Bruinvis fluisteraar van de zee
De bruinvis is een klein zeezoogdier dat leeft aan de Nederlandse kust. De naam doet je denken aan een bruingekleurde vis, maar in werkelijkheid is de blauw-grijs gekleurde bruinvis met een maximale lengte van 1.80 meter, s ‘werelds kleinste walvisachtige. Kijk voor een kort filmpje over de bruinvis op: http://www.np-oosterschelde.nl/over-het-park/natuur.htm Wat ga jij tijdens deze les doen? In een groepje van 2 a 3 personen ga jij aan de slag met het lespakket. Hier leer je van alles over de bruinvis en zijn manier van communiceren en zien in de zee. Tijdens de theorie zijn een tweetal practicum opdrachten die je gezamenlijk in je groepje uitvoert. Wanneer jullie de theorie hebben gelezen en de practicum opdrachten hebben uitgevoerd volgen er een aantal vragen die je met behulp van de theorie kunt antwoorden. Antwoorden worden klassikaal besproken. Als slot opdracht kruip jij samen met je groepje in de rol van een natuurbeheerder. Als natuurbeheer heb jij de taak om de natuur in Nederland te beschermen en te beheren. Dit houdt bijvoorbeeld in, natuurbruggen over snelwegen plaatsen, nieuwe natuurparken creëren of het beschermen van de bruinvis. Tijdens deze opdracht krijg je een situatie voorgelegd waarin de bruinvis mogelijk verstoord raakt. Jullie worden als natuurbeheerder ingeschakeld om een advies te geven.
1
Theorie en practicums Van alle unieke eigenschappen die bruinvissen en andere walvisachtige hebben ontwikkeld om te overleven in de zee, is hun mogelijkheid om onderwater geluiden te produceren één van de meest belangrijkste eigenschappen. Zonlicht verlicht en verwarmt alleen de bovenste laag van de oceaan. Hoe dieper je dus gaat, hoe donkerder en kouder het wordt. De bovenste laag van de oceaan kan ook erg troebel zijn. Dit kan bijvoorbeeld door de aanwezigheid van veel plankton of een sterke stroming dat zand doet opwellen naar het wateroppervlak. Wanneer walvisachtigen alleen afhankelijk zouden zijn van hun ogen, kunnen ze ’s nachts en overdag wanneer het water troebel is, slecht zien. Gelukkig hebben odontoceti (tandwalvissen) een unieke eigenschap ontwikkeld dat ervoor zorgt dat ze ’s nachts en in troebel water toch kunnen zien. Dit doen odontoceti met behulp van geluid. In deze les ga je van alles leren over hoe bruinvissen hun weg door de oceaan vinden door middel van geluidsgolven. En wat voor effect de mens hierop heeft.
Bruinvissen gebruiken geluid om te navigeren, te communiceren en om hun prooien te vinden. Ze maken twee soorten geluiden. Fluitgeluiden gebruiken ze om te communiceren. En klikgeluiden gebruiken ze om te navigeren en om hun prooien te vinden, ook wel echolocatie genoemd. Bruinvissen “kijken” door geluiden te maken. Bruinvissen communiceren niet met hun mond, maar met hun voorhoofd. Boven op het hoofd zit een blaasgat waar de bruinvis mee ademhaalt. In de adembuis bevinden zich lipachtige spiertjes die zijn omgeven met luchtzakken en heel fijn spierweefsel. Wanneer bruinvissen ademhalen, stroomt er lucht via het blaasgat naar de luchtzakken. Door geforceerd lucht te verplaatsen in de nasale(neus) holtes, ontstaan er trillingen in het omgevende weefsel, waardoor geluid ontstaat. De lipachtige spiertjes produceren de klikgeluiden. Denk als voorbeeld aan een ballon waar je lucht uit laat. Kijk naar figuur 1 voor het gehoorsysteem van de bruinvis.
Figuur 1: Schematische afbeelding van het hoofd van de bruinvis 2
Geluidsgolven verplaatsen zich naar het voorhoofd van de bruinvis waar een groot vetachtig orgaan, genoemd meloen, zich bevind. Deze meloen fungeert als een soort akoestische lens, dat ervoor zorgt dat het geluid in een gerichte “straal” de omgeving in wordt gestuurd. Bruinvissen gebruiken echolocatie om te “zien” onder water. Dit doen ze door klikgeluiden te maken, zie ze richten op bepaalde objecten. Dit kunnen objecten als een school vis, een grote steen of zelfs een boot zijn. De klikgeluiden verplaatsen zich vanaf het hoofd van de bruinvis, door het water, raken dan een object en worden zo weer terug gekaatst. Zo ontstaat er een echo. Dit werkt precies hetzelfde als wanneer je in een grot staat en schreeuwt. Een paar seconde na dat je heb geschreeuwd, hoor je jouw echo. Hoe langer het duurt voordat je de echo hoort, hoe verder weg het object is. Kijk naar figuur 2 voor de werking van echolocatie.
Figuur 2: Echolocatie bruinvis
Op deze manier vormt de bruinvis een beeld van de onderwaterwereld waarin hij leeft. Inclusief bodemprofiel, hindernissen, soortgenoten en andere prooidieren. Bruinvissen kunnen zelfs bodemdieren zien liggen omdat deze een andere dichtheid hebben als de ondergrond. Het gebruik maken van echolocatie helpt de bruinvis en andere odontoceti met het overleven in een aquatische omgeving. Dit hebben ze nodig, want ook al is hun zicht vermogen erg goed, zonlicht schijnt niet ver de diepte van de oceaan in. Zie figuur 3. Dit is simpel te testen, want als jij je ogen opent onderwater, zelfs met een snorkel op, dan kun je niet ver zien. In tegenstelling tot licht, verplaatst geluid zich wel heel goed in water. Is het jou wel eens opgevallen hoe luidruchtig het is in een zwembad?
3
Figuur 3: Zonlicht in de oceaan
Bruinvissen horen echo’s niet via oren aan de buitenkant van hun lichaam net als mensen, maar ontvangen de geluiden via hun onderkaak (zie figuur 2). De onderkaak van de bruinvis is hol en gevuld met een vettige substantie wat fungeert als een akoestisch venster. De vettige substantie zorgt ervoor dat de geluiden goed worden geleid naar een inwendig oor. Dat de oren van een bruinvis in het hoofd zitten is door de evolutie ontstaan. Uitwendige oren zouden alleen maar vollopen met water en niet tegen de druk van het water kunnen. Het inwendige oor van de bruinvis zit daarom diep in het hoofd en is omgeven door botten en nog meer vettig materiaal. Dit beschermt het oor tegen waterdruk tijdens een diepe duik. Ook dient als isolatie van geluid wat van de onderkaak vandaan komt. De hersenen van de bruinvis verwerkt en vertaald alle geluiden en interpreteert zo een beeld van de omgeving van de bruinvis.
Benodigdheden: spoel van ijzerdraad 1 mm dikte (1 meter per groep), 1 ijzer muntje per groep. 1. Laat één groepsgenoot ongeveer 20 cm van de uiteinde van het ijzerdraad om elke wijsvinger wikkelen. 2. Laat je groepsgenoot met ijzerdraad, zijn vingers zover uitelkaar houden dat het ijzerdraad niks andere meer aanraakt op de wijsvingers na. Een andere student tikt op het ijzerdraad met het geldmuntje. Luister goed hoe het klinkt! 3. Om als een bruinvis te horen, moet je het ijzerdraad tegen je oor houden, dan hoor je op dezelfde manier als de bruinvis. Dit doe je door zachtjes je wijsvingers met ijzerdraad in je oren te doen. Laat een andere leerling net als bij stap 2 met een muntje op het ijzerdraad tikken. Let goed op dat tijdens het tikken met het muntje, het ijzerdraad niks anders aanraakt dan jou vingers. Doe dit om de beurt. Hoor je het verschil tussen de eerste keer en de keer met wijsvingers in je oren? Vraag Wat gebeurde er, zonder en met wijsvingers in je oren, op het moment dat je met het mutje op het ijzerdraadje tikte?
4
Geluid is een vorm van energie. Terrestrische (land) dieren en mensen waarnemen geluid door middel van trillingen van moleculen in de lucht. Onze oren waarnemen deze trillingen en zenden deze trillingen naar onze hersenen waar het wordt vertaald naar geluid. Aquatische (water) dieren waarnemen geluid via trillingen door water moleculen. Watermoleculen liggen dichter op elkaar dan lucht moleculen, hierdoor kan geluid zich veel efficiënter verplaatsen door water dan door lucht. Daarom klinkt geluid harder en verplaatst zich verder onderwater dan in de lucht.
-
Snelheid geluid in zeewater 1532 m/s Snelheid geluid in lucht 344 m/s
> De snelheid van geluid is in water 4,5 keer sneller dan in de lucht. De klikgeluiden van de bruinvis kunnen wij niet horen. Dit komt omdat de frequentie van klikgeluiden per seconde te hoog is voor de mens om te horen. De frequentie van geluiden druk je uit in kHz (Kilohertz). De mens kan geluiden horen van 2 tot 20 kHz. Alle geluiden boven de 20 kHz, zijn ultrasone geluiden en kan de mens niet horen. Geluiden onder de 2 kHz, noem je infrasoon. Sommige dieren zoals olifanten of vinvissen, maken infrasone geluiden. Andere dieren zoals vleermuizen of de bruinvis, maken ultrasone geluiden. Het geluid van een bruinvis is gemiddeld 120 kHz. Dus ruim boven het bereik van de mens!
Benodigdheden: Stemvork (was na elke experiment de uiteinden van de stemvork) Bespreek met je groepje hoe, wanneer je ooit een opname van je eigenstem hoort, het moeilijk te geloven is dat dat je eigen stemgeluid is. Maar dat andere duidelijk horen dat het wel jou stemgeluid is. Dit komt omdat je jou eigen stem anders hoort dan dat andere joe stem horen. Jij hoort je eigen stem niet alleen via trillingen uit de lucht die binnen komen via je oor, maar ook via vibraties in jou botten. Sommige geluiden gaan via je botten en vibreren direct naar je binnenoor. Zo hoor jij je stem op een manier dat niemand anders kan. Omdat andere alleen jou stem kunnen horen via trillingen in de lucht. Om erachter te komen hoe dit werk heb je een stemvork en een metaal object nodig. 1. Sla met de tanden van de stemvork op een metaal object en hou daarna de stemvork naast je oor. Luister goed naar wat je hoort. 2. Zodra het geluid vervaagt, stop je het eind van de vork (handvat) tussen je tanden en bijt er stevig op. Luister goed naar wat je hoort. Bespreek de volgende vragen 1. 2. 3. 4.
Hoorde je met de stemvork tussen je tanden nog steeds geluid? Was dat geluid hetzelfde of anders? Passeerden de geluidstrilling van de stemvork toen door je tanden en schedel? Dit practicum laat dus zien dat trillingen van geluid anders kunnen klinken door verschillende materialen of stoffen. Nu trilde de geluidsgolven door je schedel, een vaste stof. Bedenk een aantal voorbeelden dat geluid anders kan klinken omdat de trillingen niet via de lucht worden ontvangen.
5
Bruinvissen worden ook wel fluisteraars van de zee genoemd. Ze zijn veel minder luidruchtig dan bijvoorbeeld dolfijnen of orka’s en hebben daardoor ook een gevoeliger gehoor ontwikkeld. Bruinvissen kunnen dus als het ware met elkaar fluisteren. Voor de hoge ultrasone geluiden die bruinvissen maken en horen, hebben ze meer zenuwcellen in hun oor dan andere dieren. Wanneer mensen of andere dieren worden blootgesteld aan deze hoge geluiden, kan dit leiden tot schade aan de zenuwcellen in het binnenoor. Wanneer jij bijvoorbeeld naar een concert bent geweest en je oren blijven na het concert een tijdje suizen, betekent het dat jij schade hebt opgelopen. Schade op korte termijn kan jou lichaam zelf herstellen. Langdurende schade kan leiden tot het niet meer kunnen horen van bepaalde frequenties. Het verliezen van het vermogen om te horen is een handicap voor mens en dier. Walvisachtige zijn afhankelijk van het vermogen om te horen. Dit omdat ze niet in donker en troebel water kunnen zien. Wanneer bruinvissen gehoorschade oplopen, belemmerd dit niet alleen het vermogen om te kunnen communiceren, maar ook het vermogen om te navigeren en het vinden van voedsel wordt een stuk lastiger.
Het is zorgelijk dat harde geluiden, die bijvoorbeeld komen van militaire schepen die gebruik maken van sonar geluiden, gelinkt kunnen zijn aan gehoorschade bij walvisachtige. Er wordt ook gedacht dat deze gehoorschade van militaire schepen de oorzaak is van sommige strandingen aan de kust. Ook natuurlijke gebeurtenissen, zoals aardbevingen, harde regen en wind of een gletsjer dat instort zijn luidruchtige gebeurtenissen. Toch zijn het mensen die de oorzaak zijn in de toename van geluidsvervuiling in de zee. De eenheid voor het meten van kracht van geluid wordt uitgedrukt in decibel. Geluid van boven de 80 decibel, langer dan 8 uur per dag kan leiden tot gehoorschade. Geluiden van 120 decibel kunnen na 4 minuten al leiden tot gehoorschade. Voorbeelden van geluiden in de lucht die wij soms dagelijks horen zijn:
-
Fluisteren 40 decibel Praten 60 decibel Grasmaaier 90 decibel Muziek concert 100 decibel Vuurwerk, opstijgende vliegtuigen en motoren boven de 120 decibel Hieronder zie je een overzicht van natuurlijke geluiden en niet natuurlijke geluiden in de zee.
Natuurlijke geluiden uit de oceaan Witsnuitdolfijn echolocatie klikgeluiden Dolfijn fluitjes Geluiden grijze walvis Klap op water van staartvin van de bultrug Happen van een garnaal Breken van ijs Vulkanische eruptie op de zeebodem Bliksem inslag op het wateroppervlak Zware regenval Niet natuurlijke geluiden door de mens Sleepboot met schip ( 18 km per uur) Militaire sonar Groot tanker schip Seismische test met luchtgeweer
Intensiteit van geluid in water in decibel 219 173 185 192 189 193 255 260 35 Intensiteit van geluid in water in decibel 171 235 186 234 6
Ga voor voorbeelden van al deze en andere geluiden uit de zee naar: http://www.dosits.org/gallery/intro.htm. Bedenk dat de intensiteit van geluid onder water niet hetzelfde is als in de lucht. 180 decibel in het water is 118,5 decibel in de lucht. Naast harde geluiden, die tot fysieke schade kunnen leiden, kunnen ook lagere geluiden het leven van de bruinvis verstoren. Wanneer een omgeving erg luidruchtig is door menselijke activiteiten ( bijvoorbeeld door boordrillingen of havenactiviteiten) kan een bruinvis zijn soortgenoten, of zelfs zichzelf, niet meer horen. Een te lange blootstelling aan zulke geluiden kan leiden tot stress. Ook kan het ervoor zorgen dat een bruinvis niet kan vluchten van gevaar omdat het niet kan horen en bepalen waar het gevaar vandaan komt. Of het kan zelfs geen voedsel of zijn familieleden meer vinden. Helaas kunnen we niet al deze schadelijke geluiden in de oceaan laten verdwijnen. Wel kunnen we proberen om deze geluiden in gebieden waar de bruinvis leeft, zoveel mogelijk te verminderen. Eén manier om deze zeezoogdieren minder te verstoren is om te inventariseren. Wanneer een bruinvis of een andere walvisachtige wordt gesignaleerd in een gebied, moeten alle potentiele bronnen van schadelijk geluid hun activiteiten stop zetten. Hoewel de intenties goed zijn, werk dit in de praktijk niet altijd even goed. Daarom moeten we allemaal samenwerken om de schadelijke oceaan geluiden te verminderen.
Het is dus belangrijk dat de geluiden die de mens produceert zo laag zijn, dat de bruinvis niet wordt verstoord. Walvisachtige overleven al miljoenen jaren in de oceanen. Sommige soorten zijn minder gevoelig voor verandering, andere soorten zoals de bruinvis zijn wel heel gevoelig. Bruinvissen zijn met name gevoelig voor menselijk activiteiten en geluiden. Bruinvissen lijken gebieden die veel worden verstoord door de mens te vermeiden. Het is niet duidelijk hoe hard de verstorende geluiden moeten zijn om het leven van een bruinvis te verstoren. Wel weten we dat wanneer er in een gebied veel storende menselijke activiteiten en geluiden zijn, de bruinvis dit gebied gedwongen zal verlaten. De bruinvis is een zeezoogdier dat moeilijk te vinden is. Het is klein (max 1,80 m lang), leeft in kleine groepen, heeft goede schutkleuren en zal zelden boven het water uitspringen als een dolfijn. Hierdoor is er weinig bekend over de bruinvis en zijn het lastige dieren om te onderzoeken. Bruinvissen dienen als indicators, ze laten zien hoe de mens effect heeft op hun leven en het leven van andere organismes. Wanneer bruinvissen dus uit een gebied vertrekken, is het bijna met zekerheid te zeggen dat dit komt door toedoen van de mens. Alle mensen moeten samenwerken om deze negatieve effecten om te zetten in positieve effecten. Zodat het leven van de bruinvis en andere dieren, niet meer wordt verstoord. Veel organisaties in Nederland, zoals SOS Dolfijn, Nationaal park de Oosterschelde, of stichting de Noordzee zetten zich in voor de belangen van de Bruinvis. Want het is toch bijzonder dat zo’n bijzonder mooi dier aan onze kust leeft?
7
Opdrachten Allereerst toets jij naar aanleiding van de theorie jou kennis. Beantwoord daarvoor onderstaande vragen. 1. Wat voor twee soorten geluiden maken bruinvissen? Waar gebruikt de bruinvis deze geluiden voord? En welke van deze twee soorten geluiden kan de mens horen? 2. Verbind de volgende termen a. 2 – 20 kHz b. Ultrasoon c. Infrasoon
a. Ligt lager dan het bereik van wat mensen kunnen horen b. Ligt hoger dan het bereik van wat mensen kunnen horen c. Het bereik van wat mensen kunnen horen
3. Noem een dier dat infrasone gebruikt en een dier dat ultrasone geluiden maakt 4. Welke onderdelen in het gehoorsysteem van de bruinvis is gevoelig voor harde geluiden? 5. Gebruik grafiek papier. En teken met behulp van de gegevens uit onderstaande tabel een staafdiagram. Zet de decibellen op de y-as en de niet natuurlijke geluiden op de x-as. Gebruik het getal 20 als interval op de y –as. Niet natuurlijke geluiden Seismische onderzoek Sleepschip met schip Militaire sonar geluiden Groot tankerschip
Decibel 200 170 235 185
8
Nu je van alles over de bruinvis heb geleerd, gaan jullie als groepje een adviesrapport schrijven in de rol van een natuurbeheerder. Als natuurbeheerder heb jij de taak om de inheemse flora en fauna te beschermen en te beheren. De situatie is als volgt:
Een nieuw Marineschip van de Nederlandse defensie, wil militaire oefeningen gaan houden aan de Nederlandse kust. Het is een hydrografisch schip, dat door middel van sonar geluiden de bodem van de Noordzee in kaart brengt. Net zoals de bruinvis dat doet. In het gebied dat de marine als oefenterrein wilt gebruiken, zijn recentelijk bruinvissen gesignaleerd. Ook is hier vorig jaar, vlak na eerdere oefeningen van de marine, een bruinvis gestrand. SOS Dolfijn heeft de bruinvis opgevangen en heeft laten weten dat het dier jong en ernstig vermagerd was. De marine is recentelijk zelf in het gebied gaan kijken of er nog steeds bruinvissen aanwezig zijn. Ze zijn gaan kijken op een stormachtige dag, met hoge golven en veel regen. Ze beweren geen bruinvissen te hebben gezien. Daarom willen ze graag zo snel mogelijk beginnen met hun oefening. Om toestemming te krijgen voor het uitvoeren van de oefening, vraagt de defensie eerst nog om een adviesrapport van een natuurbeheerder.
Schrijf een adviesrapport. In een adviesrapport geef je, zoals het woord al zegt, een beredeneerd advies. Hierin adviseer je een bedrijf of organisatie over een bepaald probleem of vraagstuk. Een goed advies geef je op basis van jouw eigen of andermans onderzoek. Bij een adviesrapport probeer je de lezer te overtuigen dat jouw advies goed is en overgenomen moet worden. Julie als groep gaan een kort adviesrapport schrijven. De inhoud is als volgt: 1. Inleiding/het probleem (150 woorden) In de inleiding van het adviesrapport geef je aan voor wie je schrijft en wat het doel van het adviesrapport is. Ook ga je in op de aanleiding van het rapport. Je geeft aan welk probleem heeft geleid tot dit adviesrapport. Je kan daarbij ook aangeven waarom het belangrijk is dat het probleem wordt opgelost. In je inleiding behandel je vervolgens de hoofdvraag “ Kan de Marine de oefening met hun nieuw hydrografisch schip uitvoeren?” 2. Het onderzoek (400 woorden) Na je inleiding, beschrijf je hoe je onderzoek hebt gedaan naar het vraagstuk, wat de resultaten zijn en je conclusie.
9
Behandel in je resultaten de volgende onderwerpen: De bruinvis en zijn afhankelijkheid van gehoorvermogen om te “zien” Verstoren van de bruinvis door niet natuurlijke geluiden in de zee en de gevolgen daarvan Geluiden die de marine produceert d.m.v. sonar geluiden. Laat dit bijvoorbeeld zien met de grafiek die je eerder heb gemaakt. Of benoem het aantal decibel. 3. Alternatieven ( 150 woorden) Hier bespreek je welke mogelijke oplossingen er zijn voor het probleem. Je kunt bij elke mogelijke oplossing de voor- en nadelen aangeven. 4. Het advies (100 woorden) Uiteindelijk presenteer je hier je onderbouwde keuze. Het is belangrijk dat de lezer van het rapport deze afsluiting kan begrijpen zonder de rest van het rapport te lezen. Alle benodigde informatie kun je halen uit de theorie. Aanvullende informatie kun je zelf opzoeken in de mediatheek. Let wel op de bronvermelding!
10
