Studying the effect of source proximity in sperm whales and continous sonar in pilot whales using operational sonars - the 3S-2019-OPS cruise report

Abstract

The 3S project is an international collaborative effort with the aim to investigate behavioral reactions of cetaceans to naval sonar signals. The objectives of the third phase of the project are to investigate if exposure to continuous active sonar (CAS) leads to different types or severity of behavioral responses than exposure to traditional pulsed active sonar (PAS) signals, and to investigate how the proximity of the source to a whale affects behavioral responses. This report summarizes the efforts, activities and data collection of the 3S-2019-OPS research trial conducted over 4 weeks in Norwegian waters in August-September 2019. The primary tasks of the trial were to tag sperm whales with mixed-DTAGs and expose them to PAS at different levels and ranges, and to tag long-finned pilot whales with Mixed-DTAG and expose them to PAS and CAS. When a target species was localized, a tag boat was launched and mixed-DTAGs deployed. The mixed-DTAG contained a GPS, an Argos satellite transmitter, triaxial accelerometers and magnetometer sensors, stereo acoustic sensors and a pressure sensor. In addition to the tags, data on potential vocal responses or avoidance of the exposed area were collected by two moored acoustic buoys. Tagged whales were subject to controlled sonar exposure experiments (CEE). The experimental design involved dose escalation at different ranges and maximum source levels using operational sources towed by the FFI research vessel HU Sverdrup II (HUS) or the Norwegian Navy frigate KNM Otto Sverdrup (OSVE). The experiments were conducted under permit from the Norwegian Animal Research Authority, and all procedures were approved by the Animal Welfare Ethics Committee at the University of St Andrews. A separate risk assessment and management plan was developed for the trial to minimize risk to the environment and third parties. During trial we deployed 24 tags onto 20 different animals (15 sperm whales and 5 pilot whales), and collected 355 hours of tag data. We conducted 11 experiments, including 10 controlled exposure experiments with 25 exposure runs to sperm whales. Using the CAPTAS source on OSVE we conducted 7 CEEs with 16 exposure runs, and using the SOCRATES source on HUS we conducted 3 CEEs with 9 exposure runs. During 1 session with pilot whales we only collected baseline data, because the tags detached prematurely before any exposures. What we achieved during the trial was the collection of a unique dataset, and the trial is considered to be successful. We expect that the data collected on sperm whales will be sufficient to answer the questions related to the effect of source proximity on responses. Unfortunately, the question of the effect of CAS on pilot whales cannot be answered with the data collected. Additional field effort is required to achieve this. This primary task was given significant priority, with 7-10 out of 24 days of ship time dedicated to it, and 20 hours of baseline data collected on pilot whales. Despite this effort, the outcome was marginal. Weather conditions were rough early in the trial when this task had highest priority, and no pilot/killer whales were found in the protected fjords. When the weather was acceptable we found pilot whales only once. Unfortunately, the behavior of the tagged pilot whales led to early tag release in worsening weather, so no exposure experiment could be conducted. A video showing the activities during the trial can be seen following this link.

3S-prosjektet er et internasjonalt forskningssamarbeid som undersøker hvordan hvalers atferd påvirkes av militære sonarer. 3S-prosjektet er nå i sin tredje fase der målsettingen er å undersøke om moderne kontinuerlige sonarer (CAS) har større innvirkning enn konvensjonelle pulsede sonarer (PAS), og å undersøke om avstanden mellom sonarkilden og dyrene påvirker terskelen for respons. Denne rapporten oppsummerer aktivitetene og resultatene fra 3S-2019- OPS-toktet som foregikk i 4 uker utenfor Andenes i august-september 2019. Toktet er det fjerde og siste som gjennomføres i 3S3-prosjektet. Målet med toktet var å merke spermhval med såkalte mixed-DTAGs og eksponere dem for PAS ved ulike nivåer og avstander, samt å merke grindhval og/eller spekkhogger og eksponere dem for CAS og PAS. Metoden går ut på å finne dyr og deretter merke dem med mixed-DTAG ved hjelp av en lang stang fra mob-båt. Mixed-DTAG inneholder GPS, Argos satellittsender, treakse akselerometer, treakse magnetometer, stereo hydrofoner og dybdesensor. I tillegg til disse merkene ble det også samlet inn data fra to akustiske bøyer som ble satt ut i operasjonsområdet. Merkede dyr ble eksponert for sonarpulser på en kontrollert måte. Det eksperimentelle designet innebærer en dose eskalering ved ulike avstander og til ulike maksimale lydnivåer ved hjelp av operative sonarkilder tauet av FFIs forskningsfartøy HU Sverdrup II (HUS) eller den norske fregatten KNM Otto Sverdrup (OSVE). Tillatelse til å gjennomføre eksperimentet er gitt av Mattilsynet og den etiske komiteen ved Universitetet i St.Andrews. En egen risikovurdering ble gjennomført i forkant av toktet for å redusere risikoen for miljøeffekter eller negative effekter for tredjepart (fiskeri og hvalsafari). Under toktet satte vi ut 24 merker (mixed-DTAG) på 20 ulike individer (15 spermhval og 5 grindhval). Vi samlet inn 355 timer med data på merkene. Vi gjennomførte 11 eksperimenter, inkludert 10 kontrollerte sonareksponeringer med 25 sesjoner på spermhval. CAPTASsonarkilden på OSVE ble brukt i 7 eksperimenter med 16 sesjoner, og SOCRATES-kilden på HUS ble brukt i 3 eksperimenter med 9 sesjoner. Under ett eksperiment på grindhval ble bare grunnlagsdata samlet inn fordi merkene falt av før eksponeringseksperimentet hadde begynt. Under toktet har vi samlet inn et unikt datasett, og toktet betraktes som meget vellykket. Vi forventer at analyse av de innsamlede dataene vil kunne gi konkluderende svar på spørsmålet om avstanden til sonaren påvirker dyrets atferdsrespons. Spørsmålet om hvordan CAS påvirker grindhval kan derimot ikke besvares med data fra toktet. Her der det nødvendig med ytterligere feltarbeid. Datainnsamling på grindhval og CAS ble høyt prioritert, 7-10 av 24 seilingsdøgn med HUS ble dedikert til dette. Vi samlet inn 20 timer med grunnlagsdata på grindhval, men lyktes ikke med å få gjennomført noen CAS eksponeringer på grunn av dårlige værforhold i første del av toktet når grindhval hadde høyest prioritet. Vi fant heller ikke grindhval i samme antall som vi er vant med og ikke i det hele tatt i fjordene. Når været var akseptabelt, fant vi grindhval bare en gang. Disse dyrene hadde dessverre en atferd som gjorde at sugekoppmerkene ikke satt fast på huden lenge nok til at vi fikk gjennomført sonareksponering. En video som viser aktivitetene under toktet kan ses om man følger denne linken.