ГЛАВА 12. ОПТИЧЕСКИЕ И АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОРСКОЙ ВОДЫ

вода, звук, волны
Изображение DWilliams с сайта Pixabay

§ 47. Распространение звука в морской воде

Распространение звука в морской воде зависит от температуры, солености, давления, содержания газов, а также взвешенных примесей органического и неорганического происхождения. Неоднородность морской воды определяет распространение звука по сложным траекториям. Состояние же поверхности моря и характер грунтов, выстилающих дно, обусловливают отражение звуковых колебаний, которые сопровождаются затуханием вследствие поглощения и рассеяния звуковой энергии.

Изменения температуры, солености и давления по глубине, от места к месту и от сезона к сезону определяют изменения физических условий распространения звука. Скорость звука находится по формуле

Формула скорости звука С=√ α  ϒ /К
С=√ α ϒ /К (31)

где α — удельный объем морской воды; К — коэффициент сжимаемости;

ϒ=Сp/Cυ — отношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме.

Для расчета скорости распространения звука составлены специальные таблицы, в которых приводятся значения с в зависимости от температуры, солености и давления.

Современные таблицы для расчета скорости звука в морской воде составлены на основе эмпирической формулы Вильсона

c=1449,14+Δct+ΔcS+Δcp+ΔcptS  (32)

где Δct и ΔcS представляют собой поправки на отклонения стандартных значений температуры и солености; Δcp — поправка на гидростатическое давление; ΔcptS — суммарная поправка.

Таблицы позволяют определить скорость звука от поверхности до 10 000 м для температуры от -2,00 до 32,00° С и солености от 0,00 до 40,00‰.

С повышением температуры, увеличением солености и давления скорость звука увеличивается, а при уменьшении — убывает. Скорость звука в Мировом океане колеблется в пределах 1400— 1550 м/с.

Опыт изучения распределения скорости звука в различных районах Мирового океана показывает, что на изменение скорости звука большее влияние оказывают изменения температуры, чем солености. Влияние давления незначительно начинает сказываться с глубины 100 м и становится заметным с 1000 м. Например, при t = = 10° С и S = 35‰ скорость звука увеличивается на глубине 100 м на 1,8 м/с, на 1000 м — на 18,1 м/с, а на 3500 м — на 62,7 м/с.

Реальная скорость звука в Мировом океане и отдельных морях часто убывает с глубиной, затем достигает минимума в слое минимума температуры, ниже которого она возрастает ко дну под влиянием гидростатического давления. Слой, в пределах которого звуковые лучи претерпевают многократное внутреннее отражение, носит название подводного звукового канала. В этом слое звуковая энергия концентрируется вдоль оси канала, которая совпадает со слоем минимальной скорости звука. В зоне подводного звукового канала создаются благоприятные условия для сверхдальнего распространения звука1 что широко используется в практике подводной навигации, для сверхдальней связи, для различных подводных исследований, в том числе сейсмических и вулканических явлений, для обнаружения косяков рыб и т. д.

В различных районах Мирового океана в зависимости от вертикальной структуры вод и изменений их состояния формирование подводного звукового канала и глубины его залегания различны.

1 Небольшой взрыв (0,25 кг) в Атлантическом океане был зарегистрирован на расстоянии 1500 км, взрыв 2,7 кг — на расстоянии 5750 км; максимальное расстояние, проходимое звуком за несколько часов, 19 200 км.

Источник: Общая гидрология, Гидрометеоиздат, Ленинград, 1973