Los mamíferos marinos, como las ballenas, los delfines y los puercos, son uno de los animales más activos de la Tierra, produciendo un rico repertorio de sonidos para la comunicación, navegación, forraje y unión social. Estas vocalizaciones, desde los gemidos de baja frecuencia de las ballenas azules hasta los clics de alta frecuencia de los porpoises portuarios, información crítica sobre la proximidad de un estado animal

Importancia de la observación basada en el fuego

El monitoreo basado en los golpes de los sonidos de mamíferos marinos es un enfoque poderoso y no intrusivo que ha crecido en importancia como la biología de conservación y la ecología conductual buscan minimizar el trastorno humano al mismo tiempo que maximiza la calidad y cantidad de datos. A diferencia de las encuestas basadas en la embarcación, que pueden alterar el comportamiento de especies sensibles (por ejemplo, por ruido de motor o presencia física), métodos basados en la costa permiten que los animales se comportan naturalmente mientras que los investigadores recopilan datos acús.

Costo-Efectividad y datos a largo plazo

La instalación de un buque de investigación durante semanas o meses es costosa y a menudo limitada por el clima, el combustible y la disponibilidad de la tripulación. Las estaciones basadas en los zapatos, por el contrario, requieren una inversión de capital más baja y pueden operar todo el año con personal mínimo. Un conjunto de hidrofonos fijo instalado en un muelle, muro marino o playa puede registrar durante meses sin cobertura.

No-Invasive Behavioral Insights

Debido a que las grabaciones basadas en la costa no requieren perseguir o acercarse a los animales, proporcionan muestras imparciales de comportamiento acústico natural. Por ejemplo, los investigadores han utilizado sistemas de hidrofonos costeros para estudiar interacciones madre-calf en las ballenas asesinas (Orcinus orca) y para vigilar la aparición de ballenas derechas del Atlántico Norte en peligro (Eubalaena glacialis) a lo largo de los pasillos migratorios. La ausencia del ruido del motor de un buque también permite la grabación de sonidos más suaves, como las llamadas sociales de los sellos portuarios o los sutiles cuestiones acústicos utilizados por delfines durante el forraje cooperativo.

Accesibilidad y educación

Las comunidades locales, los científicos ciudadanos y las instituciones educativas pueden construir y mantener plataformas de grabación basadas en los zapatos, lo que permite a los interesados, pescadores, directores de costas, grupos escolares, participar en la recopilación de datos y crear conciencia de la conservación de mamíferos marinos. Varios programas exitosos, como el proyecto Orca Sound en Columbia Británica, dependen de hidrofonos con base en la costa instalados por voluntarios y vinculados a paneles de orientación pública.

Métodos para registrar las vocalizaciones

El núcleo de la vigilancia acústica basada en la costa es el hidrofono, un micrófono submarino que convierte las fluctuaciones de presión (ondas de sonido) en señales eléctricas. Los sistemas modernos consisten en un hidrofono, un cable, un amplificador o preamplificador, y un dispositivo de grabación. Las subsecciones siguientes detallan el equipo y las estrategias de despliegue utilizadas en el campo.

Tipos y especificaciones de hidrofono

Los hidrofonos varían en sensibilidad, respuesta a frecuencias y calificación de profundidad. Para el trabajo a base de la orilla, se prefieren los hidrofonos ancho de banda ancha porque los mamíferos marinos producen sonidos de los rayos de ancho de banda ancha. <10 Hz (baleen whale songs) to >150 kHz (clics de ecolocalización dedolfo). Las opciones comunes incluyen sensores piezo-ceramic o piezo-polímeros ubicados en casquillos impermeables. Muchos investigadores utilizan modelos fuera de la plataforma como los SoundTrap (Instrumentos de Oceano) o HTI‐96‐MIN (High Tech Inc.) en combinación con un cable largo de tetera. especificaciones importantes incluyen una respuesta de frecuencia plana sobre la banda de destino, baja auto-noise, y suficiente sensibilidad para capturar sonidos de individuos cientos de metros de distancia.

Cable and Deployment Systems

La distancia entre el hidrofono y la estación de grabación varía dependiendo de la geometría de la costa y la profundidad del agua. Las implementaciones típicas utilizan un cable de 50–500 metros de herida en un winch a mano, permitiendo que el hidrofono se posiciona bien más allá de la zona de surf. El cable debe ser robusto para la abrasión, el crecimiento marítimo y las corrientes; los cables ametrallados de onda o de goma son comunes.

Dispositivos de grabación y gestión de datos

Los grabadores digitales deben ofrecer al menos 16 bits de resolución y una tasa de muestreo de ≥96 kHz para capturar frecuencias de hasta 48 kHz (el límite superior de la mayoría de las llamadas de ballenas baleadas). Para los delfines y los porpoises, son necesarias tasas de muestreo de 256 kHz o superior. Serie Song Meter (Acústica de Vida Silvestre) puede ser alimentado por baterías o paneles solares y almacenar datos en tarjetas SD o directamente a tapa. La gestión de datos es un desafío creciente: una sola matriz puede generar terabytes de audio al año. Los investigadores dependen cada vez más de detectores automatizados y tuberías basadas en la nube para un procesamiento eficiente.

Implementación de las mejores prácticas

Para minimizar la contaminación por ruido, el hidrofono debe suspenderse al menos 1–2 metros sobre el fondo marino, lejos de las ondas de ruptura de la costa. Un pequeño grupo de anclaje y subsuperficie puede mantener el sensor estable. El cable debe ser enterrado o ponderado para evitar vibraciones de corrientes. Durante la instalación, una grabación cuidadosa de metadatos — coordenadas GPS, profundidad, fuente de agua, fecha, hora y nivel de ruido ambiente— es esencial para el análisis posterior.

Analizar las vacunas de mamíferos marinos

Una vez que se recuperan las grabaciones, el audio crudo debe convertirse en información biológica significativa. El análisis normalmente se realiza en etapas: detección manual o automatizada, clasificación de tipos de sonido, e interpretación en el contexto del comportamiento y el medio ambiente.

Espectrogramas y características acústicas

La herramienta principal para visualizar el sonido es el espectrograma —una trama de frecuencias de tiempo donde el eje x es tiempo, el eje y es frecuencia e intensidad (amplitud) está representado por color o escala gris. Los investigadores utilizan espectrogramas para identificar llamadas por sus patrones distintivos: un silbido tonal continuo de un delfín de nariz de botella, una serie de pulsos en una bola de espermatozoides, o el largo,

  • Frecuencia del centro – el tono dominante de la llamada.
  • Duración – longitud de la llamada en segundos o milisegundos.
  • Modulación – cambios en la frecuencia con el tiempo (por ejemplo, ascendente, descendente, sinusoidal).
  • Tasa de repetición – el número de llamadas por minuto o hora.
  • Ancho de banda – la gama de frecuencias cubiertas por la llamada.

Detección y clasificación automatizadas

Dado el enorme volumen de datos, el escaneo manual de cada archivo es poco práctico. PAMGuard y Raven Pro Incorpora algoritmos para detectar tipos de llamadas específicos basados en umbrales de energía, seguimiento de pico espectral o redes neuronales. Las redes neuronales convolutivas (CNN) entrenadas en miles de espectrogramas etiquetados ahora pueden clasificar las llamadas de múltiples especies con precisión de √95%. Estas herramientas permiten un análisis a gran escala que fue imposible hace una década.

Enlace de llamadas a comportamiento y especies

Un reto persistente es asociar una llamada grabada con un contexto específico de animales o comportamientos. Cuando los avistamientos visuales son posibles desde la costa (por ejemplo, con binoculares o telescopios), los investigadores pueden notar el número, especies y actividad de los animales mientras el hidrofono está funcionando. Al hacer referencia a datos acústicos y visuales de tiempo cruzado, pueden construir catálogos de llamadas inexistentes a comportamientos como alimentación, socialización, viajes, etc.

Patrones clave de la Vocalización y sus Significados

Los mamíferos marinos utilizan diferentes tipos de sonido para diferentes funciones. El registrador de la costa encontrará varias categorías amplias, cada una con características acústicas distintas.

Whistles y canciones batidas

La mayoría de los delphinids (dolphins y sus familiares) producen silbidos modulados de frecuencia, a menudo caracterizados por una frecuencia fundamental que va desde 2 hasta 30 kHz. Los silbidos de la firma son individualmente distintivos y utilizados para el reconocimiento de identidad dentro de una cápsula. Estudios basados en los zapatos han demostrado que estos silbidos varían con el tamaño de grupo, la actividad y el tiempo de día.

Llamadas pulsadas y clics de ecolocación

Los odontocetos (huelgas desgastadas) producen rápidos clics de banda ancha para ecolocalizar. Secuencias de clics, llamados “buzzes”, ocurren cuando se acercan a la presa. Muchas especies también emiten llamadas de ráfagas – cortos, repetidos rápidamente pulsos que suenan como creaks o gritos. Estos son a menudo asociados con estados de alta excitación como agresión o emoción.

Moans de baja frecuencia y gruas

Las ballenas de color verde producen sonidos largos y de baja frecuencia (10–500 Hz) que pueden recorrer cientos de kilómetros en canales oceánicos profundos. Las canciones de ballena azul están entre los sonidos animales más ruidosos de la Tierra. Los hidrofonos con base en los zapatos colocados en márgenes continentales han detectado cantos de ballena azul de grupos distantes, proporcionando información sobre la estructura de población y la migración.

Noise biológico de los no-Cetaceanos

Es importante señalar que los micrófonos basados en la costa también captan sonidos de pinnipeds (sellos, lobos marinos), pescado, camarones desprendibles e incluso actividad humana. Las focas grises producen gruñidos y gruñidos intestinales; las focas portuarias hacen llamadas tonales a menudo equivocadas para los silbidos del delfines.

Desafíos en Grabación Basada en Shore

A pesar de las ventajas, la grabación basada en la costa no está sin dificultades. El problema más persistente es el ruido de fondo, que puede ocultar o distorsionar las señales de destino.

Ambient Noise de Waves y el Tiempo

Las ondas de ruptura generan ruido de banda ancha que es particularmente fuerte en frecuencias inferiores a 1 kHz. Los mares, viento y lluvias de tono elevan aún más el nivel ambiente. Para mitigar esto, los hidrofonos suelen ser colocados bien al margen de la zona de surf, y se aplican técnicas de procesamiento de señales como filtrado de pasas de banda o subtracción espectral.

Fuentes de ruido antropogénico

Las zonas costeras están ocupadas: el cultivo de motores fuerabordados, el drone de carriles de transporte, mantenimiento portuario y actividades recreativas como los esquís de chorro contribuyen al ambiente acústico. Este “frag acústica” no sólo puede ocultar llamadas sino también alterar el comportamiento de los propios animales: algunas especies aumentan la amplitud o frecuencia de cambio cuando se expone al ruido de barco (el efecto Lombard).

Dificultades de detección y localización de animales

Un solo hidrofono no puede determinar la dirección o distancia de una fuente de sonido. Para localizar animales, se necesitan múltiples hidrofones sincronizados (una matriz) separados de decenas a cientos de metros, una configuración que es logísticamente desafiante desde la costa. Los algoritmos de distancia de tiempo pueden calcular el rango y el rodamiento, pero la precisión se degrada si la geometría de la matriz es pobre o si el sonido viaja en un entorno de reverberpos.

Capacidad de almacenamiento y procesamiento de datos

La grabación continua en frecuencias de muestreo genera volúmenes de datos masivos. Una grabación de 24 horas a 96 kHz, 24 bits, estereo puede producir casi 50 GB de datos. Las implementaciones de varios meses fácilmente llegan a docenas de terabytes. Computación de alto rendimiento, almacenamiento en la nube y compresión eficiente (por ejemplo, utilizando FLAC son necesarios muchos grupos de investigación que colaboran con equipos de ciencia de datos para construir oleoductos automatizados que detecten eventos en tiempo casi real y descartan silencio.

Avances tecnológicos Mejorando los acústicos basados en el calzado

El campo está evolucionando rápidamente gracias a la innovación en hardware, software y métodos analíticos. Estos avances están haciendo que el monitoreo basado en la costa sea más fiable, escalable e informativo.

Unidades de Registro Autónomo y Drones

ARUs de bajo costo como el AudioMoth, desarrollado por Open Acoustic Devices, ofrecen una grabación de alta calidad para menos de $100, permitiendo unas matrices espaciales densas. Algunos grupos están probando hidrofonos desplegados por drones que pueden ser volados desde la costa, arrojados a agua tranquila, y recuperados más tarde, permitiendo el acceso temporal a áreas de otro tipo inalcanzable.

Monitorización en tiempo real y análisis de cloud

Cuando un cable conecta el hidrofono directamente a la orilla (por ejemplo, a través de cable fijo o de un enlace celular), se hace posible la transmisión de audio en vivo. Proyecto CETI y el Ocean Noise Reference Station red de transmisión de datos acústicos a servidores de nubes donde los modelos de aprendizaje automático clasifican las llamadas en tiempo real. Las alertas pueden enviarse a administradores (por ejemplo, “violeta derecha detectada—traco de buques lentos”) permitiendo una acción inmediata de conservación. El monitoreo en tiempo real también se utiliza en ecoturismo, donde los micrófonos basados en la costa proporcionan audios en vivo a los visitantes.

Aprendizaje de máquina para la clasificación automática

El aprendizaje profundo ha revolucionado el análisis acústico. Las redes neuronales (CNN) y transformadores que se entrenan en conjuntos de datos grandes y etiquetados ahora pueden identificar llamadas específicas para especies, diferenciar individuos e incluso detectar estados conductuales. BirdNET (adaptado para mamíferos marinos) y modelos personalizados construidos con TensorFlow o PyTorch se están integrando en los oleoductos de análisis. Sin embargo, estos modelos requieren una validación cuidadosa: un clasificador entrenado en un lugar puede no trabajar en otro con diferente ruido ambiente o dialecto.

Integración multimodal

Combinar datos acústicos con otros sensores, por ejemplo, radar, cámaras térmicas, imágenes satelitales, acontece contexto. Por ejemplo, un sistema basado en la costa que simultáneamente registra sonido y captura vídeos de drones sobre la cabeza puede confirmar qué animal produjo una llamada. Combinar registros de temperatura y salinidad del agua con datos acústicos ayuda a relacionar patrones vocales con condiciones oceanográficas.

Consecuencias para la conservación y la investigación

El objetivo final de documentar las vocalizaciones de mamíferos marinos desde la costa es informar a la conservación y profundizar nuestra comprensión de la vida de estos animales.

Vigilancia de la población y detección de tendencias

El monitoreo acústico pasivo desde la costa puede detectar la presencia y la abundancia relativa de especies a lo largo del tiempo. Los científicos pueden rastrear el número de horas de llamada por noche para una especie determinada, comparar las tendencias estacionales a lo largo de los años, e identificar cambios en la distribución que puedan indicar cambios de rango relacionados con el cambio climático. Por ejemplo, los arrays de costa costera a lo largo de la costa este de Estados Unidos han documentado la expansión hacia el norte de los delfines como aguas cálidas.

Evaluaciones de los efectos

Las grabaciones basadas en los zapatos pueden medir los efectos de las actividades humanas, la conducción de pilosas para las granjas eólicas offshore, los ejercicios de sonar militar, el envío, sobre mamíferos marinos. Comparando la densidad de llamadas antes, durante y después de un evento, los investigadores pueden cuantificar la perturbación del comportamiento.Esta evidencia es utilizada por las agencias reguladoras para establecer criterios de exposición al ruido y medidas de mitigación.

Estudios de Ecología y Comunicación Comportamiento

Desde la costa, los investigadores pueden estudiar no invasivamente cómo los delfines coordinan los movimientos de grupos, cómo los pares de madres permanecen en contacto, y cómo las ballenas ajustan su canción en respuesta al ruido ambiente. Estas ideas contribuyen a las teorías de la organización social y la transmisión cultural. Entender el aprendizaje vocal en los cetáceos también tiene implicaciones para la cognición y conservación de los animales.

Participación pública y ciencia ciudadana

Muchos proyectos basados en la costa involucran a comunidades locales. Flujos claros de agua indican ecosistemas prósperos; un ambiente acústico saludable indica vida marina saludable. Al hacer que los datos acústicos sean accesibles a través de portales web, escuelas y grupos comunitarios pueden escuchar sonidos vivos o archivados, aprender sobre especies, e incluso ayudar a clasificar llamadas a través de plataformas como Zooniverse. Tal compromiso construye apoyo público para la conservación marina.

Future Directions

El futuro de la acústica marina de mamíferos de la costa es brillante, con varias tendencias emergentes que probablemente moldean la próxima década de investigación.

Redes a gran escala: Así como la seismología utiliza redes de sensores para monitorear terremotos, la acústica marina se mueve hacia una serie coordinada de hidrofones a orillas que abarcan líneas costeras enteras. Ocean Observatories Initiative y los programas nacionales de vigilancia están pilotando dichas redes, permitiendo el seguimiento a escala de cuencas de especies migratorias.

Mejor localización: Los avances en el procesamiento de arrays y sensores vectoriales (que miden la velocidad de partículas y la presión) permitirán una mejor localización de los calladores de un pequeño número de estaciones, lo que ampliará la cobertura espacial de los estudios basados en la costa.

Supervisión integrada de los ecosistemas: Las estaciones de costa futuras combinarán probablemente la acústica con sensores de calidad del agua, redes de plancton y muestreo de eDNA, ofreciendo una imagen completa de ecosistemas cercanos a la costa. Los índices acústicos (por ejemplo, el Índice de Complejidad Acústica) ya se están utilizando para cuantificar la salud de los paisajes sonoros.

Análisis autónomo en el borde: El procesamiento a bordo dentro de las unidades de hidrofono permitirá pronto la detección y compresión en tiempo real, transmitiendo sólo los sonidos de interés a través de redes satélite o celulares, lo que eliminará la necesidad de recuperación y procesamiento de datos a gran escala.

La documentación basada en los zapatos de las vocalizaciones de mamíferos marinos es más que una técnica de investigación, es una ventana al mundo acústico intrincado que habitan estos animales. Al escuchar desde la tierra, obtenemos una visión sostenida, respetuosa y cada vez más detallada de la vida en el mar. La inversión continua en tecnología, intercambio de datos y ciencia comunitaria asegurará que estas valiosas grabaciones contribuyan a una conservación efectiva y una apreciación más profunda del patrimonio marino de nuestro planeta.