Introducere în oceanografie

sunetul este o formă de Energie transmisă prin unde de presiune; unde longitudinale sau compresionale similare undelor p seismice discutate în secțiunea 3.3. Cu sunetele oceanului, energia este transmisă prin molecule de apă care vibrează înainte și înapoi paralel cu direcția undei sonore și care trece energia către moleculele adiacente. Prin urmare, sunetul călătorește mai repede și mai eficient atunci când moleculele sunt mai apropiate și sunt mai capabile să-și transfere energia către particulele vecine., Cu alte cuvinte, sunetul călătorește mai repede prin materiale mai dense. Deoarece apa este mult mai densă decât aerul, viteza sunetului în apă (aproximativ 1500 m/s) este de aproximativ cinci ori mai rapidă decât viteza în aer (aproximativ 330 m/s). Acest lucru ajută la explicarea motivului pentru care uneori avem dificultăți în localizarea sursei unui sunet pe care îl auzim sub apă. Localizăm sursele de sunet atunci când creierul nostru detectează diferențele minuscule în momentul sosirii sunetelor care ajung la urechile noastre. Un sunet care vine din stânga noastră va ajunge la urechea stângă cu o fracțiune de secundă înainte de a ajunge la urechea dreaptă., Creierul nostru poate procesa acea mică diferență în timpul sosirii pentru a recunoaște direcția din care a venit sunetul. În apă, sunetul este atât de mult mai rapid încât diferența de timp de sosire dintre urechile noastre devine prea mică pentru a ne interpreta și pierdem capacitatea de a localiza sursa.cu toate acestea, ca și în cazul sunetului în aer, viteza sunetului în ocean nu este constantă; este influențată de o serie de variabile, inclusiv temperatura, salinitatea și presiunea, iar o creștere a oricăruia dintre acești factori va duce la o creștere a vitezei sunetului., Am văzut că aceste variabile se schimbă odată cu adâncimea și locația; astfel încât viteza sunetului să difere în diferite regiuni ale oceanului.pentru a examina modul în care viteza sunetului se schimbă în funcție de adâncime, trebuie să luăm în considerare profilurile verticale pentru temperatură și presiune. La suprafață, presiunea este scăzută, dar temperatura este la cel mai înalt punct din coloana de apă. Efectele de temperatură domină la suprafață, astfel încât viteza sunetului este rapidă în apele de suprafață. Pe măsură ce adâncimea crește, temperatura și viteza de scădere a sunetului., În partea de jos, presiunea extremă domină și, chiar dacă temperaturile sunt scăzute, viteza sunetului crește odată cu adâncimea. La adâncimi moderate (între câteva sute și o mie de metri) există o zonă în care temperatura și presiunea sunt relativ scăzute, astfel încât viteza sunetului este minimă. Această zonă de viteză minimă se numește canalul SOFAR (fixarea sunetului și intervalul) sau canalul de sunet profund (figura 6.4.1).

SOFAR canal este important, deoarece sunetele produse în această regiune se pot propaga pe distante foarte lungi, cu puțin atenuare (pierdere de energie). Undele sonore produse în canal radiază în toate direcțiile. Undele care călătoresc în apă mai puțin adâncă sau mai adâncă în afara canalului sonor intră într-o regiune cu o transmisie mai rapidă a sunetului., Așa cum am văzut cu undele seismice, când aceste unde sonore întâlnesc o regiune cu o viteză de transmisie diferită, undele tind să fie refractate sau îndoite înapoi spre regiunea cu o viteză mai mică. Drept urmare, undele sonore care se deplasează de la canalul SOFAR în apă mai puțin adâncă vor fi refractate înapoi spre canal. Pe măsură ce undele sonore merg mai adânc sub canal, acestea vor fi refractate în sus, înapoi în canal și în regiunea cu viteză mai mică., În acest fel, o mare parte din sunet nu se disipează în apă în toate direcțiile, ci este prins în canal și poate călători pe distanțe foarte lungi, cu pierderi mici de energie (figura 6.4.2).

Există mai multe aplicații practice ale SOFAR canal., Se crede că balenele Baleen folosesc canalul SOFAR pentru a comunica între ele pe distanțe lungi de sute până la mii de kilometri. Vocalizările lor sunt foarte puternice și sunt apeluri de joasă frecvență, care călătoresc mai departe decât sunetele de înaltă frecvență în oceane. Armata a reușit să urmărească submarinele folosind canalul SOFAR, iar în timpul celui de-al doilea război mondial a fost folosit pentru a localiza piloți doborâți sau nave și avioane lipsă., Un pilot blocat ar putea arunca un dispozitiv mic în apă și, odată scufundat în canalul SOFAR, ar exploda, creând un sunet care ar putea fi auzit la mai multe stații de ascultare. Folosind ora de sosire a sunetului la diferitele receptoare, locația sursei ar putea fi determinată prin triangulare. În anii 1990 sa sugerat că canalul SOFAR ar putea fi folosit pentru a monitoriza temperaturile oceanelor globale., Un proiect cunoscut sub numele de ATOC (Acoustic Thermometry of Ocean Climate) a fost propus în cazul în care sunete puternice, de joasă frecvență produse în apropiere de Hawaii și California ar călători prin canalul SOFAR la stațiile de recepție din jurul Pacificului. Monitorizând timpul necesar pentru ca sunetele să ajungă la receptoare, oamenii de știință ar putea monitoriza modificările temperaturilor oceanelor la scară globală, deoarece sunetele s-ar mișca mai repede printr-un ocean care se încălzește.deoarece sunetul călătorește mai bine prin apă decât aerul, energia necesară pentru a transmite o undă sonoră dată este mai mare în aer decât în apă., Energia sau intensitatea (intensitatea) unui sunet este măsurată pe scara decibel (dB). Se pare că este nevoie de aproximativ 61 de ori mai multă energie pentru a transmite un sunet prin aer decât prin apă. Din cauza acestei diferențe de energie, există o diferență de 61 dB între sunetele transmise prin aer și apă, astfel încât o intensitate a sunetului de 120 dB în apă ar fi echivalentă cu o intensitate de aproximativ 60 dB în aer. Acest lucru trebuie avut în vedere atunci când încercați să comparați sunetele din ocean cu sunetele din aer. Un sunet de 130 dB în aer este aproximativ echivalent cu a sta la 100 m de un motor cu jet la decolare., Un sunet de 130 dB în apă este echivalent cu aproximativ 70 dB în aer, care este intensitatea sunetului unui aspirator. De asemenea, trebuie subliniat faptul că pe scara dB, o creștere de 10 dB înseamnă că sunetul este de 10 ori mai puternic. Cu alte cuvinte, 20 dB este 10 x mai tare decât 10 dB, în timp ce 30 dB este 100 x mai tare decât 10 dB.