Bevezetés Oceanográfia

Hang energia formájában keresztül továbbított nyomás hullámok; hosszanti vagy kompressziós hullámok hasonló a szeizmikus P-hullámok megbeszéltük szakasz 3.3. Az óceáni hangokkal az energiát a hanghullám irányával párhuzamosan oda-vissza rezgő vízmolekulák továbbítják, az energiát pedig a szomszédos molekulákra továbbítják. Ezért a hang gyorsabban és hatékonyabban halad, amikor a molekulák közelebb vannak egymáshoz, és jobban képesek energiát átadni a szomszédos részecskéknek., Más szavakkal, a hang gyorsabban halad át a sűrűbb anyagokon. Mivel a víz sokkal sűrűbb, mint a levegő, a víz hangsebessége (körülbelül 1500 m/s) körülbelül ötször gyorsabb, mint a levegő sebessége (körülbelül 330 m/s). Ez segít megmagyarázni, hogy miért néha nehézségekbe ütközik a víz alatt hallott hang forrásának lokalizálása. Lokalizáljuk a hangforrásokat, amikor az agyunk észleli a fülünket elérő hangok érkezési idejének apró különbségeit. A bal fülünkből érkező hang másodperc töredéke alatt eléri a bal fülünket, mielőtt elérné a jobb fülünket., Agyunk képes feldolgozni ezt a kis különbséget az érkezés idején, hogy felismerje azt az irányt, ahonnan a hang jött. A vízben a hang annyira gyorsabb, hogy a fülünk közötti érkezési idő különbsége túl kicsi ahhoz, hogy értelmezzük, és elveszítjük a forrás lokalizálásának képességét.

azonban, mint a hang a levegőben, a hang sebessége az óceánban nem állandó; ez befolyásolja számos változó, beleértve a hőmérséklet, sótartalom,és a nyomás, és a növekedés bármely ilyen tényező növekedéséhez vezet a hangsebesség., Láttuk, hogy ezek a változók mélységgel és elhelyezkedéssel változnak; így a hangsebesség az óceán különböző régióiban eltérő lesz.

ahhoz, hogy megvizsgáljuk, hogyan változik a hangsebesség a mélység függvényében, figyelembe kell vennünk a hőmérséklet és a nyomás függőleges profiljait. A felszínen a nyomás alacsony, de a hőmérséklet a vízoszlop legmagasabb pontján van. A hőmérsékleti hatások dominálnak a felszínen, így a hang sebessége gyors a felszíni vizekben. A mélység növekedésével a hőmérséklet és a hangsebesség csökken., Az alsó rész közelében a szélsőséges nyomás dominál, és bár a hőmérséklet alacsony, a hangsebesség a mélységgel növekszik. Mérsékelt mélységben (néhány száz ezer méter között) van egy olyan zóna, ahol mind a hőmérséklet, mind a nyomás viszonylag alacsony, így a hangsebesség minimális. Ezt a minimális sebességű zónát SOFAR csatornának (hangrögzítés és távolság) vagy mély Hangcsatornának (6.4.1.ábra) nevezik.

a SOFAR csatorna azért fontos, mert az adott régióban előállított hangok nagyon nagy távolságokon szaporíthatók, kevés csillapítással (energiaveszteség). A csatornában keletkező hanghullámok minden irányba sugároznak. A hangcsatornán kívüli sekélyebb vagy mélyebb vízbe jutó hullámok a gyorsabb hangátvitel régiójába lépnek., Ahogy szeizmikus hullámokkal láttuk, amikor ezek a hanghullámok eltérő átviteli sebességgel találkoznak, a hullámokat általában megtörik vagy visszahajlik az alacsonyabb sebességű régió felé. Ennek eredményeként a SOFAR csatornából a sekélyebb vízbe mozgó hanghullámok visszahúzódnak a csatorna felé. Ahogy a hanghullámok mélyebbre mennek a csatorna alatt, felfelé törnek, vissza a csatornába és a lassabb sebesség tartományába., Ily módon a hang nagy része nem oszlik el a vízbe minden irányban, hanem csapdába esik a csatornán belül, és nagyon nagy távolságokat tud megtenni kevés energiaveszteséggel (6.4.2.ábra).

a SOFAR csatorna számos gyakorlati alkalmazása létezik., Úgy gondolják, hogy a bálnák a SOFAR csatornát használják egymással való kommunikációra több száz – ezer kilométer hosszú távolságokon. Vokalizációjuk nagyon hangos, alacsony frekvenciájú hívások, amelyek messzebb haladnak, mint az óceánok magas frekvenciájú hangjai. A hadsereg a SOFAR-csatorna segítségével képes volt tengeralattjárókat követni, a második világháború alatt pedig a lezuhant pilóták vagy az eltűnt hajók és repülőgépek felkutatására használták., A megfeneklett pilóta egy kis szerkezetet dobhatott a vízbe, és miután a SOFAR csatornába süllyedt, felrobbant, olyan hangot hozva létre,amely több hallgatóállomáson hallható. A hang különböző vevőkészülékekre való megérkezésének idejével a forrás helyét háromszögeléssel lehet meghatározni. Az 1990-es években azt javasolták, hogy a SOFAR-csatorna felhasználható legyen a globális óceán hőmérsékletének megfigyelésére., ATOC (Acoustic Thermometry of Ocean Climate) néven ismert projektet javasoltak, ahol a Hawaii és Kalifornia közelében előállított hangos, alacsony frekvenciájú hangok a SOFAR csatornán keresztül a Csendes-óceán körüli fogadó állomásokhoz utaznának. A tudósok nyomon követhetik az óceánok hőmérsékletének változásait globális szinten, mivel a hangok gyorsabban mozognak a felmelegedő óceánon keresztül.

mivel a hang jobban halad a vízen, mint a levegőben, az adott hanghullám továbbításához szükséges energia magasabb a levegőben, mint a vízben., A hang energiáját vagy intenzitását (hangerejét) a decibel (dB) skálán mérik. Kiderül, hogy körülbelül 61-szer több energiát igényel a hang levegőben történő továbbítása, mint a vízen keresztül. Ennek az energiakülönbségnek köszönhetően 61 dB különbség van a levegőn és a vízen keresztül továbbított hangok között, így a vízben 120 dB hangerősség körülbelül 60 dB-os intenzitásnak felel meg. Ezt szem előtt kell tartani, amikor megpróbálja összehasonlítani az óceán hangjait a levegőben lévő hangokkal. A levegőben lévő 130 dB hang körülbelül megegyezik a felszálláskor 100 m-re álló sugárhajtóművel., A 130 dB vízben lévő hang körülbelül 70 dB-nek felel meg a levegőben, ami a porszívó hangjának intenzitása. Azt is meg kell jegyezni, hogy a dB skálán a 10 dB-es növekedés azt jelenti, hogy a hang 10-szer hangosabb. Más szóval, 20 dB 10 x hangosabb, mint 10 dB, míg 30 dB 100 x hangosabb, mint 10 dB.