introduktion till oceanografi

ljud är en form av energi som överförs genom tryckvågor; longitudinella eller kompressionsvågor som liknar de seismiska P-vågorna som vi diskuterade i avsnitt 3.3. Med havsljud överförs energin via vattenmolekyler som vibrerar fram och tillbaka parallellt med ljudvågens riktning och passerar energin till intilliggande molekyler. Därför reser ljudet snabbare och effektivare när molekylerna är närmare varandra och bättre kan överföra sin energi till närliggande partiklar., Med andra ord färdas ljudet snabbare genom tätare material. Eftersom vatten är mycket tätare än luft, ljudets hastighet i vatten (ca 1500 m/s) är ungefär fem gånger snabbare än hastigheten i luften (ca 330 m/s). Detta hjälper till att förklara varför vi ibland har svårt att lokalisera källan till ett ljud som vi hör under vattnet. Vi lokaliserar ljudkällor när våra hjärnor upptäcker de små skillnaderna i ankomsttiden för ljud som når våra öron. Ett ljud som kommer från vänster når vårt vänstra öra en bråkdel av en sekund innan vi når vårt högra öra., Våra hjärnor kan bearbeta den lilla skillnaden i ankomsttid för att känna igen den riktning från vilken ljudet kom. I vatten är ljudet så mycket snabbare att skillnaden i ankomsttid mellan våra öron blir för liten för oss att tolka, och vi förlorar förmågan att lokalisera källan.

men som med ljud i luften är ljudets hastighet i havet inte konstant; det påverkas av ett antal variabler, inklusive temperatur, salthalt och tryck, och en ökning av någon av dessa faktorer kommer att leda till en ökning av ljudets hastighet., Vi har sett att dessa variabler förändras med djup och plats; så att ljudets hastighet skiljer sig åt i olika regioner i havet.

för att undersöka hur ljudets hastighet ändras som en funktion av djup måste vi överväga de vertikala profilerna för temperatur och tryck. Vid ytan är trycket lågt, men temperaturen är vid sin högsta punkt i vattenkolonnen. Temperatureffekterna dominerar vid ytan, så ljudets hastighet är snabb i ytvatten. När djupet ökar minskar temperaturen och ljudets hastighet., Nära botten dominerar det extrema trycket, och även om temperaturen är låg ökar ljudets hastighet med djup. Vid måttliga djup (mellan några hundra och ett tusen meter) finns en zon där både temperatur och tryck är relativt låga, så ljudets hastighet är minst. Denna zon med minsta hastighet kallas SOFAR-kanalen (Ljudfixering och intervall) eller den djupa ljudkanalen (figur 6.4.1).

SOFAR-kanalen är viktig eftersom ljud som produceras i den regionen kan förökas över mycket långa avstånd med liten dämpning (förlust av energi). Ljudvågor som produceras i kanalen utstrålar i alla riktningar. Vågor som reser in i grundare eller djupare vatten utanför ljudkanalen går in i en region med snabbare ljudöverföring., Som vi såg med seismiska vågor, när dessa ljudvågor stöter på en region med olika överföringshastighet, tenderar vågorna att brytas eller böjas tillbaka mot regionen med lägre hastighet. Som ett resultat kommer ljudvågor som rör sig från SOFAR-kanalen till grundare vatten att brytas tillbaka mot kanalen. När ljudvågorna går djupare under kanalen kommer de att brytas uppåt, tillbaka in i kanalen och regionen med långsammare hastighet., På så sätt släpper inte mycket av ljudet ut i vattnet i alla riktningar, utan är instängd i kanalen och kan resa mycket långa avstånd med liten energiförlust (figur 6.4.2).

det finns flera praktiska tillämpningar av SOFAR-kanalen., Baleenvalar tros använda SOFAR-kanalen för att kommunicera med varandra över långa avstånd från hundratals till tusentals kilometer. Deras vocalizations är mycket höga och är lågfrekventa samtal, som reser längre än högfrekventa ljud i oceanerna. Militären har kunnat spåra ubåtar med SOFAR-kanalen, och under andra världskriget användes den för att lokalisera nedskjutna piloter eller saknade fartyg och flygplan., En strandad pilot kunde släppa en liten enhet i vattnet, och när den sjönk in i SOFAR-kanalen skulle den explodera och skapa ett ljud som kunde höras på flera lyssningsstationer. Med hjälp av ljudets ankomsttid vid de olika mottagarna kan källans placering bestämmas genom triangulering. På 1990-talet föreslogs att SOFAR-kanalen skulle kunna användas för att övervaka globala havstemperaturer., Ett projekt som kallas ATOC (Acoustic Thermometry of Ocean Climate) föreslogs där högljudda lågfrekventa ljud som produceras nära Hawaii och Kalifornien skulle resa genom SOFAR-kanalen till mottagningsstationer runt Stilla havet. Genom att övervaka den tid det tog för ljuden att nå mottagarna kunde forskare övervaka förändringar i havstemperaturer i global skala, eftersom ljud skulle gå snabbare genom ett uppvärmt hav.

eftersom ljudet färdas bättre genom vatten än luft, är den energi som krävs för att överföra en given ljudvåg högre i luft än i vatten., Ljudets energi eller intensitet (ljudstyrka) mäts på decibelskalan (dB). Det visar sig att det tar ungefär 61 gånger mer energi att överföra ett ljud genom luft än genom vatten. På grund av denna energiskillnad finns det en 61 dB skillnad mellan ljud som överförs via luft och vatten, så att en ljudintensitet på 120 dB i vatten skulle motsvara en intensitet på ca 60 dB i luft. Detta bör hållas i åtanke när man försöker jämföra ljud i havet med ljud i luften. Ett ljud på 130 dB i luft motsvarar ungefär 100 m från en jetmotor vid start., Ett ljud på 130 dB i vatten motsvarar ca 70 dB i luft, vilket är intensiteten hos ljudet hos en dammsugare. Det bör också påpekas att på dB-skalan betyder en ökning på 10 dB att ljudet är 10 gånger högre. Med andra ord är 20 dB 10 x högre än 10 dB, medan 30 dB är 100 x högre än 10 dB.