Onderwatergeluid

Grote impact op zeedieren

ECO-INSIGHT: De Bruinvis in de Westerschelde.
Hoewel de bruinvis oorspronkelijk een bewoner van de open Noordzee is, trekken de dieren met name in de wintermaanden steeds vaker de Zeeuwse estuaria binnen, waaronder de Westerschelde. Ecologische monitoringsrapporten (o.a. van Wageningen Marine Research) laten echter zien dat de Westerschelde een risicovol leefgebied vormt. De gevarenzone concentreert zich met name in de westelijke monding. Naast de extreme antropogene geluidsdruk van de intensieve zeescheepvaart naar Vlissingen, Terneuzen en Antwerpen, staat de bruinvis hier bloot aan een cumulatie van stressfactoren. De nauwe, diepe vaargeulen reflecteren het laagfrequente scheepsgeluid, wat echolocatie bemoeilijkt. Bovendien wijst recent toxicologisch onderzoek uit dat bruinvissen in dit gebied via hun voedsel (zoals grondels en haringachtigen) te maken krijgen met hoge concentraties chemische vervuiling, waaronder PFAS en pcb's. De combinatie van akoestische desoriëntatie, chronische stress door lawaai en een verzwakt immuunsysteem door vervuiling maakt de bruinvis in de Westerschelde een schoolvoorbeeld van een toppredator onder zware antropogene druk.

Afhankelijk van geluid

Vanuit ons zicht is de haven een plek van kranen en motoren, maar onder de waterspiegel is het een lawaaierige wereld. Onderwatergeluid, veroorzaakt door scheepsschroeven, heien en industriële pompen, heeft een grote impact op zeedieren. Veel vissen en zeezoogdieren, zoals de bruinvis die regelmatig de havens bezoekt, zijn voor hun communicatie, navigatie en jacht volledig afhankelijk van geluid. Antropogeen lawaai kan leiden tot desoriëntatie, chronische stress of zelfs fysieke gehoorschade bij waterorganismen. In de nauwe havenarmen wordt datt geluid dan nog eens vaak weerkaatst tegen harde kademuren, waardoor de geluidsdruk toeneemt. Het reduceren van dit geluid door stillere motoren of speciale dempingstechnieken bij constructiewerkzaamheden is cruciaal om de havens leefbaar te houden voor soorten die 'horen' om te overleven.

Wat fysica

Eerst even wat "fysica" van onderwatergeluid in havens!
1. Geluidsvoortplanting en akoestische impedantie.
Water heeft een veel hogere dichtheid en bulkmodulus dan lucht. Daardoor worden geluidsgolven efficiënter doorgegeven. De akoestische druk ligt onder water numeriek veel hoger voor eenzelfde hoeveelheid energie dan boven water.
2. Er is het 'Klankkast-effect' van de haven
In een natuurlijke mariene omgeving vlakt geluid na verloop van tijd af door absorptie door de zeebodem of verspreiding in de open oceaan. In een haven is de situatie fundamenteel anders: Havens bestaan grotendeels uit verticale, betonnen of stalen damwanden. Die materialen hebben een hoge akoestische impedantie, wat betekent dat ze geluid nauwelijks absorberen maar bijna volledig reflecteren. Geluid blijft (tevens) gevangen tussen de kademuren. Dat creëert een reverberatie-effect (galm) waarbij geluidsgolven elkaar kruisen en versterken, wat leidt tot een destructieve opbouw van de totale geluidsdruk. In ondiep havenwater gedragen lage frequenties zich als in een "waveguide" (golfgeleider), waardoor specifieke frequenties over kilometers hoorbaar blijven zonder noemenswaardige demping.

Het geluidsprofiel van een operationele haven is dan ook een kakofonie van verschillende frequenties en intensiteiten.

Cavitatie

De grootste boosdoener bij varende schepen is cavitatie. Dat ontstaat wanneer de bladen van een scheepsschroef zo snel draaien dat er lagedrukgebieden achter het blad ontstaan. Daardoor kookt het water lokaal en ontstaan er dampbellen. Wanneer die bellen vervolgens met kracht imploderen, produceert dat een luid, sissend en klappend breedbandgeluid dat kilometers ver reikt.

De impact van dat lawaai op het onderwaterleven varieert van milde gedragsveranderingen tot acute sterfte. We focussen hierbij op sleutelsoorten zoals de bruinvis (Phocoena phocoena) en diverse vissoorten.

Veel zeedieren gebruiken biologische sonar (echolocatie) of passief luisteren voor navigatie, jacht en communicatie. Continu achtergrondgeluid van schepen veroorzaakt maskering: het fenomeen waarbij het omgevingslawaai zo luid is dat vitale biologische signalen (zoals de paringsroep van een vis of de kliks van een jagende bruinvis) niet meer hoorbaar zijn. Dat verkleint hun effectieve leef- en jachtgebied drastisch.

Net als bij mensen leidt langdurige blootstelling aan lawaai tot verhoogde cortisolspiegels (stress) bij vissen en zeezoogdieren. Dat resulteert in een verzwakt immuunsysteem, verminderde reproductieve succesratio's e desoriëntatie.

Bij extreme geluidsdruk, zoals bij het heien van kademuren, kan er directe fysieke schade optreden aan het gehoororgaan, zoals tijdelijk gehoorverlies (het dier is uren of dagen 'doof', wat haar kwetsbaar maakt voor predatie of aanvaringen)of permanente gehoorschade. Voor een bruinvis is dat nagenoeg een doodvonnis, aangezien een dove bruinvis niet kan jagen en zal verhongeren. Bij extreme drukgolven kunnen de zwemblaas van vissen of de longen van zeezoogdieren scheuren (zgn. barotrauma).

Om havens leefbaar te houden en te voldoen aan internationale wetgeving (zoals de Kaderrichtlijn Mariene Strategie in Europa), wordt er overgestapt op actieve geluidsreductie.

Moderne scheepsschroeven kunnen zo ontworpen worden dat ze pas bij veel hogere snelheden gaan caviteren (bv. door het gebruik van boss cap fins of grotere, langzamer draaiende schroeven).

Als schepen aan de kade liggen, kunnen ze hun ronkende dieselgeneratoren uitschakelen en inpluggen op het elektriciteitsnet van de wal. Dat elimineert het continue laagfrequente gezoem in de havenbekkens volledig.

Er is ook de praktijk van "bellenschermen". Tijdens het heien wordt er een ring van geperforeerde slangen rond de hei-locatie op de bodem gelegd. Daar wordt dan continu lucht doorheen geperst. De opstijgende luchtbellen creëren een barrière met een compleet andere akoestische dichtheid. Geluidsgolven breken en reflecteren op deze luchtbellen, waardoor de geluidsdruk buiten het scherm met wel afneemt.

Er kan ook worden gewerkt met eco-kademuren: In plaats van spiegelgladde stalen damwanden, kan er gekozen worden voor structuren met textuur, bio-blokken of poreuze materialen die geluidsgolven absorberen en verstrooien in plaats van ze direct te reflecteren.

Onderwatergeluid is een sluipende, onzichtbare vervuiling die de mariene biodiversiteit in en rondom onze havens fundamenteel ontregelt. Havens hoeven echter geen ecologische 'dead zones' te zijn. Door de fysica van geluidsreflectie te begrijpen en structureel te investeren in stillere scheepsarchitectuur, walstroom en geavanceerde dempingstechnieken zoals bellenschermen, kan de akoestische voetafdruk van de mens sterk worden verkleind. Alleen zo transformeren we de haven van een lawaaierige industriezone naar een duurzaam knooppunt waar economie en marien leven harmonieus kunnen coexisteren.