Hanghullámok (óceán) - biológia

Milyen meleg túl meleg az élethez az óceán feneke mélyén?

biológia

Antibiotikumok baktériumoktól

Sejtvándorlás: egy ismert fehérje újonnan felfedezett funkciója

Molekuláris iránytű a sejtek igazításához

Mi teszi a levelek öregedését ősszel

A keselyű gyöngytyúk demokráciája

Ekembo környezete: Az emberek nyílt tájakon is éltek

| Genetika | Mezőgazdaság, erdészet és állattenyésztés

A búzafajtát vad füvek keresztezésével hozták létre

Milyen meleg túl meleg az élethez az óceán feneke mélyén?

Hanghullámok (óceán)

Hang hullámok lényegesen kisebb a vízveszteségük, mint az elektromágneses hullámoknak (pl. fénynek), amelyek erősebben szívódnak fel a vízben. Ezért Hang hullámok óriási jelentőségű az óceánon a fizikai, kémiai és biológiai mennyiségek kommunikációja és mérése szempontjából. Ezzel szemben nem fontosak a dinamikus folyamatok szempontjából. Technikai alkalmazásukkal kapcsolatban lásd: Wasserschall.

Hanghullámok az óceánban

A hanghullámok olyan nyomáshullámok, amelyek hosszirányban terjednek, azaz H. a molekulák ugyanabban az irányban rezegnek, mint amit elhajoltak. Szüksége van tehát egy olyan közegre, amelyben elterjedhet. Mint más hullámok esetében, a következők is érvényesek:

c = Hangsebesség, f = Frekvencia, $ \ lambda $ = hullámhossz.

1 Hz és több MHz közötti frekvenciák fordulnak elő.

Hangsebesség

Az óceánban a hang sokkal gyorsabb, 1500 m/s körüli sebességgel, mint a levegőben, ahol normál körülmények között 340 m/s körül mozog. Az óceán hangsebessége a víz sótartalmától, hőmérsékletétől és nyomásától függ. Mivel a nyomás szinte egyenes a mélységgel, ezt gyakran használják a hangsebesség kiszámításához. A hangsebességet nem lehet pontosan kiszámítani, de vannak olyan empirikusan meghatározott képletek, amelyekkel viszonylag jól kiszámítható. Ezek a képletek meglehetősen hasonlóak, amelyek közül az egyik:

$ c = (1449 + 46 \ T - 005 \ T ^ 2 + 14 (S - 35) + 0017 \ D) \ mathrm> $,

ahol $ T $ a hőmérséklet ° C-ban, $ S $ a sótartalom psu-ban és $ D $ a mélység méterben.

A hangsebesség függőségére azt lehet mondani:

  • A felső rétegben a hőmérséklet a meghatározó, mivel ez a változó változik a legjobban.
  • A hőmérsékletváltozás nagyon kicsi a hőmérsékletugrási réteg alatt, itt a mélység a meghatározó paraméter.
  • A sótartalom alig befolyásolja a hangsebességet, mivel az óceán legtöbb helyén 3,5% körüli értéke van, ezért a kapcsolódó kifejezés nagyon kicsi. Gyakran elhanyagolható.

Hangsugarak

A fent említett függőségek miatt gyakran van hangsebesség minimum minimum 1000 m mélységben, az úgynevezett SOFAR csatorna, amelyben a hanghullámok különösen messzire terjednek.

Az óceán elképzelhető sok vékony, változó sűrűségű réteg sorozataként. A következő érvényes: $ c \ cdot n = \ text $ (with c: Hangsebesség egy műszakban, : A réteg törésmutatója) d. vagyis mindegyik rétegnek más a törésmutatója. Minél nagyobb a hangsebesség, annál alacsonyabb a törésmutató. Mivel a SOFAR csatornán a hangsebesség a legkisebb, a törésmutató itt a legmagasabb. Snellius törés-törvénye szerint a hangsugarak mindig a nagyobb törésmutató felé törnek, vagyis a SOFAR csatornába. Amint a sugarak a csatornában vannak, akkor is ott maradnak, ha a sugárzási szög nem volt túl nagy. Másrészt a hangsugarak törése egyes helyeken úgynevezett „árnyékzónákat” hoz létre, amelyekbe egyetlen pontból kibocsátott hang sem hatolhat be. Ezeket a tengeralattjárók elrejtik más tengeralattjárók elől.

A hanghullámok diszperziós viszonya az óceánban

A diszperziós reláció (a frekvencia hullámszám-függése) egyértelműen meghatározza a hullámot. Ez:

Val vel $ \ omega $: Gyakoriság, c: Hangsebesség, k: Hullámszám, H: Vízmélység, : Módok száma ( természetes szám)

Az interfészek (tengerfenék és felszín) hanghullámainak határfeltételei miatt a hullámokra csak diszkrét módok adódnak.

Alkalmazás

A hangot az óceánban számos különböző célra használják. A bálnák és a delfinek nyelve minden bizonnyal a legismertebb. Millió évvel az emberek előtt már használták azt a tényt, hogy a víz nagyon messze hordozza a hangot, különösen az alacsony frekvenciákat. Ezért a bálna dalait a víz alatt is hallhatja, ha a bálnák mérföldekre vannak. A bálnák hasonlóan használják a hangot, mint a denevérek a levegőben. Sok nagyfrekvenciás hangot küldenek. Ezek tükröződnek a lehetséges táplálékforrásokról vagy ellenségekről. A visszaszóródás erősségéből és a visszaszóródásig eltelt időből következtetéseket vonhat le a elhelyezett objektumok méretéről és távolságáról (echolokáció). Az emberek ugyanarra a célra használják a hangot. Különösen a katonai szektorban fontos az ellenséges hajók és mindenekelőtt a tengeralattjárók gyors észrevétele, vagy annak elkerülése, hogy maga az ellenség fedezze fel őket. Ezenkívül a hangot széles körben használják a kutatásban, különösen a következő területeken:

  • visszhangjelző
  • ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler): Ez az akusztikus Doppler-effektust használja a vízmozgás meghatározására.
  • Az akusztikus tomográfiát használják a két hőmérséklet közötti átlaghőmérséklet és áramlás meghatározására.
  • Oldalsó szkenner az óceán fenekének feltérképezésére szolgál