Úvod do Oceánografie

Zvuk je forma energie přenášena prostřednictvím tlakových vln; podélné nebo stlačení vlny podobné seismické P-vlny jsme diskutovali v části 3.3. Se zvuky oceánu, energie se přenáší přes molekuly vody vibrují tam a zpět rovnoběžně se směrem zvukové vlny, a předání energie do sousedních molekul. Proto zvuk cestuje rychleji a efektivněji, když jsou molekuly blíže k sobě a jsou lépe schopny přenášet svou energii na sousední částice., Jinými slovy, zvuk cestuje rychleji přes hustší materiály. Protože voda je mnohem hustší než vzduch, rychlost zvuku ve vodě (asi 1500 m/s) je přibližně pětkrát rychleji než ve vzduchu (kolem 330 m/s). To pomáhá vysvětlit, proč máme někdy potíže s lokalizací zdroje zvuku, který slyšíme pod vodou. Lokalizujeme zdroje zvuku, když naše mozky detekují malé rozdíly v době příchodu zvuků dosahujících našich uší. Zvuk přicházející z naší levice dosáhne našeho levého ucha zlomek sekundy, než dosáhne našeho pravého ucha., Náš mozek dokáže zpracovat, že malý rozdíl v době příjezdu rozpoznat směr, ze kterého zvuk přišel. Ve vodě je zvuk mnohem rychlejší, že rozdíl v době příjezdu mezi našimi ušima je pro nás příliš malý na interpretaci a ztrácíme schopnost lokalizovat zdroj.

Nicméně, stejně jako u zvuku ve vzduchu, rychlost zvuku v oceánu není konstantní; to je ovlivněna mnoha proměnnými, včetně teploty, slanosti a tlaku, a zvýšení některé z těchto faktorů povede ke zvýšení rychlosti zvuku., Viděli jsme, že tyto proměnné se mění s hloubkou a umístěním; tak bude rychlost zvuku se liší v různých oblastech oceánu.

zkoumat způsob, rychlost zvuku se mění jako funkce hloubky, musíme zvážit vertikální profily teploty a tlaku. Na povrchu je tlak nízký, ale teplota je v nejvyšším bodě vodního sloupce. Teplotní efekty dominují na povrchu, takže rychlost zvuku je v povrchových vodách rychlá. Jak se hloubka zvyšuje, teplota a rychlost poklesu zvuku., V blízkosti dna dominuje extrémní tlak, a přestože jsou teploty nízké, rychlost zvuku se zvyšuje s hloubkou. V mírných hloubkách (mezi několika stovkami a tisíci metry) je zóna, kde je teplota i tlak relativně nízká, takže rychlost zvuku je minimální. Tato zóna s minimální rychlostí se nazývá kanál SOFAR (upevnění zvuku a rozsah) nebo hluboký zvukový kanál (obrázek 6.4.1).

SOFAR kanálu je důležité, protože zvuky produkované v tomto regionu může být rozšířena na velmi dlouhé vzdálenosti s malým útlumem (ztráta energie). Zvukové vlny produkované v kanálu vyzařují ve všech směrech. Vlny, které putují do mělčí nebo hlubší vody mimo zvukový kanál, vstupují do oblasti rychlejšího přenosu zvuku., Jak jsme viděli s seismické vlny, když se tyto zvukové vlny, narazíte na oblast lišící se přenosovou rychlostí, vlny mají tendenci být lomené nebo ohnuté zpět směrem k oblasti nižších otáček. Výsledkem je, že zvukové vlny pohybující se z kanálu SOFAR do mělčí vody budou lomeny zpět směrem k kanálu. Jak zvukové vlny jdou hlouběji pod kanál, budou lomeny nahoru, zpět do kanálu a oblasti pomalejší rychlosti., Tímto způsobem, mnoho zvuk není rozptýlí do vody ve všech směrech, ale místo toho je uvězněn uvnitř kanálu, a mohou cestovat velmi dlouhé vzdálenosti s malou ztrátou energie (viz Obrázek 6.4.2).

existuje několik praktických aplikací kanálu SOFAR., Předpokládá se, že velryby Baleen používají kanál SOFAR ke vzájemné komunikaci na velké vzdálenosti stovek až tisíců kilometrů. Jejich vokalizace jsou velmi hlasité a jsou nízkofrekvenční hovory, které cestují dále než vysokofrekvenční zvuky v oceánech. Armáda byla schopna sledovat ponorky pomocí kanálu SOFAR a během druhé světové války byla použita k nalezení sestřelených pilotů nebo chybějících lodí a letadel., Pletl pilot mohl drop malý přístroj do vody, a jakmile se potopil do SOFAR kanálu, to by explodovat, vytváří zvuk, který bylo slyšet na více stanic. Pomocí času příjezdu zvuku na různé přijímače by mohlo být umístění zdroje určeno triangulací. V 90. letech bylo navrženo, že kanál SOFAR může být použit ke sledování globálních teplot oceánu., Projekt známý jako ATOC (Akustické Termometrie Oceánu Klimatu) byla navržena tam, kde hlasité zvuky nízké frekvence produkované v blízkosti Havaje a Kalifornie by cestovat přes SOFAR kanálu pro příjem stanic po celém Pacifiku. Sledováním času, které se pro zvuky na dosah přijímače, mohli vědci sledovat změny teploty oceánu v globálním měřítku, jako zvuky by se pohybovat rychleji přes oteplování oceánu.

protože zvuk prochází lépe vodou než vzduchem, energie potřebná k přenosu dané zvukové vlny je vyšší ve vzduchu než ve vodě., Energie nebo intenzita (hlasitost) zvuku se měří na stupnici decibel (dB). Ukazuje se, že přenos zvuku vzduchem trvá asi 61krát více energie než vodou. Protože tato energie, rozdíl je 61 dB rozdíl mezi zvuky přenášené vzduchem a vodou, tak, že intenzita zvuku 120 dB ve vodě, by to bylo stejné intenzitě asi 60 dB ve vzduchu. To je třeba mít na paměti, když se snažíte porovnat zvuky v oceánu se zvuky ve vzduchu. Zvuk 130 dB ve vzduchu je přibližně ekvivalentní stojícímu 100 m od proudového motoru při vzletu., Zvuk 130 dB ve vodě odpovídá asi 70 dB ve vzduchu, což je intenzita zvuku vysavače. Je třeba také zdůraznit, že na stupnici dB znamená zvýšení o 10 dB zvuk 10krát hlasitější. Jinými slovy, 20 dB je o 10 x hlasitější než 10 dB, zatímco 30 dB je o 100 x hlasitější než 10 dB.