Introducción a la oceanografía

El sonido es una forma de energía transmitida a través de ondas de presión; ondas longitudinales o de compresión similares a las ondas sísmicas P que analizamos en la sección 3.3. Con los sonidos oceánicos, la energía se transmite a través de moléculas de agua que vibran de ida y vuelta paralelas a la dirección de la onda de sonido, y pasan la energía a las moléculas adyacentes. Por lo tanto, el sonido viaja más rápido y más eficientemente cuando las moléculas están más cerca entre sí y son más capaces de transferir su energía a las partículas vecinas., En otras palabras, el sonido viaja más rápido a través de materiales más densos. Dado que el agua es mucho más densa que el aire, la velocidad del sonido en el agua (alrededor de 1500 m/s) es aproximadamente cinco veces más rápida que la velocidad en el aire (alrededor de 330 m/s). Esto ayuda a explicar por qué a veces tenemos dificultades para localizar la fuente de un sonido que escuchamos bajo el agua. Localizamos las fuentes de sonido cuando nuestro cerebro detecta las pequeñas diferencias en el tiempo de llegada de los sonidos que llegan a nuestros oídos. Un sonido que viene de nuestra izquierda llegará a nuestro oído izquierdo una fracción de segundo antes de llegar a nuestro oído derecho., Nuestros cerebros pueden procesar esa pequeña diferencia en el tiempo de llegada para reconocer la dirección desde la que vino el sonido. En el agua, el sonido es mucho más rápido que la diferencia en el tiempo de llegada entre nuestros oídos se vuelve demasiado pequeña para que la interpretemos, y perdemos la capacidad de localizar la fuente.

sin embargo, al igual que con el sonido en el aire, la velocidad del sonido en el océano no es constante; está influenciada por una serie de variables que incluyen temperatura, salinidad y presión, y un aumento en cualquiera de estos factores conducirá a un aumento en la velocidad del sonido., Hemos visto que estas variables cambian con la profundidad y la ubicación; por lo tanto, la velocidad del sonido difiere en diferentes regiones del Océano.

para examinar la forma en que la velocidad del sonido cambia en función de la profundidad, debemos considerar los perfiles verticales de temperatura y presión. En la superficie, la presión es baja, pero la temperatura está en su punto más alto en la columna de agua. Los efectos de temperatura dominan en la superficie, por lo que la velocidad del sonido es rápida en aguas superficiales. A medida que aumenta la profundidad, la temperatura y la velocidad del sonido disminuyen., Cerca de la parte inferior, la presión extrema domina, y aunque las temperaturas son bajas, la velocidad del sonido aumenta con la profundidad. A profundidades moderadas (entre unos pocos cientos y mil metros) hay una zona donde tanto la temperatura como la presión son relativamente bajas, por lo que la velocidad del sonido es mínima. Esta zona de velocidad mínima se denomina canal SOFAR (fijación y rango de sonido) o canal de sonido profundo (figura 6.4.1).

el canal SOFAR es importante porque los sonidos producidos en esa región pueden propagarse a distancias muy largas con poca atenuación (pérdida de energía). Las ondas sonoras producidas en el canal irradian en todas las direcciones. Las ondas que viajan hacia aguas menos profundas o más profundas fuera del canal de sonido están entrando en una región de transmisión de sonido más rápida., Como vimos con las ondas sísmicas, cuando estas ondas sonoras se encuentran con una región de diferente velocidad de transmisión, las ondas tienden a refractarse o doblarse hacia la región de menor velocidad. Como resultado, las ondas sonoras que se mueven desde el canal SOFAR hacia agua menos profunda se refractarán de nuevo hacia el canal. A medida que las ondas de sonido van más profundo por debajo del canal, se refractan hacia arriba, de nuevo en el canal y la región de velocidad más lenta., De esta manera, gran parte del sonido no se disipa en el agua en todas las direcciones, sino que queda atrapado dentro del canal, y puede viajar distancias muy largas con poca pérdida de energía (figura 6.4.2).

hay varias aplicaciones prácticas del canal SOFAR., Se cree que las ballenas barbadas utilizan el canal SOFAR para comunicarse entre sí a través de largas distancias de cientos a miles de kilómetros. Sus vocalizaciones son muy fuertes y son llamadas de baja frecuencia, que viajan más lejos que los sonidos de alta frecuencia en los océanos. El ejército ha sido capaz de rastrear submarinos utilizando el canal SOFAR, y durante la Segunda Guerra Mundial se utilizó para localizar pilotos caídos o barcos y aviones desaparecidos., Un piloto varado podría dejar caer un pequeño dispositivo en el agua, y una vez que se hundiera en el canal SOFAR explotaría, creando un sonido que podría escucharse en múltiples estaciones de escucha. Usando el tiempo de llegada del sonido a los diversos receptores, la ubicación de la fuente podría determinarse a través de la triangulación. En la década de 1990 se sugirió que el canal SOFAR podría usarse para monitorear las temperaturas oceánicas globales., Se propuso un proyecto conocido como ATOC (termometría acústica del clima oceánico) donde los sonidos fuertes y de baja frecuencia producidos cerca de Hawai y California viajarían a través del canal SOFAR hasta las estaciones receptoras alrededor del Pacífico. Al monitorear el tiempo que tardaron los sonidos en llegar a los receptores, los científicos podrían monitorear los cambios en las temperaturas oceánicas a escala global, ya que los sonidos se moverían más rápido a través de un océano que se calienta.

dado que el sonido viaja mejor a través del agua que el aire, la energía requerida para transmitir una onda de sonido dada es más alta en el aire que en el agua., La energía o intensidad (volumen) de un sonido se mide en la escala de decibelios (dB). Resulta que se necesita aproximadamente 61 veces más energía para transmitir un sonido a través del aire que a través del agua. Debido a esta diferencia de energía, hay una diferencia de 61 dB entre los sonidos transmitidos a través del aire y el agua, de modo que una intensidad de sonido de 120 dB en el agua sería equivalente a una intensidad de aproximadamente 60 dB en el aire. Esto debe tenerse en cuenta al tratar de comparar los sonidos en el océano con los sonidos en el aire. Un sonido de 130 dB en el aire es aproximadamente equivalente a estar a 100 m de un motor a reacción en el despegue., Un sonido de 130 dB en agua equivale a unos 70 dB en aire, que es la intensidad del sonido de una aspiradora. También debe señalarse que en la escala dB, un aumento de 10 dB significa que el sonido es 10 veces más alto. En otras palabras, 20 dB es 10 x más alto que 10 dB, mientras que 30 dB es 100 x más alto que 10 dB.