【课外读物类】跨世纪知识城——谈海洋工程.pdf

跨世纪知识城
谈海洋工程
探测海洋

原始探测

我们人类从一开始就对神秘莫测的海洋产生了浓厚的兴趣。人类最
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。葡萄
牙人麦哲伦做出了最早的深海测深报告。当他率领的船队航行到南太平
洋的土阿莫土群岛时,他把拴有坠子的根缆绳(每根约米)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,
生成白颜色的氧化银。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。
但是,在年以前,也就是距今多年以前,用绳索来测量海
深还是人们经常使用的、主要的探测方法。这种原始的探测手段,直到
近几十年来才被更为科学的方法所替代。

声波探测

在第一次世界大战期间,德国的潜水艇发挥了很大的威力。为了能
够探测到德国潜水艇的位置,英国、法国等国家的科学家们进行了长时
间的研究。法国有一位科学家叫郎之万的,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。
大家都知道,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
每秒米,而在℃水中是米。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”来测量海深的道理。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℃的海水里,声音每小时可跑
多千米,比在空气中的传播速度快倍多;在℃的海水里,它每
小时可以跑多千米;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——声纳问世了。什么是“声纳”
呢?实际上,声纳就是人们利用水声能量进行水下观测和通信的一种仪
器。前面我们已经讲了,声波在海水里并不是直线传播的,不同的水域、
不同的水深以及不同的障碍物或海底地形,都会对声音的传播发生影
响。而声纳正是利用了这一原理,通过回收不同的“回声”来探测海水
的不同界面、海洋深度以及海底地形等。
声纳基本上可以分为两种。第一种可以称为主动声纳。它可以发射
声波,遇到目标时,会产生回声,而声纳里装有能感受声音的装置,这
样,声纳就可接收这种回声、并加以处理,然后在显示器上显示出目标
的方位、大小及形状。有的还能根据回声的大小确定目标的远近。第二
种可以称为被动声纳。这种声纳不能发射声波,它只接收目标发出的噪
音,然后加以处理并将结果显示出来。
如果按照声纳安放的位置分,声纳还可以分为舰艇载、飞机载和固
定式三种。
近年来,人类又发明了多波束回声测深仪。这种多波束回声测深仪
与普通的声纳测深仪不同,它可以发射多束声波,而其接收装置会把反
射回来的每一束声波都单独地接收下来,经过仪器内部的处理装置就会
得出多束声波所接触的海底深度。这样,再经与之相联的电子计算机进
行处理,就可以绘制出较大区域的海底地形图。
随着电子计算机技术的飞速发展,微型计算机的迅速崛起,回声、
水