Johdanto Merentutkimus

Ääni on eräs energian muoto, jota kautta paine aaltoja; pitkittäis-tai compressional waves samanlainen seismiset P-aallot meidän käsitelty luvussa 3.3. Meren äänet, energia välitetään vesimolekyylit värähtelevät edestakaisin suuntaisesti ääniaalto, ja kulkee energia viereisiin molekyyleihin. Siksi ääni kulkee nopeammin ja tehokkaammin, kun molekyylit ovat lähempänä toisiaan ja pystyvät paremmin siirtää energiaa naapurimaiden hiukkasia., Toisin sanoen ääni kulkee nopeammin tiheämpien materiaalien läpi. Koska vesi on paljon tiheämpää kuin ilma, äänen nopeus vedessä (noin 1500 m/s) on noin viisi kertaa nopeammin kuin nopeus ilmassa (noin 330 m/s). Tämä auttaa selittämään, miksi meidän on joskus vaikea paikallistamisen lähde ääntä, että me kuulla veden alla. Paikannamme äänilähteet, kun aivomme havaitsevat korviimme kantautuvien äänien saapumisajan pienet erot. Vasemmalta tuleva ääni saavuttaa vasemman korvamme sekunnin murto-osan ennen kuin se saavuttaa oikean korvamme., Aivomme voivat käsitellä sitä pientä eroa saapumisajassa tunnistaakseen suunnan, josta ääni tuli. Vedessä ääni on niin paljon nopeampi, että ero saapumisaika korviemme välissä tulee meille liian pieni tulkita, ja menetämme kyvyn paikallistaa lähde.

Kuitenkin, kuten ääni ilmassa, nopeus ääni meressä ei ole vakio; se vaikuttaa useita muuttujia kuten lämpötila, suolaisuus ja paine, ja lisätä kaikki nämä tekijät johtaa kasvuun äänen nopeus., Olemme nähneet, että nämä muuttujat muuttuvat syvyys ja sijainti; niin on äänen nopeus vaihtelevat eri alueilla meressä.

tutkia, miten äänen nopeus muuttuu funktiona syvyys, meidän täytyy harkita pystysuoria profiileja lämpötila ja paine. Pinta, paine on alhainen, mutta lämpötila on korkeimmillaan vesi-sarakkeessa. Lämpötilavaikutukset dominoivat pinnalla, joten äänennopeus on pintavesissä nopea. Syvyyden kasvaessa lämpötila ja äänen nopeus laskevat., Lähellä pohjaa, äärimmäinen paine hallitsee, ja vaikka lämpötilat ovat alhaiset, äänen nopeus kasvaa syvyyden. Kohtuullisissa syvyyksissä (välissä muutama sata ja tuhat metriä) on alue, jossa sekä lämpötila ja paine ovat suhteellisen alhaiset, joten äänen nopeus on vähintään. Tämä alue pienin nopeus on nimeltään SOFAR channel (Äänen Vahvistamisesta Ja Aina) tai Syvä Ääni Kanava (Kuva 6.4.1).

tähän asti kanava on tärkeää, koska äänet on tuotettu, että alueella voidaan kasvattaa hyvin pitkiä matkoja vähän vaimennus (energian menetys). Kanavassa syntyvät ääniaallot säteilevät joka suuntaan. Aallot matkustaa matalampaan tai syvempään veteen ulkopuolella ääni kanavan syöttämällä alueella nopeammin äänen siirto., Kuten näimme seismisiä aaltoja, kun nämä ääniaallot kohtaavat alueen eri siirtonopeus, aallot ovat yleensä taittuu tai taivutettu takaisin kohti alueen alhaisempi nopeus. Seurauksena, ääni-aallot liikkuvat SOFAR kanava matalampaan veteen taittuu takaisin kohti kanavaa. Kun ääniaallot menevät syvemmälle kanavan alapuolelle, ne taittuvat ylöspäin, takaisin kanavaan ja hitaamman nopeuden alueelle., Tällä tavalla, paljon ääni ei haihduttaa pois veteen kaikkiin suuntiin, mutta sen sijaan on loukussa sisällä kanavan, ja voi matkustaa hyvin pitkiä matkoja pienellä energian menetys (Luku 6.4.2).

SOFAR-kanavalla on useita käytännön sovelluksia., Baleenivalaiden arvellaan käyttävän SOFAR-kanavaa kommunikoidakseen keskenään pitkillä satojen tuhansien kilometrien etäisyyksillä. Niiden ääntely on hyvin äänekästä ja ne ovat matalataajuisia puheluita, jotka kulkevat kauemmas kuin valtamerten korkeataajuiset äänet. Puolustusvoimat on pystynyt jäljittämään sukellusveneitä SOFAR-kanaalin avulla, ja toisen maailmansodan aikana sillä paikantettiin pudonneita lentäjiä tai kadonneita aluksia ja lentokoneita., Pulaan lentäjä voisi pudota pieni laite veteen, ja kun se upposi tähän asti kanava se olisi räjähtää, luoda ääni, joka voidaan kuulla eri kuuntelu asemia. Käyttämällä aikaa saapumisen äänen eri vastaanottimet, sijainti lähde voitaisiin määrittää kolmiomittauksella. 1990-luvulla ehdotettiin, että SOFAR-kanavaa voitaisiin käyttää maailman valtamerten lämpötilojen seuraamiseen., Hanke tunnetaan ATOC (Akustinen Lämmönmittaus Valtameren Ilmasto) oli ehdottanut, jossa ääneen, matalan taajuuden äänet tuotetaan lähellä Hawaii ja California olisi kulkea SOFAR kanava vastaanottaa asemia ympäri Tyynenmeren. Seuraamalla aikaa kului ääniä päästä vastaanottimet, tutkijat voisivat seurata muutoksia valtameren lämpötilat maailmanlaajuisessa mittakaavassa, niin ääniä olisi liikkua nopeammin läpi lämpeneminen valtameri.

Koska ääni kulkee paremmin läpi vettä kuin ilmaa, energiaa toimitettava koska ääniaalto on enemmän ilmassa kuin vedessä., Äänen energia eli voimakkuus (äänekkyys) mitataan desibeliasteikolla (dB). Käy ilmi, että äänen välittäminen ilman kautta kestää noin 61 kertaa enemmän energiaa kuin veden kautta. Koska tämä energia ero on 61 dB: n ero kuulostaa välityksellä ilman ja veden, niin että äänen voimakkuus 120 dB veteen vastaisi intensiteetti on noin 60 dB ilmassa. Tämä kannattaa pitää mielessä, kun yritetään verrata meren ääniä ilmassa oleviin ääniin. Ilmassa oleva 130 dB: n ääni vastaa noin 100 metrin matkaa suihkumoottorista lentoonlähdössä., Ääni 130 dB vedessä vastaa noin 70 dB ilmaa, joka on äänen intensiteetti pölynimuri. On myös huomautettava, että dB-asteikolla lisäys 10 dB tarkoittaa, että ääni on 10 kertaa kovempaa. Toisin sanoen, 20 dB on 10 x kovempaa kuin 10 dB, kun taas 30 dB on 100 x kovempaa kuin 10 dB.