文摘
人类喜欢吃鱼,但我们必须小心不要太多。作出正确的规则如何抓很多鱼没有减少人口太多,它有助于知道有多少鱼在海里。科学家们很难去水下数鱼,但技术可以帮助。动物,如海豚可以用声音来“看到”他们周围的世界。就像海豚一样,科学家可以发出声音的海洋和测量回波回来。他们甚至可以使用独特的鱼了解有多少鱼在海里。科学家们正在测试这种技术是否可以帮助他们探索深海。虽然这听起来并不总是很容易看到,我们所面临的挑战和我们所做的错误往往会导致新发现!
大海里有很多鱼吗?
人类喜欢吃鱼。我们已经变得如此擅长捕捉它们,我们必须小心不要太多。我们可以保护我们喜欢吃的鱼,使每年有多少可以被规则。如果我们留下足够的鱼,他们自然会繁殖,这样会有很多赶上下一次。如果我们有好的规则来防止过度捕捞,鱼是宝贵的和可持续发展的食物来源(1]。
作出正确的规则有多少鱼可以抓住可持续,重要的是要知道有多少鱼在大海。海洋覆盖了地球的70%以上,这是一个巨大的领域研究。如果你曾经看着海洋或湖,您可能已经注意到,很难看到在表面之下。出于这个原因,科学家们已经想出方法来帮助他们了解海底世界。例如,他们可以用网捕鱼,他们能在水下潜水,他们可以问渔民他们抓住。声音是科学家们可以使用另一个工具。但是科学家们如何使用声音来“看”发生在水下是什么?
看我们的耳朵:通过声音
声音在传播波的能量。像一波水,声音可以反映在一个表面和旅行在另一个方向。想呼应的一个很大的空房间。的声音在电波传播发射机,你的声音或扬声器。声音时便成了一个回声反射和旅行回来的东西接收机,可你的耳朵或麦克风(图1)。被反射回来的声音将不会是一个完美的复制你的传播。科学家们称之为一个声信号。根据物体的形状,回声会以不同的方式散射,产生不同的声信号。
- 图1——一个发射机(声音)发出的声音。
- 声音在传播波所反映的对象,比如一堵墙。反射的声音称为echo或声波信号,可以通过接收方(耳朵)。
一些动物已经学会了如何使用声音来“看到”他们周围的世界。例如,海豚传输高音听起来像他们航行在大海。然后听返回的回声,他们的大脑处理回声的图像周围的世界。这有助于海豚捕鱼,避免障碍,即使在一片漆黑中。
“消失”海楼:一个错误如何帮助科学家们学习使用一项新技术
科学家们已经了解到,像海豚一样,我们可以使用声音来查看对象水下。海豚使用他们的大脑处理良好的心理地图。我们的大脑不适应“看到”,我们的耳朵,我们使用技术来处理声音成图像在纸上或电脑。我们称这些图像超声波回声图。“超声波回声图”一词是古希腊的组合词为“声音”(回声)和“画”(克)所以,超声波回声图是一个“声画。“超声波回声图上的形状和颜色反映声信号的强度和位置。这些超声波回声图帮助我们“看到”海底,几百米以下(图2)。
- 图2 -(一)科学家在研究船发出的声音从发射机(绿色梁)和测量反射回波或声学信号(橙色线)。
- 声散射掉水中的鱼类和其他海洋生物。(B)回声加工成一个图像被称为一个超声波回声图,它显示了力量的回声的颜色。解释超声波回声图给了科学家们在水里是什么线索低于他们的船只。
解释超声波回声图需要大量的经验和有时科学家犯错误。例如,超声波回声图被用来使海洋地图来帮助阻止船只搁浅在海底。有时一个超声波回声图表明,海还很浅的一部分为船是危险的。这些浅地区地图上的标记,以便其他船只可以避免他们。然而,另一个队长回到同一个地方会发现水比地图显示更深。后来科学家们得知,一些地区被映射浅海层实际上包含致密层的海洋生物,由鱼和水母(2]。有这么多的海洋生物在水里,所有的动物在一起的回声听起来一样的回声从海底!虽然科学家知道他们可以用声音来定位鱼在水里(3),他们不希望找到很多动物如此接近。幸运的是,科学上的错误会导致新的发现。在这种情况下,科学家们了解到,他们认为海底是密集的海洋动物!
一条鱼像一个鼓吗?
科学家们不断提高的质量工具和学习更多关于如何使用声学技术观察鱼。声学信号时第一次使用简单地测量深度,现代超声波回声图可以返回更详细的信息。今天,科学家可以经常告诉什么类型的鱼是在一所学校通过解释一个超声波回声图的细节。科学家可以这样做是因为独特的生物学的鱼。鱼有很多类似的人类器官如眼睛、大脑、胃、肝脏和肾脏。他们也有一些不同的适应他们的环境。鳃是一个例子,帮助鱼在水下呼吸。另一个是所谓的适应气泡(也称为鱼鳔)。这是一袋空气,帮助鱼类控制水的深度。如果他们填满空气膀胱,他们会浮动接近表面,如果他们释放的气体,他们会留下更深的水下。
空气膀胱反射声音特别好。就像一个鼓,一个气泡是一个空的空间充满了空气。受到声波时,气泡产生强烈的回声。回波的强度取决于气泡的大小和形状。这与鼓是相同的:一个小小的鼓将会产生短,尖锐的声音,和一个大鼓会产生一个长,低沉的声音。如你所知,不同种类的鱼有不同的形状和大小。幸运的是科学家,他们空气囊的形状和大小也不同。这导致鱼类产生独特的回声,出现完全不同的超声波回声图。
对于这种技术工作,科学家必须匹配超声波回声图中的声信号与一个特定的物种的鱼。他们用网捕捉少量鱼和记录超声波回声图的样子,当声音反射。下次他们看到超声波回声图类似的信号,他们就会知道下面哪些鱼类游泳的水没有赶上他们在净!
会更深:使用声音去探索海洋中层的区域
科学家感兴趣的是一个深海洋的一部分被称为海洋中层的区。这是海洋的一部分,深200 - 1000米。很少的阳光可以穿透水在这个深度。因为缺乏光,它有时被称为海洋的《暮光之城。“很多迷人的生物住在那里。然而,因为它是如此难以达到,我们不知道很多关于海洋的海洋中层的区域。帮助想象深海洋中层的区域,考虑一下:一个奥林匹克游泳池长50米。到1000米深,你会游泳20 laps-straight下来!这将花费平均科学家约45分钟。
幸运的是,声音比游泳科学家传播快得多。声音可以到1000米和背部在不到两秒。由于这一点,科学家可以创建大量的超声波回声图告诉他们发生了什么深度低于他们的船只。这有助于他们数数有多少鱼生活在海洋中层的区域。知道有多少鱼在未来将会有重要,如果人类想要抓这些鱼。
当你学会了到目前为止,它并不总是很容易使用声音“看见”,尤其是在深海。要数鱼意味着克服许多障碍。例如,连同很多鱼,我们可以找到管在深海。类似于水母管看起来都像外星人的动物。像鱼一样,他们充气器官,帮助他们在水中上下移动(图3)。因为这些器官,管产生回声像鱼(4]。区分鱼和超声波回声图管,科学家需要收集更详细的声信号。这样做,他们与工程师合作,努力开发新的声学仪器。
- 图3 -海洋中层的鱼(底部)和管(上)都有膀胱充气器官称为空气。
- 空气膀胱帮助鱼类和管来控制水的深度,和他们反映声音很好。
声学技术帮助我们维持一个可持续的海洋
声学技术利用声音来帮助科学家估计有多少鱼在海里。这对于政府和其他决策者知识重要,因为它帮助他们创建规则多少可以抓鱼。限制鱼的数量可以被帮助了许多鱼类恢复过去过度捕捞。科学家正在努力收集信息关于鱼生活在深海,这样我们就可以避免过度捕捞它们放在第一位。看到用声音,利用声学技术,可以帮助深海捕鱼更可持续的从一开始!
术语表
可持续发展的:↑能够用这样一种方式,为子孙后代提供一个资源。
发射机:↑发出声音的东西,像一个声音或一个扩音器。
接收机:↑收到的东西或者听声音,像你的耳朵或麦克风。
声信号:↑声音从一个对象被反射回来。
超声波回声图:↑字面上的一个“声画;“一幅由声学信号加工成一个图像。
气泡:↑一个小器官,鱼和管会充满空气,空气能帮助他们漂浮在水中上下移动。
海洋中层的区:↑海洋的一部分,深200 - 1000米。
的管:↑软水下动物类似水母。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
确认
本文研究下传出MEESO项目(生态与经济的可持续发展中远洋渔业),已经收到了欧盟资助的地平线2020研究和创新项目赠款协议没有817669。
引用
[1]↑虫,B。Hilborn, R。Baum, j·K。分支,t。牧羊犬,j·S。科斯特洛,C。,等。2009。重建全球渔业。科学。325:578 - 85。doi: 10.1126 / science.1173146
[2]↑迪茨,r . s . 1962。海的深度散射层。年代。207:44-51。
[3]↑Sund, o . 1935。回声测深在渔业研究。大自然。135:953。doi: 10.1038 / 135953 a0
[4]↑自豪,R。、Handegard n . O。克洛泽,r . J。,考克斯·m·J。那,a . s . 2019。从管深散射层:为全球海洋中层的鱼类生物量估算的不确定性范围。冰J Mar Sci。76:718-33。doi: 10.1093 / icesjms / fsy037