Velocidad del sonido en el océano

Se va a tratar, dentro del tema del sonido, la velocidad del sonido bajo el océano. Como se explicará más adelante, hay una diferencia de velocidad dependiendo del agua dulce y del agua salada.

Se puede expresar la velocidad del sonido siguiendo y relacionándolo con la ecuación de ondas lineal:

c = y * (BT/d0)                                                                                                                              (1)

Siendo: 

c la velocidad del sonido en m/s

y el índice adiabático

BT el módulo de compresibilidad isotérmico

d0 la densidad del agua que es en torno a 1030 kg/m3 [1]

Como media de la velocidad podemos tomar un valor en torno a 1500 m/s. Aunque sabemos que la velocidad del sonido en el agua depende entre otras cosas de la temperatura, de la presión y de la salinidad (existe una diferencia de velocidad dependiendo del agua dulce y del agua salada.). Además, los valores de las ondas varían dependiendo de la profundidad a la que nos encontremos. [2]

Desde hace un tiempo han ido apareciendo diferentes ecuaciones para calcular la velocidad de un sonido, pero destacamos la ecuación de Del Grosso y la ecuación de Chen y Millero. 

La primera se expresa así actualmente, después de sus debidas correcciones: 

c(S,T,P) = 1402.392 + ACS  + ACT + ACP + ACSTP                           (2)

(A significa delta, variación)

Siendo:

S la salinidad

T la temperatura 

P la presión

Sin embargo la expresión tiene sus límites, y es que solo es válida entre temperaturas de 0ºC a 30ºC, salinidades entre 30% y 40%, y presiones entre 0kg*cm^2 y 100 kg*cm^2

Pasando ahora a la ecuación de Chen y Millero, es importante saber que la UNESCO la reconoció como algoritmo estándar para calcular la velocidad del sonido en medios subacuáticos [1]. La ecuación es la siguiente:

c(S,T,P) = CW(T,P) + A(T,P)*S + B(T,P)*S^(3/2) + D(T,P)*S^2       (3)

Donde S T y P vuelven a ser salinidad, temperatura y presión respectivamente. Está ecuación por su parte es válida entre temperaturas de 0ºC a 40ºC, salinidades entre 0% Y 40% y una presión entre 0 y 1000 bar. 

La propagación de estímulos sonoros presenta frecuentemente interferencias debido al medio en el que tiene lugar, en este caso el agua. Debido a esto, se generan canales de propagación que permiten que frecuencias bajas, lo que es lo mismo que tonos graves, no presenten una gran disminución de su frecuencia posibilitando que se puedan transmitir sonidos a grandes distancias.

El océano está dividido en su mayoría por capas, la primera, la capa superficial, tiene mayor temperatura debido a que la calienta la luz solar, por lo que no tiene una temperatura fija, sino que depende de la estación del año y de la localización. A profundidades bajas, se encuentra la llamada capa termoclina que es donde las temperaturas bajan y, por lo tanto, la velocidad del sonido también. Esto sucede una vez has superado los 600 metros de profundidad aproximadamente, por lo que el factor más determinante para detectar la velocidad es la presión.[3]

Referencias:

[1] Remiro Gargallo, A. V. (2019). Técnicas numéricas aplicadas a la propagación de sonido en el medio marino (Doctoral dissertation, Universitat Politècnica de València).

[2] López Tacoronte, A. I. (2017). Propagación de ondas acústicas en espacios subacuáticos.

[3] Ruzzante, J. (2019). Una mirada a la acústica submarina. Hojitas de Conocimiento. Ciencia; n° 29.