre, son las fuentes de ruido más potentes después de los eventos geológicos, capaces de causar daños físicos o la muerte a mamíferos marinos y detectables a cientos de kilómetros.
• Plataformas aéreas: El sonido de aviones y helicópteros transmitido al agua, aunque menos penetrante que otras fuentes, también contribuye al ruido submarino, con espectros generalmente por debajo de los 500 Hz.
• Estudios oceanográficos científicos: Algunas investigaciones utilizan energía acústica para analizar el fondo y las propiedades del agua, generando niveles de presión significativos.

¿Cuál es el efecto del ruido producido por la actividad humana en la fauna marina?

El ruido antropogénico en el océano es un problema medioambiental grave y a menudo subestimado. El sonido es la modalidad sensorial primaria para muchos animales marinos, fundamental para su comunicación a larga y corta distancia, navegación, búsqueda de alimento y evitación de depredadores. Debido a que la luz penetra mal en el agua, el sonido se convierte en su sentido más vital.

Los efectos negativos del ruido en la fauna marina pueden clasificarse por su gravedad:

1. Lesiones y muerte: La exposición a altos niveles de ruido puede causar lesiones físicas, incluyendo daños auditivos permanentes (PTS) y en otros tejidos u órganos, e incluso la muerte. Un ejemplo documentado es el varamiento masivo de zifios en Canarias, relacionado con maniobras militares y el uso de sónares.
2. Respuestas conductuales: El ruido puede provocar cambios en el comportamiento de los animales, como alteraciones en los patrones de alimentación, migración, reproducción y en la interacción social. Pueden huir de hábitats preferidos o, paradójicamente, acercarse a una fuente de ruido para evitar una zona de convergencia más lejana.
3. Enmascaramiento: El ruido antropogénico puede impedir que los animales detecten sonidos vitales para su supervivencia, como las vocalizaciones de otros individuos, presas o depredadores. Esto reduce su rango de comunicación y localización, actuando como si los «cegara».
4. Cambio temporal de umbral auditivo (TTS): Es una degradación temporal y reversible de las capacidades auditivas de un animal.
5. Respuesta de estrés fisiológico: El ruido crónico o intenso puede aumentar los niveles de estrés en los animales marinos, lo que puede llevar a problemas de salud, alteraciones en el desarrollo y afectar su longevidad y capacidad reproductiva.

Estos impactos pueden tener consecuencias devastadoras en las poblaciones marinas, incluyendo reducciones en el tamaño poblacional, la biomasa total, cambios en la estructura de edad, la distribución espacial y la diversidad genética.

¿Qué legislación internacional existe para controlar el ruido producido por la actividad humana sobre nuestros mares y océanos?

La contaminación acústica marina está reconocida en el Derecho Internacional, con instrumentos normativos y resoluciones de diversas instituciones. Hay una mayor sensibilidad al respecto, lo que se traduce en la exigencia de evaluaciones de impacto acústico submarino en los Estudios de Impacto Ambiental.

Un marco regulatorio importante es la Directiva Marco sobre la Estrategia Marina de la Unión Europea de 2008, que resalta la preocupación por el impacto del ruido submarino. El Descriptor 11 de esta directiva se enfoca específicamente en que «la introducción de energía, incluido el ruido submarino, se realice a niveles que no afecten negativamente al medio marino». La metodología basada en el análisis de riesgo se considera fundamental para sustentar cualquier regulación o decisión sobre sistemas de mitigación de ruido submarino.

Un ejemplo concreto de regulación es la implementación de Áreas de Manejo Estacional (SMAs) en Estados Unidos, con restricciones de velocidad para embarcaciones (10 nudos o menos) en ciertas épocas del año, para proteger a especies vulnerables como la ballena franca del norte de colisiones fatales.

¿Qué tecnología existe para reducir el ruido producido por la actividad humana en los mares y océanos?

Para combatir la contaminación acústica, se están desarrollando y aplicando diversas tecnologías y estrategias:

• Hidrófonos de bajo costo con IA: Se están desarrollando hidrófonos de bajo costo equipados con IA para el reconocimiento de especies acuáticas, capaces de captar rangos de frecuencias entre 20 y 20.000 Hz. La IA se entrena con un amplio banco de sonidos marinos para identificar el mayor número de especies posible. Estos dispositivos no asustan a los animales, a diferencia de los barcos a motor.
• Reducción de emisiones de ruido: Esto incluye el uso de motores más silenciosos en embarcaciones, el diseño de hélices optimizadas y un mantenimiento cuidadoso de la maquinaria.
• Barreras acústicas: Diseño de barreras acústicas en operaciones de construcción offshore.
• Modelado avanzado con Inteligencia Artificial (IA): Investigadores han desarrollado sistemas que aprovechan la IA, como la red de codificador automático recurrente convolucional (CRAN) y redes de memoria a largo plazo, para modelar con precisión la propagación de las ondas sonoras bajo el agua. Esta tecnología puede predecir cómo las ondas interactúan y se dispersan con una precisión notable y en mucho menos tiempo (segundos en lugar de días), lo que permite una planificación más eficaz para mitigar la contaminación acústica. Este modelado nos permite en tiempo real:
  • Planificación de rutas para minimizar el tráfico en áreas sensibles.
  • Reducción de velocidad de embarcaciones.
  • Sistemas de alerta acústica: sobre la presencia de especies vulnerables.
• Monitoreo y evaluación de impactos: Continuar con la investigación y el monitoreo para entender los efectos del ruido en diferentes especies y hábitats. En España, por ejemplo, se ha desarrollado una Guía Técnica para la Predicción y Evaluación de Impactos por Sonido Antropogénico en Fauna Marina.
• El desarrollo de redes inalámbricas de sensores subacuáticas (RISS) representa un reto tecnológico considerable debido a las limitaciones del medio.

La evolución de la acústica submarina es un testimonio de la continua búsqueda humana por comprender y gestionar el complejo entorno oceánico, ahora con un enfoque creciente en la protección de su biodiversidad frente a los efectos del ruido antropogénico.