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用声音探索海洋（第1页）

用“声音”探索海洋

在万顷碧波的覆盖之下，海洋底部是什么样子呢？海底被巨厚的海水所覆盖，肉眼是难以观察到的，那用什么办法才能看到海底的情况呢？你或许会说可以利用水下照相、水下电视摄像或水下探照灯，但这些只能使人们看到几米至几十米范围内的东西。那还有什么办法可以探测到较大范围的海底情况呢？

在古代，人们最早是用树棍、竹竿来测量水深，后来又发展为用绳索来测量水深。当年葡萄牙航海家麦哲伦率领的船队航行到南太平洋的土阿莫土群岛时，他把拴有坠子的10根缆绳（每根约700米）接起来探测海深，但是仍未到底。于是麦哲伦宣称，这里是世界海洋最深的地方。后来调查的结果，这里的深度有5000米。用缆绳测量海洋深度，测出的数字一般比实际深度大。这是因为装上坠子的缆绳放进深海后，由于中下层海流的作用，缆绳变成弓形，以致坠子碰到海底时，所放出的缆绳长度比实际深度大得多。后来，美国人威克斯船长和丹纳博士又改用铜索作为测量绳。在这期间，还存在着其他的测深方法。比如有一个叫开尔文的人曾经发明了化学管测深法。原理是这样的：首先，他将一支玻璃管内壁涂上红色的物质铬酸银，然后用拴有重锤的测量绳带着这支玻璃管沉入海中。入水后，海水便从开口处涌入管内。海水与管壁的铬酸银发生反应，生成白色的氧化银。海水越深，压力就越大，进入玻璃管内的海水就越多，从而可以测得海底的最大水压，然后再根据物理学上的定律、公式，就会很容易地由水的气压算出海水的深度。

在第一次世界大战期间，为了能够探测到德国潜水艇的位置，法国科学家发明了用声波来探测潜水艇的方法。那就是，向水中发射声波，并检查反射来的声波，这样来捕捉敌人的潜水艇。这种研究在当时曾经非常活跃。在这种研究的基础上，人们进一步发展了音响测深法，以此来测量海洋的深度和海底地形。

大家知道，当我们对着山丘或高大建筑物高声喊叫时，声音会在碰到它们之后反射回来，这就叫做“回声”。而声音在水中传播的性能和速度比在空气中传播的还要好、还要快。声音在空气中的传播速度是每秒340米，而在0℃水中是1500米。此外声波在水中的衰减比在空气中小，因此，声音在水中比在空气中传播得更远。声音在水中遇到障碍物之后，也会反射回来。这样，根据声波在水中的传播速度，只要测出声音从船上发射再反射到船上的时间，就能知道海的深度。这即是利用“回声”来测量海深的原理。但实际上，问题要比我们想象的复杂得多。这主要是由于，声波在海水中传播的速度不是固定不变的，它是随海水温度、盐度和水深的变化而变化的，也就是说，海水下面存在着声速不同的水层。如在温度为0℃的海水里，声音每小时可跑5000多公里，比在空气中的传播速度快4倍多；在30℃的海水里，它每小时可以跑5600多公里；在含盐多的水里，声音传播的速度比在含盐少的水中要快。另一方面，声音在穿过声速不同的水层时，还会产生不同的折射。此外，声音碰到海底或障碍物也会拐弯，也就是说，声音在水中是沿着一条看不见的声道，弯弯曲曲前进的。这样，一种现代化的水声探测技术——声呐问世了。

实际上，声呐就是人们利用水声能量进行水下观测和通信的一种仪器。人们利用声呐发出的与航行方向相垂直的扇形声束，当声束到达海底遇到障碍物时，就会有强的反射，而它们的背面由于声束照射不到，就会产生声影。当航行船继续前进，声束一道道地扫过，同时记录下反射和散射信号。根据这些信号，科技人员就可以看到海底的情况了。

时至今日，利用水下声波的最常用设备就是声呐。随着科学技术的不断发展，现在已经形成了一种研究声波在海洋中的传播特点和规律，并利用声波探测海洋的学科——海洋声学。海洋声学的研究不仅解开了许多海洋之谜，也为人类开发海洋、利用海洋提供了许多有效的途径。