В.А. Магницкий - Общая геофизика (1119278), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Если параметр Рэлея мал, то отраженные от различных участков взволнованной поверхности лучи находятся почти в фазе, так же как при отражении от гладкой поверхности, и коэффициент отражения близок к -1. По мере возрастания параметра Рэлея разность фаз лучей растет, лучи частично гасят друг друга и ослабляют отраженное поле в зеркальномнаправлении. Если разность фаз достигает л, отраженное полев зеркальном направлении исчезает и отражение становится диффузным. Параметр Рэлея играет важную роль в теории рассеяния и позволяет разделять поверхности на гладкие и шероховатые. Принято считать, что при 2ка^ sin <р < л/2 поверхность гладкая,а при 2ка sin <р>л/г — шероховатая.Если глубина моря недостаточно велика, то отражением акустических волн от дна пренебрегать нельзя и акустическое поле впроизвольной точке будет иметь более сложный характер, чемв случае глубокого моря.
Акустическое поле в неглубоком мореможно представить в виде так называемых нормальных волн, каждая из которых распространяется в направлении оси х со своей скоростью и имеет в соответствии с этим свою длину волны. При этомкаждая нормальная волна, бегущая в горизонтальном направлении, в вертикальном направлении представляет собой иол ну стоячую. Амплитуда звукового давления, как показывают раечеты, убывает с расстоянием по горизонтали пропорционально IПрименительно к условиям мелкого моря имеет место понятиекритической длины волны акустических колебаний, с превышением которой при заданной глубине моря Я нормальные волны становятся затухающими. Критическое значение длины волны определяется соотношением Xvn= 4Я, этой длине волны соответствуеткркритическая частота / = сзв/ 4Я.
Коэффициент затухания для волнс длиной Я>Я_,Пкр в мелком море может быть чрезвычайно велик.Так, для первой нормальной волны, которая распространяетсябез затухания при Я/Л = 1/4, в случае если Я/Я становится равным1/5, коэффициент затухания будет составлять 130 дБ/м. Учитываястоль большие значения коэффициента затухания, можно сказать,что мелкое море является своеобразным фильтром: оно пропускаетлишь волны, частота которых больше кр Волны же, для которых/ < кр в мелком море распространяться не могут.РЕ В Е РБ Е РА Ц И Я ЗВУ КАИ Ш УМ Ы В О КЕАН ЕПосле прекращения действия источника звука в море в течениеопределенного интервала времени в некоторой области пространства продолжает существовать акустическое поле, интенсивность которого убывает со временем. Это так называемое послезвучание, илиреверберация. Промежуток времени, в течение которого уровеньинтенсивности звука уменьшается в 106 раз, называется временемреверберации.
Причиной реверберации является отражение акустических волн от различного рода рассеивателей. Реверберация звукапорождается неровностями дна и поверхности, различными неоднородностями водной массы: воздушными пузырьками, увлекаемыми с поверхности; пузырьками газов, образующимися при гниении органических остатков животных и растительных организмов; мелкомасштабными температурными неоднородностями, обусловленными турбулентностью; мелкими твердыми взвешеннымичастицами. Причинами реверберации могут быть косяки рыб, стаидельфинов и т.д. Различают реверберацию поверхностную, донную, объемную и реверберацию от слоя.
Реверберация в море оказывает существенное влияние на работу гидроакустических приборов.Сравнительно недавно было открыто новое явление, основныесвойства которого противоположны свойствам реверберации. Былоотмечено, что при распространении звука в подводном звуковомканале на больших расстояниях от источника перед приходом отдельных составляющих звуковых колебаний появляется звуковой фон,опережающий по времени приход основного сигнала. При этом уровень его не спадает с течением времени, как это имеет место приреверберации, а, наоборот, нарастает и достигает своего максимума вконце, перед приходом основного сигнала. Явление это получилоназвание “предреверберация”.Природа предреверберации может быть обусловлена отражениеми рассеянием сигналов на внутренних волнах, рассеянием и дифракцией на больших градиентах скорости звука, рассеянием при отражении от взволнованной поверхности океана, а также рассеянием нанеоднородностях водной среды со всякого рода включениями какорганического, так и неорганического происхождения.
Теория явления предреверберации, в отличие от реверберации, пока не разработана.Довольно широко распространенное мнение о морских глубинахкак о “мире безмолвия” не имеет под собой реальной основы. Известный французский океанолог Ж.И. Кусто справедливо заменил этоназвание на “Мир без солнца”. Даже в наиболее уединенных тихихуголках океана существуют шумы, уровень которых примерно соответствует шумам тихого парка. В зависимости от порождающих ихпричин шумы моря можно разбить на три большие группы. Первая —шумы гидродинамического происхождения, их причиной являетсянепрерывное движение, в котором находятся водные массы морейи океанов; вторая — шумы биологического происхождения, издаваемые китами, дельфинами и рыбами (как отдельными особями,так и их стаями) ; третьи — шумы, связанные с деятельностью человека.
В полярных широтах на первый план в качестве источникашума выдвигается лед.Интересное явление, на которое впервые обратил внимание академик В.В. Шулейкин, представляет собой зарождение инфразвуковых колебаний при обтекании ветровым потоком взволнованнойповерхности моря в штормовой зоне. Эти инфразвуковые колебанияраспространяются со скоростью звука, которая существенно превышает скорость распространения штормовых ветров, и могут служитьпредвестниками надвигающегося шторма, хотя показания барометров при этом еще не меняются.
Чаще всего это явление можнонаблюдать в открытом море, где нет маскирующих помех, связанных с обтеканием воздушным потоком неоднородностей подстилающей поверхности. На “голос моря” реагируют мелкие ракообразные, живущие в прибрежной гальке, и медузы, которые заблаговременно покидают наиболее опасную при шторме зону береговогоприбоя.Акустические методы, так же как и гидрооптические, служатодним из инструментов для исследования термогидродинамической структуры вод Мирового океана. Это обусловлено тем, что такие явления, как крупномасштабные течения, айсберги, синоптические вихри, внутренние волны, положение слоя скачка плотности и др., вносят свой вклад в особенности распространения звукав океане.ГЛАВА 5М АГ НИТ НЫ Е И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕЯВЛЕНИЯ В ОКЕАНЕПроисхождение магнитного поля Земли, известного людям еще за1000 лет до нашей эры, до сих пор не выяснено.
Вместе с темэлектрические и магнитные поля в гидросфере Земли представляютбольшой интерес, поскольку они воздействуют на жизнедеятельностьживых организмов, помогая, например, ориентироваться рыбам приих далеких миграциях.Геомагнитное поле вызывает так называемые теллурические токив твердой части Земли. В океане электрические токи были обнаружены только в 1935 г.Относительно возникновения магнитного поля Земли существует много предположений, но все они остаются только гипотезами.Одной из наиболее вероятных гипотез является связь магнитногополя Земли с вращением ее вокруг своей оси.
В этом случае магнитное поле Земли было бы симметричным относительно географических координат и магнитные полюса совпадали бы с географическими. Однако этого не наблюдается. В.В. Шулейкин объясняетаномалии магнитного поля Земли наличием на ее поверхности материков и океанов. Наблюдения за вектором напряженности магнитного поля Земли действительно указывают на связь аномалий геомагнитного поля с океанами. Изолинии восточной составляющейнапряженности геомагнитного поля оконтуривают берега континентов. Измерения показали также, что восточная составляющая напряженности магнитного поля Земли на материках мала, над океанами же она достигает наибольших значений. Физически это означает, что над материками существует сравнительно мало искаженноеполе равномерно намагниченного шара с осью, которая совпадаетс земной осью вращения. Искажение этого поля проявляется над океанами, и притом тем сильнее, чем ближе в этом месте сходятся континенты.С помощью карты восточных составляющих вектора напряженности магнитного поля Земли были вычислены значения электрического потенциала в океане, намного превосходившие, однако, данныенепосредственных измерений.Измерения, выполненные в морях и океанах, показали увеличение плотности тока с глубиной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
