Introduksjon til Oseanografi

Lyd er en form for energi som overføres gjennom trykkbølger; langsgående eller compressional bølger lik den seismiske P-bølger vi drøftet i avsnitt 3.3. Med ocean sounds, energien overføres via vann molekyler vibrerer frem og tilbake parallelt med retningen av lydbølge, og gi energi til tilstøtende molekyler. Derfor, lyd reiser raskere og mer effektivt når molekylene er tettere sammen, og er bedre i stand til å overføre sin energi til nærliggende partikler., Med andre ord, lyd reiser raskere gjennom tettere materialer. Siden vannet er mye tettere enn luft, lydens hastighet i vann (ca 1500 m/s) er om lag fem ganger raskere enn hastigheten i luft (ca 330 m/s). Dette bidrar til å forklare hvorfor vi noen ganger ha problemer med å lokalisere kilden til en lyd som vi hører under vann. Vi lokalisere lydkilden når hjernen vår oppdage små forskjeller i tidspunkt for ankomst av lyder som nådde vår ører. En lyd som kommer fra vår venstre vil nå vår venstre øret på en brøkdel av et sekund før nå vår høyre øre., Hjernen vår kan prosessen som liten forskjell i tidspunkt for ankomst til å gjenkjenne den retningen lyden kom fra. I vann, lyden er så mye raskere at forskjellen i tid mellom ankomst våre ører blir for liten for oss å tolke, og vi mister evnen til å lokalisere kilden.

Men, som med lyd i luft, lydens hastighet i havet er ikke konstant, det er påvirket av en rekke variabler, inkludert temperatur, saltholdighet og trykk, og en økning i noen av disse faktorene vil føre til en økning i lydens hastighet., Vi har sett at disse variablene endres med dybde og posisjon, så vil hastigheten av lyd varierer i ulike regioner av havet.

for Å undersøke måte hastigheten på lyden endres som en funksjon av dybde, må vi vurdere den vertikale profiler for temperatur og trykk. På overflaten, trykket er lavt, men temperaturen er på sitt høyeste punkt i vannsøylen. Temperaturen effektene dominere på overflaten, så lydens hastighet er rask i overflatevann. Som dybde øker, temperatur og hastighet av lyd nedgang., Nær bunnen, det ekstreme trykket dominerer, og selv om temperaturene er lave, lydens hastighet øker med dybden. Ved moderat dyp (mellom noen hundre og ett tusen meter) det er en sone der både temperatur og trykk er relativt lav, så lydens hastighet er på et minimum. Denne sonen av minimum hastighet er kalt SOFAR kanal (Lyd Fikse Og Alt) eller Dyp Lyd-Kanal (Figur 6.4.1).

SOFAR kanalen er viktig fordi lydene som produseres i dette området kan bli spredd over svært lange avstander med lite demping (tap av energi). Lydbølgene i kanalen stråle ut i alle retninger. Bølger som reiser inn på grunnere eller dypere vann utenfor lyd-kanal er å skrive inn en region av raskere lyd-overføring., Som vi så med seismiske bølger, når disse lydbølgene møte en region av ulike overføringshastighet, bølgene har en tendens til å være brytes eller bøyd tilbake mot regionen lavere hastighet. Som et resultat, lydbølgene beveger seg fra SOFAR kanal inn på grunnere vann vil være brytes tilbake mot kanalen. Som lydbølgene gå dypere nedenfor kanalen, vil de være brytes oppover, tilbake inn i kanalen og den regionen med lavere hastighet., På denne måten mye av lyden ikke forsvinne ut i vann i alle retninger, men i stedet er fanget i kanalen, og kan reise veldig lange avstander, med lite tap av energi (Figur 6.4.2).

Det er flere praktiske anvendelser av SOFAR kanal., Bardehvalene er tenkt å bruke SOFAR kanal for å kommunisere med hverandre over lange avstander i hundrevis til tusener av kilometer. Deres vocalizations er svært høyt og er en lav frekvens samtaler, som reise lenger enn høyfrekvente lyder i havene. De militære har vært i stand til å spore ubåter med SOFAR kanal, og under andre Verdenskrig ble det brukt til å finne nedskutte flygere eller mangler skip og fly., En strandet pilot kan slippe en liten enhet i vannet, og når det sank inn i SOFAR kanal den ville eksplodere, og skaper en lyd som kan høres på flere lytter stasjoner. Ved hjelp av tidspunkt for ankomst av lyden på de ulike mottakere, plasseringen av kilden kan bli bestemt gjennom triangulering. I 1990-årene ble det foreslått at SOFAR kanal kan brukes til å overvåke den globale temperaturen i havet., Et prosjekt kjent som ATOC (Akustisk Thermometry av havklima) ble foreslått der høyt, lavfrekvente lyder produsert i nærheten av Hawaii og California ville reise gjennom SOFAR kanal for å motta stasjoner rundt Stillehavet. Ved å følge med på tiden det tok for lyder for å nå frem til mottakerne, forskere kunne følge med på endringer i temperaturen i havet på en global skala, som lyder ville bevege seg raskere gjennom en oppvarming havet.

Siden lyd reiser bedre gjennom vann enn luft, den energi som kreves for å overføre en gitt lyd bølge er høyere i luft enn i vann., Energi, eller intensiteten (lydstyrken) av en lyd måles i desibel (dB) skala. Det viser seg at det tar om lag 61 ganger mer energi for å sende lyd gjennom luft enn i vann. På grunn av denne energien forskjell, det er en 61 dB forskjell mellom lyder som sendes via luft og vann, slik at en lyd intensitet på 120 dB i vann ville være tilsvarende en intensitet på ca 60 dB i luften. Dette bør holdes i bakhodet når du prøver å sammenligne lydene i havet, med lyder i luften. En lyd av 130 dB i luften er om tilsvarende stående 100 m fra en jet-motor på takeoff., En lyd av 130 dB i vann tilsvarer om lag 70 dB i luften, som er intensiteten av lyden av en støvsuger. Det bør også bemerkes at på dB-skala, en økning på 10 dB betyr at lyden er 10 ganger høyere. Med andre ord, 20 dB er 10 x høyere enn 10 dB, mens 30 dB er 100 x høyere enn 10 dB.