Principalmente las aplicaciones de la acústica submarina son de carácter militar o técnico, pero tienen además un gran interés para usos industriales.
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Los sondeos submarinos que permiten la detección de los buques sumergidos, y en general, de todos los obstáculos bajo la superficie del mar, han constituido la primera de las aplicaciones prácticas de la acústica submarina, tanto con fines militares como por seguridad en la navegación. En un principio los procedimientos eran puramente acústicos, midiendo el tiempo que tarda un eco sonoro en reflejarse en el fondo del mar, o en un obstáculo. Se colocaba una placa de acero en la parte inferior del barco, sobre la cual se golpeaba un martillo.
También se utilizan cargas explosivas e incluso disparos de cañonazos en la superficie. Se mejoró utilizando un oscilador de bobina móvil, pero todos estos sistemas eran adireccionales y exigían un receptor de ecos colocado en un punto bastante alejado del emisor, para distinguir la señal incidente de las reflejadas.
Como consecuencia de la desaparición del Titanic, Richardson propuso en 1912 descubrir la presencia de icebergs en el mar por medio de un emisor de ultrasonidos. -
Otra aplicación importante consiste en la detección de bancos de pesca. Se pueden localizar a una distancia de hasta 1200 m e incluso se puede reconocer la especie de los peces con el trazo que describen.
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Se utiliza también el sonar en la detección de submarinos, sobre todo con aplicaciones bélicas.
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Se puede determinar la profundidad del mar mediante el registro sonoro del eco.
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También se utiliza para transmisión de información de barco a barco, y en particular a submarinos. A pesar de todo, las comunicaciones con submarinos sumergidos resulta bastante difícil, ya que el agua absorbe rápidamente las ondas. Se pueden usar ondas continuas o impulsos. El receptor consiste en un pequeño reflector dirigido hacia el emisor, que permite captar la onda modulada. A continuación la onda se amplifica y demodula.
También algunos animales usan las características de la propagación del sonido para orientarse o incluso comunicarse bajo el agua. Las ballenas:
El oído es su sentido más importante.Se sabe que producen al menos dos tipos de sonidos los que intervienen en su sistema de ecolocación y las vocalizaciones. Es probable que ambos se produzcan como consecuencia del movimiento del aire al entrar y salir de los sacos nasales. Los sonidos de ecolocación funcionan como una especie de sonar biológico, mientras que las vocalizaciones son las conocidas canciones de las ballenas parecen ser más bien un medio de comunicación entre los miembros de la misma especie.
Gracias la ecolocación estos animales discriminan con precisión el tamaño o la distancia a la que se encuentra un objeto. Para ello, dirigen hacia éste los sonidos producidos en una zona de la cabeza que, después de rebotar en el objeto, vuelven hacia el animal y le proporcionan toda la información necesaria. Como el medio de propagación de los sonidos es el agua los cetáceos no han desarrollado un pabellón auditivo externo, elemento muy útil para el resto de mamíferos terrestres, pues ayuda a dirigir los sonidos hacia el interior del oído. Es fácil deducir que la ecolocación es de mayor ayuda y supone una gran ventaja a la hora de orientarse, navegar o capturar presas en la oscuridad o en aguas turbias.
Para las ondas de sonido que se desplazan por el océano horizontalmente, la velocidad depende fundamentalmente de la temperatura. Por lo tanto, el tiempo que una onda sonora tarda en recorrer el espacio comprendido entre dos puntos es un indicador de la temperatura media del espacio recorrido. Si se transmite sonido en numerosas direcciones a través del canal de sonido profundo, es posible obtener mediciones que cubren grandes zonas de la tierra.
En un mapa de temperaturas oceánicas globales se pueden representar miles de trayectorias de sonido del océano, de forma que con sólo repetir las mediciones para estas mismas trayectorias cada cierto tiempo, sea posible realizar un seguimiento de los cambios de temperatura durante meses o años.
En 1991 los sonidos de tonos bajos originados a cierta distancia del litoral de la isla de Heard en el sur del Océano Índico se detectaron a más de 18.000 kilómetros de distancia.
Los investigadores han comenzado a realizar mediciones de las temperaturas del océano a escala global, mediciones que son claves para entender los procesos que intervienen en la transferencia del calor entre el océano y la atmósfera. El océano desempeña un papel importante en la determinación de la temperatura del aire; se cree que la capacidad calorífica en los primeros metros del océano es igual a todo el calor presente en la atmósfera.
Dada la gran cantidad de indicios que evidencian el calentamiento global, científicos de todo el mundo se están esforzando por determinar qué parte de este calentamiento observado se debe simplemente al ciclo climático natural y qué parte se debe a la quema de combustibles fósiles y otras actividades humanas.
Oceanografía: es la ciencia que estudia los océanos y los mares, sus aguas, fondos y organismos tanto vegetales como animales.
Las técnicas acústicas son métodos físicos que permiten conocer la morfología del fondo marino y la estructura del subfondo marino de un modo indirecto. Una de las técnicas más empleadas es la sísmica de reflexión. El principio de funcionamiento consiste en la emisión de ondas acústicas que cuando cambian las condiciones del medio (cambios de impedancia acústica), debido por ejemplo, a la interacción con el fondo marino o los diferentes niveles o estructuras sedimentarias del subfondo marino, parte de la energía se refleja. La profundidad a la que se obtiene el reflector al que corresponde dicho eco, se obtiene en tiempo doble.
Las técnicas acústicas generalmente se agrupan en función de su frecuencia de emisión y naturaleza de la fuente acústica. Estos condicionan a su vez la penetración y la resolución del sistema, relación que es inversa, de modo que a mayor penetración se obtiene menor resolución y viceversa.
La resolución se utiliza en los estudios de mucho detalle, o lo que es lo mismo en los estudios de alta resolución.
Por el contrario, la penetración se emplea en aquellos estudios que pretenden conocer como es la geología profunda, en detrimento de los detalles.
Ecosondas: sistemas que permiten conocer la profundidad del mar. Se basan en la medida del tiempo que tarda una onda acústica en recorrer la distancia existente entre el punto de partida y el fondo del mar donde se refleja, y su retorno al punto de partida.
La emisión y recepción acústica se realiza generalmente a través del mismo transductor que convierte las variaciones mecánicas en pulsos eléctricos y viceversa, de forma que en la emisión, la energía eléctrica se convierte en acústica, y en la recepción de la onda acústica se transforma en señal eléctrica. El rango optimo de frecuencias se extiende de 15 a 200 kHz y se elige en función de calado, naturaleza del fondo y tipo de equipo. Los transductores se sitúan generalmente en el casco del barco con el haz orientado verticalmente hacia el fondo. El haz puede comprender o bien un sólo pulso, o bien una banda de pulsos que se distribuyen con una ángulo variable a babor y estribor del barco. Estos últimos, que representan los mayores avances en sistemas de ecosonda reciben el nombre de sondas multihaz.
En España se disponen de dos sistemas de sondas multihaz instalados a bordo del buque BIO- Hespérides, EM12 y EM 1000.
Sonares de barrido lateral: Emplean transductores que emiten pulsos de altas frecuencias (10 a 500 kHz) y que están especialmente diseñados para que emitan un haz concentrado de sonido que tienen un ángulo de abertura horizontal de menos de 21 y un ángulo de abertura vertical mayor de 201, y cada impulso de sonido es de muy corta duración (< 1ms). Presenta un sistema de doble canal para conseguir la máxima superficie de fondo cubierta por la linea de navegación. La imagen obtenida viene a ser como la de una fotografía aérea, y representa uno de los mejores sistemas diseñados para obtener una visión de como es el fondo marino. Las imagen del fondo marino se dibuja en tonos de grises en función de la reflectividad del fondo, y en dos coordenados, rango y distancia, a lo largo de la trayectoria seguida por el barco. La reflectividad es consecuencia directa de la morfología del fondo y orientación de las mismas, así como del tipo de sedimento que conforma la superficie y los primeros centímetros del subfondo. El avance tecnológico ha permitido la construcción conjunta de un sistema de sonar de barrido lateral y de sonda multihaz, lo cual ha favorecido las interpretaciones geológicas, dado que permiten identificar con gran precisión si los cambios en la reflectividad del fondo pueden ser causados por variaciones de relieve o de textura.
Sísmica de reflexión: Sistemas en los que la recepción de los ondas reflejadas se efectúa sobre un soporte continuo en sentido transversal, en cuyo extremo se localiza el cero de la emisión, y a diferentes intervalos los trazos de los ecos recibidos. En sentido longitudinal del soporte donde se registra, y a una distancia tal que no se superponga a la traza, pero que tampoco quede separada, se repite el proceso de emisión de otro pulso, con la consiguiente recogida de nuevos ecos, y así sucesivamente. Estos receptores de las ondas acústicas reciben el nombre de hidrófonos. Como el buque va navegando siguiendo una trayectoria establecida, el resultado es un gráfico, donde se representa la disposición de fondo del mar y de los diferentes reflectores a modo de líneas. Estas líneas no tienen porqué coincidir con el concepto de capa, niveles, o estratos que se utilizan en Geología, ya que también pueden corresponder a interfases físicas relacionadas con la existencia de fallas, zonas con gas, superficies de erosión, etc.
Las técnicas de sísmica monocanal de reflexión comprenden una amplia gama de emisores acorde a la penetración y resolución que se desee conseguir. Entre las técnicas más empleadas están las siguientes: 3,5 kHz, Boomer, Sparker, Geopulse y Uniboom, y Cañones de Aire.
Contaminación.
Marina de Estados Unidos pretende usar un programa de detección marina que incluye el uso de Sonares Activos de Baja Frecuencia (SABF), se usará con fines defensivos para detectar submarinos enemigos. Pero además de sus ventajas también tiene un gran inconveniente: el SABF emite ondas en la misma baja frecuencia que diversas especies de ballena actualmente en peligro, como la ballena jorobada, franca y azul.
Los niveles de ruido podrían tener efectos desastrosos para las ballenas que se encuentren en el área, ya que los cetáceos utilizan el sonido para navegar, encontrar a sus presas, evadir predadores y localizarse a grandes distancias con el objetivo de reproducirse y criar. Cualquier tipo de contaminación acústica que disminuya las habilidades para escuchar señales auditivas, pone en riesgo la habilidad de los cetáceos para realizar sus actividades normalmente.
Se estima que a corto plazo podrían observarse cambios en los patrones de navegación, que afectarían las conductas de alimentación y aumentarían la posibilidad de colisión de las ballenas con embarcaciones marinas. A largo plazo, los niveles de contaminación acústica podrían obligar a los animales a abandonar sus hábitats de reproducción y alimentación, con consecuencias hasta ahora desconocidas.
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