浩瀚的海洋并不像人们想象的那样寂静。从座头鲸的歌声到远处海底地震的轰鸣声,海洋世界是一场声音的交响乐。水下声学是研究海洋中的声音的学科,它深入研究了这些声音在海洋深处传播和相互作用的复杂性。除了了解海洋生物的旋律之外,这一领域对于理解人类噪音对水生生态系统的影响也具有重要意义。 水下声音的物理学 声音本质上是一种压力波,通过介质传播,介质可以是空气、水或固体。然而,水的密度和不可压缩性使其成为声音传播的独特介质。 声波的传播 在水中,声音的传播速度约为每秒 1,500 米,几乎是空气中的五倍。该速度并不恒定,可能会因多种因素而变化: 温度:冷水密度较大,因此与温水相比,声音传播得更慢。 盐度:较高的盐含量可以稍微增加声速。 压力:随着深度的增加,压力增加,导致声速更快。 反射和折射 当声波遇到边界(例如海面或海底)时,它们会根据入射角反射或折射(弯曲)。此外,温度或盐度不同的层(称为温跃层或盐跃层)也会引起声音折射。一个有趣的现象是 SOFAR(声音定位和测距)通道,这是深海中声速最小的水平水层。该通道充当波导,使低频声音能够以最小的能量损失传播很远的距离。 衰减和吸收 当声波穿过海洋时,它们不会保留所有的能量。它们会因散射和吸收而衰减,强度会降低。高频声音衰减得比低频声音更快,这就是为什么大型鲸鱼的低频歌声可以传遍整个海洋盆地的原因。 海洋中的声源 天然来源 海洋中充满了各种自然声音。鲸鱼和海豚等海洋哺乳动物使用各种声音进行交流。这些声音可以是从低频呻吟到高频咔嗒声的歌曲。除了哺乳动物之外,许多鱼类也会发出求偶声、领土展示声或求救信号。环境声音也为海洋的音景增添了色彩。海浪的撞击声、雨滴拍打水面的嘶嘶声以及水下地震活动的隆隆声都在海洋交响曲中发挥着作用。 人为来源(人造) 随着人类对海洋的探索和开发不断增加,人为噪音也随之增加。船舶发动机的持续嗡嗡声、水下钻井的脉动声和声纳系统的尖锐声响都加剧了这种噪音。水下施工、深海采矿等活动,甚至偶尔的爆炸也加剧了这种喧嚣。这些声音通常比自然声音更响亮、更普遍,已成为海洋保护主义者的一大担忧。...