Airguns - der unterschätzte Störfaktor

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Airguns in der Antarktis – Unterwasserlärm in einem der letzten Refugien seltener Meeressäuger
Quelle: Sebastian French / Fotolia.com

Die Ozeane um die Antarktis gehören zu den wenigen Regionen der Welt, in denen wenig Unterwasserlärm durch menschliche Aktivitäten 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 könnte.

Störender Unterwasserschall

Wale und Robben sind in hohem Maße auf ihr Gehör angewiesen. Die akustische Wahrnehmungsfähigkeit ihrer Umwelt ist für sie lebenswichtig. Menschgemachter Unterwasserlärm ist heute in allen Ozeanen fast ständig präsent und verändert die natürliche Geräuschkulisse, in der sich Meeressäuger entwickelt haben. Schiffsverkehr ist eine Quelle chronischen Lärms, 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 können dabei 1.000-mal lauter sein als ein Schiff. Für diese lauten Schallimpulse wird schon länger befürchtet, dass sie das Gehör von marinen Säugetieren schädigen können. Unterwasserlärm kann aber auch die innerartliche Kommunikation und die Wahrnehmung anderer Umgebungssignale stören, die beispielsweise für Wale wichtig sind, um Nahrung oder Paarungspartner zu finden.

Eine aktuelle Studie des Umweltbundesamtes zeigt, dass auch die mögliche Fernwirkung von Unterwasserlärm nicht unterschätzt werden sollte: In dieser Studie wurde die Wirkung von Airgunimpulsen auf Kommunikationsreichweiten von marinen Säugetieren analysiert: Kurze, tieffrequente Schallsignale können sich über große Entfernungen zu einem akustischen Dauersignal verlängern, dass ein hohes Störpotential für Blau- und Finnwale hat. In der Studie wurde die Schallausbreitung von Airgunsignalen für Entfernungen bis zu 2.000 km von der Quelle modelliert. Anschließend wurden die modellierten Störsignale der Airguns mit den Vokalisationen von Finnwal, Blauwal und Weddellrobbe überlagert, um die Distanzen zu berechnen in denen deren Kommunikation potentiell gestört oder verhindert wird.

Das Modell demonstriert, dass Airgunsignale eine Fernwirkung bis mindestens 2.000 km haben können, so dass Tiere innerhalb des besonders geschützten Bereiches des Antarktis südlich von 60° S betroffen sein können, selbst wenn Forschungsschiffe nördlich des 60° S Breitengrades arbeiten. Schon in mittleren Entfernungen (500-1.000 km) wird das Airgunsignal zu einem intervallartigem Geräusch gedehnt, dass bereits ein hohes Maskierungspotential hat. In Entfernungen ab 1.000 km dehnen sich Airgunimpulse zu einem kontinuierlichen Geräusch 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 größte Teil der von Airguns erzeugten Schallwellen stammt aus dem tiefen Frequenzbereich bis 300 Hz, so dass eine Überschneidung mit Lauten und Gesängen von Walen und Robben wahrscheinlich ist. Vor allem die im Südlichen Polarmeer häufigen 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 Störsignale wurden mit Rufen und Gesängen von Finnwal, Blauwal und Weddellrobbe überlagert, um die Distanzen zu berechnen, in denen Maskierung von Kommunikationssignalen potentiell vorkommt. Die Signale wurden mit einem mathematischen Hörmodell (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 Geräusche 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 größten. Folglich sind tieffrequente Bartenwale (wie z.B. Finn- und Blauwale) wahrscheinlich am stärksten betroffen.
  • Airgunsignale habe eine Fernwirkung bis mind. 2.000 km, so dass Tiere südlich des 60° S Breitengrades betroffen sein könnten, selbst wenn Untersuchungsschiffe nördlich des 60° S Breitengrades arbeiten.
  • Schon in mittleren Entfernungen (500-1.000 km) wird das Airgunsignal zu einem intervallartigem Geräusch gedehnt, dass bereits ein hohes Potential hat den Kommunikationsraum von tieffrequent vokalisierenden Meeressäuger 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 höchstwahrscheinlich 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 zuverlässige Schätzung der Signaldehnung und kann anderen Umweltbedingungen angepasst werden. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass derzeit nur begrenzt Kenntnisse über das Hörvermögen 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 große Distanzen möglich sind. Bei dem modellierten Maß der Auswirkungen sind Effekte auf Populationsebene nicht auszuschließen 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 möglich ist. Hierzu gehört zum Beispiel die Arktis, in der in den nächsten Jahren mit einer Vielzahl von Airgun-Einsätzen zur Erkundungen des Meeresbodens auf Bodenschätze zu rechnen ist.

In Deutschland hat das Umweltministerium ein Schallschutzkonzept für die Nordsee entwickelt, dass den hier vorkommenden Schweinswal vor schädlichen Einflüssen durch Verletzung und Störung bewahren soll. Für die Antarktis arbeitet das UBA an einem entsprechenden Konzept zum Schutz der dort heimischen Wale und Robben und fördert hierzu auch die Diskussion auf der jährlichen Konferenz der Antarktisvertragsstaaten (ATCM).

Schema zur Lärmbelastung
Schema Einsatz von wissenschaftlichen Airguns
Quelle: Hannes Grobe / Alfred Wegener Institut