La mer des Salish abrite la plus forte concentration d'orques résidentes et transientes dans les eaux nord-américaines.
Trois groupes résidents — J, K et L — comptent environ 75 individus et passent du printemps à l'automne à chasser le saumon royal le long du plateau continental entre l'Admiralty Inlet et la frontière canadienne. Les orques transientes de Bigg, au nombre de plus de 300 dans la mer intérieure, patrouillent toute l'année à la recherche de phoques communs et de marsouins. Les baleines à bosse, absentes de ces eaux pendant sept décennies après la chasse à la baleine commerciale, sont revenues depuis 2010 ; la mer des Salish enregistre désormais plus de 30 baleines à bosse individuelles chaque saison, identifiées par les motifs de leur nageoire caudale catalogués par le Cascadia Research Collective.
Les excursions d'observation des baleines à Seattle partent d'Anacortes, d'Everett et du centre-ville de Seattle, convergeant vers les zones d'alimentation à l'ouest de l'archipel de San Juan. Les navires vont de semi-rigides de 30 passagers à des catamarans de 150 places. Les naturalistes à bord identifient les cétacés par la forme de la nageoire dorsale, le souffle et l'intervalle de remontée en surface. La nageoire dorsale d'un mètre quatre-vingt de l'orque, visible à deux miles de distance sur une eau calme, signale l'emplacement d'un groupe avant la première sortie. Les baleines grises migrent devant Race Rocks chaque mois de mars et avril, 20 000 animaux voyageant des lagunes de Basse-Californie aux zones d'alimentation de l'Alaska à un rythme de 75 miles par jour.
Les 6 000 phoques communs de la mer intérieure se hissent sur des îlots granitiques et des radeaux de bois flotté à marée basse. Les marsouins de Dall, le plus rapide des petits cétacés, chevauchent les vagues d'étrave à 34 nœuds. Les pygargues à tête blanche nichent dans les chicots de sapins de Douglas au-dessus de la laisse de marée ; 200 couples reproducteurs occupent les îles San Juan à eux seuls. Les lions de mer de Steller, dont chaque mâle pèse 2 400 livres, se rassemblent sur les bouées de navigation au large de Cattle Point. Les macareux huppés et les stariques maculées plongent pour attraper des lançons dans les courants de marée là où le détroit de Juan de Fuca rencontre le détroit de Haro. La météo façonne chaque départ — le brouillard matinal se dissipe vers 10h00, et les vents d'ouest de l'après-midi lèvent un clapot de trois pieds après 14h00. Les hydrophones abaissés dans la colonne d'eau capturent les appels des orques à des fréquences comprises entre 500 Hz et 25 kHz, un paysage sonore plus ancien que la dernière ère glaciaire.
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