Inleiding tot de oceanografie

geluid is een vorm van energie die wordt overgedragen door drukgolven; longitudinale of compressiegolven vergelijkbaar met de seismische P-golven die we in paragraaf 3.3 hebben besproken. Bij oceaangeluiden wordt de energie overgedragen via watermoleculen die parallel aan de richting van de geluidsgolf heen en weer trillen en de energie doorgeven aan aangrenzende moleculen. Daarom reist het geluid sneller en efficiënter wanneer de molecules dichter bij elkaar zijn en beter in staat zijn om hun energie aan naburige deeltjes over te brengen., Met andere woorden, geluid reist sneller door dichtere materialen. Omdat water veel dichter is dan lucht, is de geluidssnelheid in water (ongeveer 1500 m/s) ongeveer vijf keer sneller dan de snelheid in lucht (ongeveer 330 m/s). Dit verklaart waarom we soms moeite hebben met het lokaliseren van de bron van een geluid dat we onder water horen. We lokaliseren geluidsbronnen wanneer onze hersenen de kleine verschillen detecteren in de tijd van aankomst van geluiden die onze oren bereiken. Een geluid dat van ons linkeroor komt, bereikt ons linkeroor een fractie van een seconde voordat het ons rechteroor bereikt., Onze hersenen kunnen dat kleine verschil in aankomsttijd verwerken om de richting te herkennen waar het geluid vandaan kwam. In water is het geluid zo veel sneller dat het verschil in aankomsttijd tussen onze oren te klein wordt voor ons om te interpreteren, en we verliezen het vermogen om de bron te lokaliseren.

echter, net als bij het geluid in de lucht, is de snelheid van het geluid in de oceaan niet constant; het wordt beïnvloed door een aantal variabelen, waaronder temperatuur, zoutgehalte en druk, en een toename van een van deze factoren zal leiden tot een toename van de snelheid van het geluid., We hebben gezien dat deze variabelen veranderen met diepte en locatie; dus zal de snelheid van geluid verschillen in verschillende gebieden van de oceaan.

om te onderzoeken hoe de snelheid van het geluid verandert als functie van de diepte, moeten we rekening houden met de verticale profielen voor temperatuur en druk. Aan het oppervlak is de druk laag, maar de temperatuur is op het hoogste punt in de waterkolom. De temperatuureffecten domineren aan het oppervlak, dus de geluidssnelheid is snel in oppervlaktewater. Naarmate de diepte toeneemt, nemen de temperatuur en de snelheid van het geluid af., In de buurt van de bodem domineert de extreme druk, en hoewel de temperaturen laag zijn, neemt de snelheid van het geluid toe met de diepte. Op gematigde dieptes (tussen een paar honderd en duizend meter) is er een zone waar zowel temperatuur en druk relatief laag zijn, zodat de geluidssnelheid minimaal is. Deze zone van minimale snelheid wordt het SOFAR kanaal (geluid Fixing en Ranging) of Deep Sound kanaal (figuur 6.4.1) genoemd.

het tot nu toe geproduceerde kanaal is belangrijk omdat geluiden die in dat gebied worden geproduceerd over zeer lange afstanden kunnen worden verspreid met weinig demping (verlies van energie). Geluidsgolven geproduceerd in het kanaal stralen uit in alle richtingen. Golven die zich buiten het geluidskanaal in ondieper of dieper water verplaatsen, komen een gebied binnen met een snellere geluidstransmissie., Zoals we zagen bij seismische golven, wanneer deze geluidsgolven een gebied met verschillende transmissiesnelheid tegenkomen, neigen de golven te worden gebroken of terug gebogen naar het gebied met lagere snelheid. Als gevolg hiervan zullen geluidsgolven die zich van het tot nu toe gevoerde kanaal naar ondieper water bewegen, terug naar het kanaal worden gebroken. Als de geluidsgolven dieper onder het kanaal gaan, zullen ze naar boven worden gebroken, terug in het kanaal en het gebied van de lagere snelheid., Op deze manier verdwijnt veel van het geluid niet in alle richtingen in het water, maar zit het in plaats daarvan gevangen in het kanaal en kan het zeer lange afstanden afleggen met weinig energieverlies (figuur 6.4.2).

Er zijn verschillende praktische toepassingen van het SOFAR-kanaal., Men denkt dat baleinwalvissen het SOF-kanaal gebruiken om met elkaar te communiceren over lange afstanden van honderden tot duizenden kilometers. Hun geluiden zijn erg luid en zijn laagfrequente oproepen, die verder reizen dan hoogfrequente geluiden in de oceanen. Het leger is in staat geweest om onderzeeërs te volgen met behulp van het SOFAR kanaal, en tijdens de Tweede Wereldoorlog werd het gebruikt om neergestorte piloten of vermiste schepen en vliegtuigen te lokaliseren., Een gestrande piloot kon een klein apparaat in het water laten vallen, en als het eenmaal in het SOF-kanaal zonk, zou het ontploffen, waardoor een geluid ontstond dat op meerdere luisterstations kon worden gehoord. Met behulp van de tijd van aankomst van het geluid bij de verschillende ontvangers, kon de locatie van de bron worden bepaald door middel van triangulatie. In de jaren ‘ 90 werd gesuggereerd dat het SOFAR-kanaal kon worden gebruikt om de wereldwijde oceaantemperaturen te meten., Een project bekend als ATOC (Acoustic Thermometry of Ocean Climate) werd voorgesteld waar luide, lage frequentie geluiden geproduceerd in de buurt van Hawaii en Californië zou reizen door het SOFAR kanaal naar ontvangststations rond de Stille Oceaan. Door de tijd te volgen die het duurde voordat de geluiden de ontvangers bereikten, konden wetenschappers veranderingen in oceaantemperaturen op wereldschaal volgen, omdat geluiden sneller zouden bewegen door een opwarmende Oceaan.

omdat geluid beter door water dan door lucht reist, is de energie die nodig is om een bepaalde geluidsgolf door te geven hoger in lucht dan in water., De energie, of intensiteit (luidheid) van een geluid wordt gemeten op de decibel (dB) schaal. Het blijkt dat het 61 keer meer energie kost om een geluid door de lucht te zenden dan door water. Door dit energieverschil is er een verschil van 61 dB tussen geluiden die door lucht en water worden uitgezonden, zodat een geluidsintensiteit van 120 dB in water gelijk zou zijn aan een intensiteit van ongeveer 60 dB in lucht. Dit moet in gedachten worden gehouden wanneer het proberen om geluiden in de oceaan te vergelijken met geluiden in de lucht. Een geluid van 130 dB in de lucht is ongeveer gelijk aan 100 m van een straalmotor staan bij het opstijgen., Een geluid van 130 dB in water komt overeen met ongeveer 70 dB in lucht, wat de intensiteit is van het geluid van een stofzuiger. Er moet ook op worden gewezen dat op de dB-schaal, een toename van 10 dB betekent dat het geluid is 10 keer luider. Met andere woorden, 20 dB is 10 x luider dan 10 dB, terwijl 30 dB 100 x luider is dan 10 dB.