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livello elementare.
ARGOMENTO: MARINE MILITARI
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: RICERCA E SVILUPPO
parole chiave: acustica subacquea, bioluminescenza
Alla fine del secolo scorso, un gruppo di biologi francesi, nel golfo del Leone stavano registrando dei suoni subacquei. Improvvisamente udirono dei suoni molto simili a quelli dei cetacei che, in quell’area come sapete sono spesso presenti. I ricercatori seguirono i suoni per una giornata e fu, con una certa sorpresa, che alla fine il misterioso cetaceo si rivelò essere un sottomarino. Da quell’episodio si incominciarono a correlare le misteriose morie di mammiferi che disorientati da quei suoni simili ai loro, spiaggiavano sotto costa.
Gli ambientalisti accusarono i militari di disturbare questi splendidi animali con le loro potenti emissioni acustiche. Ne nacque una discussione scientifica che portò a studi approfonditi che portarono ad una ferrea regolamentazione delle emissioni acustiche subacquee in campo NATO. L’esigenza di comprendere le cause portò ad uno studio interdisciplinare per comprendere le bio-emissioni acustiche in mare e ne derivò che in realtà non tutte le emissioni acustiche in mare sono dannose per l’ambiente marino in quanto impiegate dagli stessi animali nella loro vita sociale che comprende sia la ricerca di una compagna che la caccia delle proprie prede. Ad esempio furono compresi determinati comportamenti acustici, come la variazione dell’uso delle frequenze e della potenza di emissione durante le differenti fasi predatorie. Di fatto l’uso di determinati sistemi acustici (militari e civili) possono provocare danni all’ambiente marino, creando sia il disorientamento dei mammiferi sia danni tessutali in relazione ai tempi di esposizione e alla distanza fra le sorgenti.
Una soluzione alternativa
Recentemente l’agenzia di ricerca militare statunitense, DARPA, sta studiando metodi alternativi alle emissioni acustiche per identificare sottomarini o mezzi subacquei avversari attraverso l’analisi del rumore di fondo naturale.
Il programma Persistent Aquatic Living Sensors (PALS) mira infatti a sfruttare i comportamenti acustici degli animali marini per aumentare le capacità di monitoraggio marittimo esistenti. PALS si ispira alle capacità innate degli organismi marini di percepire e rispondere alle perturbazioni ambientali, applicando tali capacità al rilevamento alla caratterizzazione e alla segnalazione di mezzi subacquei che vanno dai droni ai grandi sottomarini nucleari. Poiché gli organismi marini sono onnipresenti nei loro ambienti, i loro sistemi di rilevamento sarebbero discreti, convenienti e fornirebbero una sorveglianza sottomarina persistente con necessità logistiche minime. Di fatto, si risolverebbe il problema delle emissioni attive acustiche, che hanno dimostrato in alcuni casi di essere perniciose per gli animali marini, ma anche di quelle passive oggi ottenute attraverso la posa aerea di boe sonar la cui durata è limitata delle batterie, a poche ore, coprendo inoltre solo su una piccola area.
PALS
Il progetto PALS potrebbe invece coprire un’ampia regione e per mesi, fornendo un monitoraggio quasi costante delle coste e delle aree sottomarine. Al fine di determinare le frequenze migliori si avvale dei contributi di cinque gruppi di ricerca di biologia marina che dovranno sviluppare o applicare tecnologie per registrare le risposte agli stimoli degli organismi osservati e sviluppare sistemi hardware e software incorporando tecnologie come idrofoni, sonar, telecamere e sensori magnetici, acustici e cinetici.
Dinoflagellati bioluminescenti (Lingulodinium polyedra) che illuminano un’onda che si infrange nelle ore notturn. La luce blu è il risultato di un enzima luciferasi (come la luciferasi lucciola, ma l’enzima in L. polyedra non condivide alcuna somiglianza con quello dell’enzima delle lucciole). Nelle giuste condizioni, i dinoflagellati diventano così numerosi che l’acqua assume un colore rossastro fangoso (da cui il nome “Marea Rossa”). La bioluminescenza è visibile solo di notte – Autore MikeDinoflagellate bioluminescence 2.jpg – Wikimedia Commons
Tra di essi, il team guidato dalla Northrop Grumman Corporation sotto la guida del ricercatore principale Robert Siegel, registrerà e analizzerà l’acustica di un tipo particolare di gamberetti e l’attività ottica degli organismi bioluminescenti. Come ricorderete, la bioluminescenza è un fenomeno naturale che ha sempre interessato i militari in quanto affetti dalla presenza degli organismi che la generano. Ad esempio, sommergibili e sommozzatori furono a volte individuati proprio a causa della bioluminescenza generata dal plancton quando disturbato dal loro passaggio. Il primo caso avvenne nel novembre 1918 quando una nave britannica, al largo delle coste spagnole, notò una strana forma nell’acqua, di un blu luminoso e sospettosamente grande. Nel dubbio, la nave attaccò e il suo sospetto risultò essere corretto, si trattava di un sommergibile tedesco (forse l’U-34, anche se mai confermato dalla marina tedesca) che, interagendo accidentalmente con un campo di plancton bioluminescente, si illuminò tradendo la sua posizione. Gli effetti della bioluminescenza erano ben noti agli uomini delle difese costiere che ricercavano eventuali perturbazioni legate al passaggio di sommozzatori nemici. Durante la guerra fredda, tentativi sia occidentali che orientali di utilizzare questo fenomeno naturale in modo più ampio, utilizzando sensori speciali, si dimostrarono non costo efficaci per il problema della differenziazione dei contatti falsi positivi.
Il Naval Research Laboratory (ricercatore principale Lenny Tender) integrerà gli organismi microbici in una piattaforma di rilevamento per rilevare e caratterizzare i segnali biologici dei microrganismi naturali che rispondono alle “firme magnetiche” dei veicoli subacquei. La Florida Atlantic University (ricercatore principale Laurent Cherubin) registrerà e analizzerà i segnali di vocalizzazione della cernia gigante atlantica (Epinephelus itajara) in ambienti tropicali e subtropicali. Questi pesci, che possono pesare fino a 300 kg, sono comuni nelle acque degli Stati Uniti e producono forti suoni a bassa frequenza per scoraggiare gli intrusi. Ricordo che le basse frequenze hanno una propagazione migliore di quelle alte per cui si propagano molto più lontano. Le misure acustiche ottenute hanno permesso di valutare che, mediamente, i suoni emessi da una cernia gigante possono essere rilevati fino a 800 metri di distanza. Animali piuttosto loquaci che, oltre ai richiami di allerta, includono diversi suoni di corteggiamento per attirare eventuali compagni o per scopi ancora non chiariti.
Photo Chan T. Y. & Lin C. W. Description PRESERVED_SPECIMEN; Alpheidae; Identified by: Chan, Corbari, Macpherson, ATELIER BESSE Fév. 2011 – Fonti Collection Muséum national d’histoire naturelle Blue pencil.svg wikidata:Q838691 Accession number MNHN-IU-2010-5219 – Riferimenti http://coldb.mnhn.fr/catalognumber/mnhn/iu/2010-5219 – Fonte MNHN – Museum national d’Histoire naturelle (2020). The crustaceans collection (IU) of the Muséum national d’Histoire naturelle (MNHN – Paris). Version 68.158. Occurrence dataset https://doi.org/10.15468/qgvvhd accessed via GBIF.org on 2020-03-24. https://www.gbif.org/occurrence/473962020 Alpheidae (MNHN-IU-2010-5219).jpeg – Wikimedia Commons
Il team guidato da Raytheon BBN Technologies (ricercatrice principale Alison Laferriere) stat studiando una specie di gamberetti (Cragnon Synalpheus, C. Alpheus) in grado di produrre suoni estremamente rumorosi (i.e. source level 220dB riferiti a 1 µPa) per il rilevamento, classificazione e tracciamento a lungo raggio dei veicoli subacquei.
alla spigola viene inserito un trasmettitore che permetterà di monitorare i suoi movimenti sott’acqua. Nel caso specifico i ricercatori valuteranno gli spostamenti dei branchi di spigole ai rumori legati alla costruzione di una torre meteorologica da collocare al centro di un sito in cui sarà installata in futuro una turbina offshore. Scientists examine black sea bass ahead of offshore turbine project | University of Maryland Center for Environmental Science (umces.edu)
Il team guidato dal Center for Environmental Science dell’Università del Maryland (ricercatore principale David Secor) sta studiando delle spigole alle quali sono stati applicati sensori per tracciare i comportamenti di profondità e accelerazione dei banchi di questi pesci, quando disturbati da lavori antropici o dalla presenza di veicoli subacquei.
“L’approccio della DARPA sarebbe un vero passo avanti, se raggiunto“, ha affermato Sidharth Kaushal, ricercatore presso il RUSI, un think tank della Difesa del Regno Unito. “In linea di principio, un ecosistema di sensori viventi dispersi fluttuanti in modo permanente è [un’idea] allettante“.
Il progetto PALS, della durata prevista di quattro anni, ha già completato la fase di fattibilità iniziale ed i ricercatori stanno lavorando questa estate per dimostrare l’efficacia e congruità delle loro soluzioni con test controllati.
In estrema sintesi, le nuove ricerche stanno cercando di creare algoritmi intelligenti in grado di fornire risposte affidabili per identificare possibili intrusi. In campo militare, questa via naturale di comprensione dell’ambiente marino, studiando le dinamiche acustiche naturali, potrebbe permettere la scoperta di sottomarini avversari senza danneggiare la biofauna e aiutarci a meglio comprendere il nostro rapporto con gli ecosistemi sottomarini.
Ma ci sono altri aspetti, non meno importanti
Sintonizzarsi sui suoni prodotti dalla vita marina e apprendere il loro cambiamento a seguito delle interazioni naturali, può dare ai ricercatori un modo economico e rispettoso dell’ambiente per monitorare l’impatto delle attività umane sul mondo sottomarino. Informazioni utili per valutare futuri progetti antropici come parchi eolici marini, trivellazioni petrolifere e future attività minerarie nei fondali marini.
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