Реферат: Гидроакустика — инструмент изучения Мирового Океана

Глава I

Человек и Океан.

Многовековая история человеческого общества, весь его путь к прогрессу теснейшим образом связаны с океаном — с мореплаванием, с освоением его огромных пищевых, сырьевых, а позже и топливно-энергетических ресурсов. “Очень скоро с Океаном, возможно, будет связана проблема самого существования человечества,”— утверждал известный исследователь морских глубин Жак-Ив Кусто.

“Очень скоро всем нам придется пойти на поклон к богу морей — просить его поделиться с людьми своими богатствами”, “Угроза минерального голода в буквальном смысле заставит человека активно осваивать Океан”,— вторят ему ученые академики — геолог В.И.Смирнов и океанолог Л.М.Бреховских.

А что мы знаем об Океане?

Рельеф суши давно отражен в подробных географических картах, а о рельефе дна огромного пространства Океана до недавнего времени было лишь весьма приблизительное представление. В 1975 году в Советском Союзе был издан геолого- геофизический атлас Индийского океана. В нем много новых подробных карт дна. Океанологами изучен не только рельеф, но и распределение отложений, глубинное строение земной коры, подводные землетрясения, магнитные аномалии. В наши дни Океан изучают разными способами. Трудно исследовать глубины на специальных аппаратах без надежной связи с поверхностью. А радиоволны, служащие нам верой и правдой на Земле и в космосе, гаснут в воде, преодолев лишь десятки-сотни метров. Заменить их пока могут лишь волны акустические.

-4-

Глава II

Чем занимается гидроакустика.

Гидроакустика занимается вопросом генерирования, передачи, приёма и использования природного звука. Поскольку радио- и световые волны в большой степени поглощаются водами океанов, а звуковые волны практически не поглощаются, звук используется для зондирования дна океанов, определения местонахождения различных объектов в океанах, исследования природы донных отложений и как средство связи.

Самым ранним использованием подводного звука была установка под плавучие маяки и бакены колоколов, погруженных в воду. В период плохой видимости звук этих колоколов можно было обнаружить на больших расстояниях при помощи гидрофонов, устанавливаемых в корпусе судна.

В 1912 г. Томас Грин Фессенден разработал электромагнитный источник звука, который позволил осуществить связь между судами путём подводной сигнализации с помощью азбуки Морзе. Разработка эхолота явилась другим примером раннего использования гидроакустики. В 1937 году впервые был применен новый метод измерения глубин, основаный на эффекте звукового сигнала от дна.

Измерения глубин эхолотом изменили прежние представления ученых о рельефе дна океана. Почти все промеры сейчас проводятся эхолотами, а сам метод получил название эхолотирования. Скорость распространения звуковых сигналов обычна равна 1460 м/с ( 800 мор. саженей ). Для точного измерения глубин совершенно необходимо иметь источник колебаний со строго определённой периодичностью посылки звуковых сигналов. В противном случае незначительные отклонения в периодичности посылки сигнала и изменения напряжения питания могут повлиять на синхронность работы самописца, что повлечёт за собой существенные погрешности в определении времени между прямым и отраженным звуковым импульсом на эхограмме.

Большинство применяемых сейчас эхолотов снабжено встроенными стабилизаторами частоты посылки сигналов, что обеспечивает стабильное управляющее напряжение самописцам; в результате достигается почти 100% точность измерения. Метод эхолотирования не позволяет с такой же точностью получать

-5-

абсолютные глубины, поскольку скорость прохождения звука через толщу воды для разных глубин различна. Тем не менее повторное

зондирование при изменении частоты сигналов должно показать те же самые величины.

Ошибки иного рода при эхолотировании ( в старых моделях эхолотов ) происходят из-за того, что луч, посылаемый эхолотом, распространяется не в виде узкого вертикального пучка, а в виде конуса с телесным углом около 30 °. В результате в тех случаях, когда проводится зондирование крутых склонов, сигнал обычно отражается от ближайшей к судну точки на склоне, а не от

поверхности дна строго под судном. Эхолот измеряет глубину воды под корпусом судна путём хронометрирования эха коротких звуковых импульсов, отражающихся от дна океана. Первоначально основными задачами гидроакустики были обнаружение подводных лодок, определение дальности распространения звука и т.д. В настоящее время гидроакустика является

областью прикладных и научных исследований. Преломление и отражение звука используются геофизиками и морскими геологами для использования глубинной структуры океанического дна ( сейсмическое профилирование ) и составления карт дна океанов ( измерения эхолотом ). Биологи моря изучают звуки, издаваемые различными формами морской фауны.

Скорость распространения звука равна квадратному корню из отношения сжимаемости морской воды к её плотности и в океанах зависит от температуры, солёности и давления (глубины ). Основное влияние на скорость звука оказывает температура. Скорость звука в морской воде колеблется от 1450 до 1570 м/c; она увеличивается с увеличением температуры на переменную величину, составляющую примерно 4,5 м/c на 1°С; она также увеличивается на 1,3 м/c по мере возрастания солёности воды на 1 ⁰ /00 , и, наконец, она увеличивается с глубиной на 1,70 м/c на 100 м.

Применения электронных методов для акустических и сейсмических исследований, а также для изучения магнетизма, сил тяжести теплового потока на океанической коре имеет громадное значение для быстрого развития морской геологии.

Развитие эхолотирования побудило специалистов, занимающихся морскими подводными съёмками составить весьма подробные карты континентальных шельфов и склонов.

В 50-е годы существеным вкладом в развитие морской геологии явились разработка и использование сейсмического

-6-

профилирования методом отраженных волн, что позволило изучить характер структур и формаций, залегающих под поверхностью океанического дна. Этим методом были исследованы многие континентальные склоны на земном шаре; бесчисленные профили пересекли все океаны, что обеспечило поступление огромного потока информации.

Акустические приборы, буксируемые вблизи морского дна, обеспечивают получение более точных профилей рельефа, чем те, которые получали с помощью приборов, установленных на надводных судах. Метод бокового сканирования, использующий бортовые или погружные буксируемые приборы ( геосонары ), дают возможность охватить широкие полосы дна по обе стороны от движущегося судна, благодаря чему можно получить трёхмерную картину рельефа дна.

Значительный прогресс в повышении точности определения местоположения судов достигнут благодаря таким нововведениям, как спутниковая навигация и триангуляция с помощью системы погружаемых буев, снабженных акустическими приборами ( транспондерами ). С большим успехом применяются и другие электронные навигационные устройства, а также судовые компьютеры, системы накопления, хранения и обработки данных.

-7-