Nell’oceano profondo a medie latitudini, la velocità del suono più lenta si verifica a una profondità di circa 800-1000 metri. Questo è chiamato il minimo di velocità del suono. La velocità minima del suono crea un canale sonoro in cui le onde sonore possono percorrere lunghe distanze. Il suono è focalizzato nel canale sonoro perché le onde sonore sono continuamente piegate, o rifratte, verso la regione di bassa velocità del suono. Il suono che viaggia verso l’alto da una sorgente alla velocità minima del suono viene piegato indietro verso il minimo. Allo stesso modo, il suono che viaggia verso il basso dalla sorgente è piegato verso il minimo.
La figura seguente ha due parti. A sinistra c’è una trama di velocità del suono in funzione della profondità. La velocità minima del suono a una profondità di 1000 metri è chiamata canale sonoro profondo o, più storicamente, canale SOFAR. SOFAR sta per fissaggio del suono e che vanno. Sulla destra ci sono i percorsi seguiti dalle onde sonore mentre si allontanano dalla sorgente. Queste onde vengono continuamente rifratte verso la velocità minima del suono.
Grafico che mostra la velocità del suono e il percorso di viaggio attraverso la colonna d’acqua. Sulla sinistra è una trama off velocità del suono in funzione della profondità. Sulla destra ci sono i percorsi seguiti dalle onde sonore mentre si allontanano da una sorgente sonora situata a una profondità di 1000 m, sull’asse del canale sonoro. Vengono mostrati solo i raggi che non colpiscono la superficie dell’oceano o il fondo marino. Adattato dalla Figura 2.3 in Munk et al., 1995.
Le distanze verticali in questa figura sono notevolmente esagerate rispetto alle distanze orizzontali. Questo fa sì che gli angoli dall’orizzontale in cui le onde sonore viaggiano a guardare molto più ripida di quanto non siano in realtà. I sentieri più ripidi mostrati in questa figura distano solo circa 12° dall’orizzontale e sono in realtà quasi orizzontali.
Solo alcune onde sonore rimangono nel canale sonoro senza colpire la superficie dell’oceano o il fondo marino. Le onde sonore che viaggiano verso l’alto dalla sorgente ad angoli inferiori a circa 12° vengono rifratte indietro verso la velocità minima del suono prima di raggiungere la superficie. Allo stesso modo, le onde sonore che viaggiano verso il basso dalla sorgente ad angoli inferiori a circa 12° saranno rifratte indietro verso il minimo prima di raggiungere il fondo marino. Le onde sonore che partono verso l’alto dalla sorgente ad angoli più ripidi sono ancora rifratte, ma non abbastanza bruscamente da evitare di colpire la superficie dell’oceano. Allo stesso modo, le onde sonore che partono verso il basso dalla sorgente ad angoli più ripidi non saranno rifratte abbastanza bruscamente da evitare di colpire il fondo marino.
Il suono perde energia ogni volta che colpisce la superficie dell’oceano o il fondo marino. Ogni volta che il suono si riflette dalla superficie ruvida dell’oceano o dal fondo marino, una certa energia sonora viene dispersa e persa. Un’onda sonora che colpisce la superficie dell’oceano o il fondo marino molte volte sarà troppo debole per essere rilevata.
Il suono che non colpisce la superficie dell’oceano o il fondo marino perderà comunque energia per assorbimento. I suoni a bassa frequenza perdono pochissima energia per l’assorbimento, tuttavia. Il risultato è che i suoni a bassa frequenza che non interagiscono con la superficie dell’oceano o il fondo marino possono essere rilevati dopo aver percorso lunghe distanze attraverso l’oceano.
La quantità di assorbimento aumenta con l’aumentare della frequenza del suono e i suoni a frequenza più alta sono quindi rilevabili solo a distanze più brevi. Le distanze a cui i suoni possono essere rilevati dipendono dalla frequenza, da quanto è forte la sorgente e da quanto è forte il rumore di fondo (ambientale).
Le onde sonore che viaggiano nel canale sonoro seguono molti percorsi diversi. Quando la sorgente sonora e il ricevitore si trovano alla profondità della velocità minima del suono, chiamata asse SOFAR o canale sonoro, le onde sonore viaggiano quasi dritto lungo l’asse e ciclo sopra e sotto l’asse, quasi raggiungendo sia la superficie che il fondo.
Asse canale audio. A sinistra, profilo di velocità del suono da medie latitudini. A destra sono mostrati solo i percorsi che il suono viaggia da una sorgente a 1000m di profondità a un ricevitore a 1000m di profondità che si trova a 210km di distanza dalla sorgente. Contrasta questa immagine con l’immagine verso la parte superiore della pagina in cui sono mostrati tutti i tracciati percorsi da un suono proveniente da una sorgente sonora. Adattato dalla Figura 1.1 di Munk et al., 1995.
Anche se il suono viaggia lontano da una sorgente sonora in tutte le direzioni, solo il suono che viaggia lontano da una sorgente su percorsi che lasciano la sorgente ad angoli specifici raggiungerà un ricevitore in una posizione specifica. Le onde sonore che viaggiano su questi diversi percorsi hanno tempi di percorrenza leggermente diversi. Una singola fonte esplosiva sarà quindi udita come un numero di arrivi separati, portando alla firma caratteristica di una trasmissione SOFAR che si costruisce fino al suo culmine:
bump bump bump bump
L’impulso finale del suono è tipicamente il più forte e proviene dall’onda sonora che viaggia quasi sull’asse del canale sonoro. Sebbene questa onda sonora percorra la distanza più breve, viaggia nella regione vicino alla velocità minima del suono dove la velocità del suono è più bassa.
I percorsi che il suono prenderà per una sorgente vicino alla superficie dell’oceano sono molto diversi. Se il canale del suono profondo si estende fino alla superficie, i raggi che partono dalla sorgente quasi orizzontalmente non colpiranno la superficie dell’oceano o il fondo marino. I suoni che viaggiano su questi percorsi possono essere rilevati a lunghe distanze, proprio come è vero per i suoni che viaggiano lontano da una sorgente profonda che non interagiscono con la superficie dell’oceano o il fondo marino. Percorsi sonori da una sorgente vicino alla superficie si uniscono, o convergono, creando regioni di pressione sonora più elevata a circa la stessa profondità della sorgente ogni 50-60 km di distanza da essa. Queste regioni di pressione sonora più elevata sono chiamate zone di convergenza. Tra le zone di convergenza, ci sono regioni di pressione sonora inferiore chiamate zone d’ombra.
A sinistra c’è una trama di velocità del suono in funzione della profondità. Sulla destra ci sono i percorsi seguiti dalle onde sonore che si allontanano da una sorgente sonora situata a una profondità di 50 m. Vengono mostrati solo i raggi che non colpiscono la superficie dell’oceano o il fondo marino. I raggi tornano insieme vicino alla superficie ad un raggio di circa 55 km, formando una zona di convergenza. I raggi non raggiungono la regione vicino alla superficie tra la sorgente e la zona di convergenza, formando una zona d’ombra.
Collegamenti aggiuntivi su DOSITS
- Cronologia del canale SOFAR
- Velocità minima del suono
- Variabilità del canale audio