6.4: Sonido

El sonido es una forma de energía transmitida a través de ondas de presión; ondas longitudinales o de compresión similares a las ondas P sísmicas que discutimos en la sección 3.3. Con los sonidos oceánicos, la energía se transmite a través de moléculas de agua que vibran de un lado a otro en paralelo a la dirección de la onda sonora, y que pasan la energía a moléculas adyacentes. Por lo tanto, el sonido viaja más rápido y de manera más eficiente cuando las moléculas están más cerca entre sí y son más capaces de transferir su energía a las partículas vecinas. En otras palabras, el sonido viaja más rápido a través de materiales más densos. Dado que el agua es mucho más densa que el aire, la velocidad del sonido en el agua (aproximadamente 1500 m/s) es aproximadamente cinco veces más rápida que la velocidad en el aire (alrededor de 330 m/s). Esto ayuda a explicar por qué a veces tenemos dificultades para localizar la fuente de un sonido que escuchamos bajo el agua. Localizamos fuentes de sonido cuando nuestro cerebro detecta las diminutas diferencias en el momento de llegada de los sonidos que llegan a nuestros oídos. Un sonido proveniente de nuestra izquierda llegará a nuestro oído izquierdo una fracción de segundo antes de llegar a nuestro oído derecho. Nuestros cerebros pueden procesar esa pequeña diferencia en el tiempo de llegada para reconocer la dirección desde la que vino el sonido. En el agua, el sonido es tanto más rápido que la diferencia en el tiempo de llegada entre nuestros oídos se vuelve demasiado pequeña para que la interpretemos, y perdemos la capacidad de localizar la fuente.

Sin embargo, al igual que con el sonido en el aire, la velocidad del sonido en el océano no es constante; está influenciada por una serie de variables que incluyen temperatura, salinidad y presión, y un aumento en cualquiera de estos factores conducirá a un aumento en la velocidad del sonido. Hemos visto que estas variables cambian con la profundidad y la ubicación; así la velocidad del sonido diferirá en diferentes regiones del océano.

Para examinar la forma en que cambia la velocidad del sonido en función de la profundidad, debemos considerar los perfiles verticales de temperatura y presión. En la superficie, la presión es baja, pero la temperatura está en su punto más alto en la columna de agua. Los efectos de temperatura dominan en la superficie, por lo que la velocidad del sonido es rápida en las aguas superficiales. A medida que aumenta la profundidad, la temperatura y la velocidad del sonido disminuyen. Cerca del fondo domina la presión extrema, y aunque las temperaturas son bajas, la velocidad del sonido aumenta con la profundidad. A profundidades moderadas (entre unos pocos cientos y mil metros) hay una zona donde tanto la temperatura como la presión son relativamente bajas, por lo que la velocidad del sonido es mínima. Esta zona de velocidad mínima se denomina canal SOFAR (So und F ixing A nd R anging) o Canal de Sonido Profundo (Figura\(\PageIndex{1}\)).

Figura\(\PageIndex{1}\) Perfiles de temperatura, presión y velocidad del sonido con profundidad. La velocidad del sonido es alta en la superficie debido a las altas temperaturas, y es alta en profundidad debido a la alta presión. A profundidades moderadas se encuentra el canal SOFAR, la región de velocidad sonora más lenta (PW).

El canal SOFAR es importante porque los sonidos producidos en esa región pueden propagarse a distancias muy largas con poca atenuación (pérdida de energía). Las ondas sonoras producidas en el canal irradian en todas las direcciones. Las olas que viajan a aguas menos profundas o profundas fuera del canal de sonido están entrando en una región de transmisión de sonido más rápida. Como vimos con las ondas sísmicas, cuando estas ondas sonoras encuentran una región de diferente velocidad de transmisión, las ondas tienden a refractarse o doblarse hacia la región de menor velocidad. Como resultado, las ondas sonoras que se mueven desde el canal SOFAR hacia aguas menos profundas se refractarán de nuevo hacia el canal. A medida que las ondas sonoras vayan más profundas por debajo del canal, serán refractadas hacia arriba, de vuelta al canal y a la región de velocidad más lenta. De esta manera, gran parte del sonido no se disipa hacia el agua en todas las direcciones, sino que queda atrapado dentro del canal, y puede recorrer distancias muy largas con poca pérdida de energía (Figura\(\PageIndex{2}\)).

Figura Propagación del\(\PageIndex{2}\) sonido en el canal SOFAR. Las ondas sonoras que emanan de una fuente serán refractadas hacia la región de menor velocidad, “atrapando” el sonido en el canal SOFAR (PW).

Existen varias aplicaciones prácticas del canal SOFAR. Se piensa que las ballenas barbas utilizan el canal SOFAR para comunicarse entre sí a través de largas distancias de cientos a miles de kilómetros. Sus vocalizaciones son muy fuertes y son llamadas de baja frecuencia, que viajan más lejos que los sonidos de alta frecuencia en los océanos. Los militares han podido rastrear submarinos usando el canal SOFAR, y durante la Segunda Guerra Mundial se utilizó para localizar pilotos caídos o barcos y aviones desaparecidos. Un piloto varado podría dejar caer un pequeño dispositivo al agua, y una vez que se hundiera en el canal SOFAR explotaría, creando un sonido que podría escucharse en múltiples estaciones de escucha. Utilizando el tiempo de llegada del sonido a los distintos receptores, se pudo determinar la ubicación de la fuente a través de la triangulación. En la década de 1990 se sugirió que el canal SOFAR podría ser utilizado para monitorear las temperaturas globales de los océanos. Se propuso un proyecto conocido como ATOC (Acoustic Thermometry of Ocean Climate) donde los sonidos fuertes y de baja frecuencia producidos cerca de Hawái y California viajarían por el canal SOFAR hasta las estaciones receptoras alrededor del Pacífico. Al monitorear el tiempo que tardaron los sonidos en llegar a los receptores, los científicos pudieron monitorear los cambios en la temperatura del océano a escala global, ya que los sonidos se moverían más rápido a través de un océano en calentamiento.

Dado que el sonido viaja mejor a través del agua que por el aire, la energía requerida para transmitir una onda sonora dada es mayor en el aire que en el agua. La energía, o intensidad (sonoridad) de un sonido se mide en la escala de decibelios (dB). Resulta que se necesita alrededor de 61 veces más energía para transmitir un sonido a través del aire que a través del agua. Debido a esta diferencia de energía, existe una diferencia de 61 dB entre los sonidos transmitidos a través del aire y el agua, de tal manera que una intensidad de sonido de 120 dB en el agua equivaldría a una intensidad de aproximadamente 60 dB en el aire. Esto debe tenerse en cuenta a la hora de intentar comparar sonidos en el océano con sonidos en el aire. Un sonido de 130 dB en el aire es aproximadamente equivalente a estar parado a 100 m de un motor a reacción en el despegue. Un sonido de 130 dB en agua equivale a unos 70 dB en el aire, que es la intensidad del sonido de una aspiradora. También hay que señalar que en la escala dB, un incremento de 10 dB significa que el sonido es 10 veces más fuerte. En otras palabras, 20 dB es 10 x más alto que 10 dB, mientras que 30 dB es 100 x más alto que 10 dB.

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Enlaces adicionales para más información:

• Sitio web Descubrimiento del sonido en el mar: http://www.dosits.org/