V. PROPAGACIÓN DEL SONIDO EN EL MAR
EL SONIDO es producido por el movimiento vibratorio de las moléculas de una sustancia elástica. La energía mecánica de propagación del sonido se absorbe en el medio por el cual se propaga, y que puede ser gaseoso, líquido o sólido, produciéndose una variación en la intensidad del sonido, que es mayor o menor según el medio en el que se absorbe. Esta absorción se debe a la fricción de las ondas con el medio, y a su transformación en calor.
En el agua, los sonidos se propagan con mayor rapidez y menor pérdida de energía que en el aire; las ondas sonoras y ultrasonoras se transmiten en el mar a una velocidad entre 1 400 y 1 600 metros por segundo, mientras que en la atmósfera la velocidad de propagación es de 340 metros por segundo. Esto se debe a que el agua del mar no se encuentra comprimida, es decir, no se puede reducir a un menor volumen, por lo que la absorción de las ondas sonoras es mínima, contrariamente a lo que sucede en la atmósfera, en donde los sonidos se absorben a distancias muy cortas.
Es notable la diferencia de volumen del sonido cuando se golpean entre sí dos objetos duros en el aire o dentro del agua, y también se puede observar que, al introducir la cabeza en el agua del mar, se oye desde muy lejos el ruido de los motores de las embarcaciones.
Por las características del agua del mar la velocidad de propagación del sonido cambia de acuerdo con las variaciones de temperatura, salinidad y presión. Cuanto más altas sean estas características del agua, tanto mayor será su velocidad. Por ejemplo, en agua dulce, a una temperatura de 30ºC, es de 1 509.6 metros por segundo, mientras que en el agua del mar, con la misma temperatura, pero con una concentración de sales de 35%, será de 1 546.2 metros por segundo.
Los oceanógrafos han estimado que cuando la temperatura aumenta en un grado centígrado, la velocidad del sonido lo hace en 2.5 metros por segundo; si la salinidad se incrementa en 1%, la velocidad presentará 1.4 metros por segundo de más; y si la presión sube 10 atmósferas, al bajar 100 metros de profundidad, el sonido registra 1.8 metros por segundo de ascenso.
El efecto de la temperatura es considerablemente mayor que el de la salinidad y la presión en las aguas superficiales, debido a que en ellas alcanza sus máximos valores y presenta rápidas variaciones; pero conforme aumenta la profundidad, la acción de este factor pierde importancia.
Se debe tomar en cuenta que la presión es una función de la profundidad y, por lo tanto, en aguas bien mezcladas, la velocidad del sonido aumentará con la profundidad.
En los primeros 50 metros de profundidad se encuentra que la acción de la presión sobre la velocidad del sonido es mínima, y como la temperatura suele mantenerse constante, el incremento de la velocidad del sonido es poco, a menos que se presente un cambio de la temperatura, lo que ocasionará una variación proporcional en la velocidad.
Por debajo de los 50 metros y hasta los 300 metros, la disminución de la velocidad es rápida por serlo también la de la temperatura; pero a partir de esta profundidad la acción de la temperatura es contrarrestada por el aumento de la presión y de la salinidad, y esto se traduce en un crecimiento de la velocidad, el cual se acentúa conforme se acerca al fondo, por ser dominante en este estrato el efecto de la presión.
En lugares con fondos poco profundos es posible medir con exactitud estos factores desde la superficie hasta el fondo y conocer con precisión la distancia que recorre el sonido; pero en las grandes profundidades surgen errores en la apreciación de esta distancia. A poca profundidad, el error puede llegar a ser del orden de 10 a 20 centímetros, mientras que en los fondos superiores a los 5 000 metros, éste alcanza de 30 a 40 metros, siempre y cuando se haya registrado cuidadosamente la velocidad del sonido a través de las sucesivas capas de agua.
Al atravesar los estratos del mar, el sonido experimenta fenómenos de reflexión y de refracción como los que fueron descritos para la luz.
La superficie y el fondo del mar, así como cualquier objeto sumergido de tamaño considerable provocan la reflexión del sonido, mientras que los estratos que forman el agua del mar son los responsables de que cambie la velocidad del sonido, provocando que la dirección de las ondas se desvíe dando lugar a la refracción.
En las zonas donde la temperatura se mantiene constante con la profundidad, las ondas sonoras no sufren refracción; cuando decrece, se refractan hacia el fondo; y donde la temperatura aumenta lo hacen hacia la superficie. Cuando hay refracción hacia abajo, el sonido que llegue eventualmente al fondo del mar sufrirá en él absorción, pero se reflejará como un "eco del fondo" hacia la superficie para refractarse nuevamente.
Los objetos aislados, regulares y de mayor tamaño que la longitud de onda del sonido sobre los que llega una emisión sonora, producen reflexión del sonido fuerte y bien definido, lo que se reconoce como eco; pero los objetos que son pequeños, irregulares y numerosos originan muchos ecos débiles que se repiten sucesivamente propagándose en todas direcciones y sobreponiéndose para causar la llamada reverberación del sonido.
Los sonidos que presentan una frecuencia de 25 a 10 000 vibraciones por segundo son registrados por el órgano auditivo humano, pero existen otros que sobrepasan este último valor y que reciben el nombre de ultrasonidos, los cuales el hombre no percibe, sin embargo, algunos animales sí.
Cuando un haz de ondas ultrasonoras se proyecta verticalmente hacia abajo en el agua del mar, su velocidad varía progresivamente a medida que aumenta la presión; también se observan variaciones de velocidad, irregulares e imprevisibles en las capas superficiales debido a la temperatura y la salinidad de ellas. Si el haz se proyecta horizontalmente, las variaciones son de menor importancia, porque la presión constante y la estratificación del agua, prácticamente horizontal, hacen que las ondas se propaguen en un medio de densidad constante.
Los cambios en la velocidad del sonido y del ultrasonido modifican el intervalo necesario para que una señal recorra el trayecto entre dos puntos dados, por lo que las ondas sonoras desempeñan un papel sumamente importante en la medición de las distancias y en otros métodos de señalización a través del agua del mar.
El conocimiento de la propagación del sonido en el mar ha permitido la construcción de aparatos acústicos para medir la profundidad y las distancias en el mar, como las sondas de eco o ecosondas, que posteriormente han sido sustituidas por la sonda ultrasónica. Estos aparatos no serían útiles en el aire, porque en él las ondas se absorben a distancias muy cortas.
Los servicios de navegación y de protección de costas de algunos países industrializados publican tablas en las que se dan instrucciones sobre la propagación de las ondas sonoras y ultrasonoras en el agua del mar. Gracias a esto, se ha podido evitar grandes errores en cuanto se refiere a la determinación de la profundidad de las aguas y se ha logrado hacer más segura la navegación.
Durante los últimos veinte años los buques mercantes y de guerra han ido aumentando el uso de una variedad de instrumentos en los cuales la información sobre el sonido en el mar desempeña un importante papel. En toda esta fase de desarrollo, ingenieros y físicos dedicaron los mayores esfuerzos al equipo tanto emisor de las ondas como al receptor.
Las flotas pesqueras más modernas utilizan métodos acústicos para la localización de peces y para conocer la topografía del terreno, con lo que permiten al pescador aumentar sus capturas y mejorar sus posibilidades de éxito.
En el estudio de la propagación del sonido en las aguas del océano hay que tomar en cuenta un fenómeno del que, actualmente, se tienen escasos conocimientos, y es el hecho de que diversas formas de vida marina son capaces de emitir sonidos. Esto abre un nuevo campo de investigación para entender el comportamiento de estas especies sónicas y lograr al máximo su aprovechamiento y conservación.
