1001 вопрос об океане и 1001 ответ
Шрифт:
В морской воде звук распространяется в 4,5 раза быстрее, чем в воздухе [23] . Скорость его распространения зависит от температуры, солености и давления. С увеличением любого из этих факторов скорость звука возрастает.
Ее можно рассчитать, зная температуру, соленость и глубину — три основные характеристики, измеряемые на океанографических станциях. В течение многих лет этот метод был единственным. В последние годы скорость звука в морской воде стали измерять непосредственно.
23
То есть в среднем со скоростью 1500 м/сек. — Прим. перев.
Звуковые колебания, возникшие при подводном взрыве, произведенном исследовательским судном Колумбийского университета «Вема» в 1960 г., были зарегистрированы на расстоянии 12 000 миль. В подводном звуковом канале у побережья Австралии была взорвана глубинная бомба, и примерно через 144 мин звуковые колебания достигли Бермудских островов, то есть почти противоположной точки земного шара.
Это зона, в которой скорость звука сначала уменьшается с глубиной до некоторого минимума, а затем увеличивается за счет роста давления. Возбуждаемые в этой зоне звуковые волны не могут из нее выйти, так как искривляясь возвращаются к оси канала. Попав в такой канал, звук может пройти тысячи миль.
Это сокращение английских слов «sound fixing and ranging» (обнаружение источников звука и измерение расстояния до них). В системе СОФАР используется звуковой канал на глубинах 600 — 1200 м. По засечкам с нескольких станций приема можно установить местоположение источника звука в этом канале с точностью до 1 мили. Во время второй мировой войны с помощью этой системы удалось спасти многих летчиков, сбитых над морем. На их самолетах имелись небольшие бомбы, которые взрывались под действием давления при достижении глубины залегания звукового канала.
Гидролокатор работает на том же принципе, что и радиолокатор, только вместо радиоволн в нем используются звуковые (акустические) волны. Гидролокатор может быть активным или пассивным. Активная система излучает звуковые колебания и принимает отраженный сигнал, или эхосигнал. Для определения расстояния надо взять половину произведения скорости звука на время, прошедшее между излучением звукового импульса и приемом отраженного сигнала. Пассивная система работает в режиме прослушивания, и с ее помощью можно определить лишь направление, в котором находится источник звука. Гидролокатор используется для обнаружения подводных лодок, навигации, поиска косяков рыбы и для определения глубины. В последнем случае гидролокатор представляет собой обычный эхолот.
Вследствие различий в плотности морской воды звуковые волны в океане не распространяются прямолинейно. Направление их искривляется вследствие изменения скорости звука в воде. Это явление и называется рефракцией. Кроме того, звуковая энергия рассеивается на взвесях и морских организмах, отражается от поверхности и дна и рассеивается на них и, наконец, ослабляется при распространении сквозь толщу воды.
К шумам моря относятся шумы волн и прибоя, шумы, вызываемые атмосферными осадками, сейсмической и вулканической деятельностью,
Волны, приливы, течения
Те волны; которые мы привыкли видеть на поверхности воды, образуются главным образом под действием ветра. Однако волны могут вызываться и другими причинами: подводными землетрясениями или извержениями подводных вулканов. Приливы также представляют собой волны.
При скорости ветра менее 1 м/сек на спокойной поверхности моря образуются волны ряби, или капиллярные волны. При усилении ветра возникают более крупные и заметные гравитационные волны. Когда скорость ветра достигает 7–8 м/сек, на вершинах волн начинают образовываться барашки.
Исследования, проведенные Е. С. Монаханом из Вудс-Холского океанографического института, показали, что это объясняется присутствием соли в морской воде. Барашки состоят из множества мелких пузырьков воздуха, образующихся при опрокидывании вершин волн. Исследования д-ра Монахана подтвердили предположение о том, что в соленой воде образуются более мелкие пузырьки, чем в пресной. Из его результатов также следует, что в соленой воде эти пузырьки сохраняются дольше. В этом легко убедиться на простом опыте: перелейте пресную воду из одного стакана в другой, а затем повторите это, добавив в воду поваренной соли.
Максимальная высота волн зависит от скорости ветра, длительности действия ветра и разгона — расстояния, на котором ветер продолжает действовать на возникшую и бегущую волну. Обычно высота волн, выраженная в метрах, составляет не более половины скорости ветра, выраженной в узлах, хотя отдельные волны могут быть и выше.
В общем, чем больше разгон, тем выше волны. Однако, если разгон превышает 1000 миль, высота волн не будет заметно увеличиваться. Максимальную высоту штормовых волн можно рассчитать по формуле:
Когда смотришь на волны, то кажется, что массы воды движутся поступательно в определенном направлении, иногда со значительной скоростью. На самом же деле частицы воды совершают в основном круговое движение. Перемещается форма волны, сами же частицы смещаются лишь незначительно. В этом легко убедиться, наблюдая за поведением поплавка на волне.
Основание волны тормозится, так как частицы воды здесь движутся навстречу волне. Гребень же, то есть вершина волны, движется быстрее, поэтому он наклоняется в сторону движения и в конце концов опрокидывается.