1.1.6. Скорость звука

Процесс распространения звуковых волн в водной среде, благодаря большой частоте колебаний, является адиабатическим, т. е. не сопровождается обменом теплом. В связи с этим морская вода, с точки зрения акустики, аналогична идеальному газу. Скорость звука в воде практически не зависит от частоты колебаний (отсутствует дисперсия волн), и её величина определяется по скорости распространения какой-либо фиксированной фазы звуковой волны.

Для сплошной упругой среды скорость распространения звука С соответствует формуле [47]:

, (1.16)

где – адиабатический объемный модуль упругости, ₀ – плотность невозмущенной среды, _a – коэффициент адиабатической сжимаемости. Формула (1.16) с учётом уравнения состояния УС-80 имеет вид:

, (1.17)

где  – адиабатический градиент температуры.

Помимо теоретической формулы (1.17) для расчета скорости звука также применяются эмпирические. Наиболее достоверными из них можно считать формулы В. Вильсона, В. Дель Гроссо и К. Чена-Ф. Миллеро. Они справедливы в диапазоне солености от 0 до 40 епс, температуры – от 0 до 40 C и давления – от 0 до 10000 дбар.

Изменение температуры морской воды вносит в изменение скорости распространения звука наибольший вклад. При ее повышении увеличивается модуль упругости  и уменьшается плотность ₀, что приводит к увеличению скорости звука. При этом изменение скорости при изменении температуры на 1º С уменьшается при высоких температурах по сравнению с низкими.

Соленость оказывает меньшее влияние на скорость звука. Отмечено, что соли, содержащиеся в морской воде, по-разному влияют на объемный модуль упругости , а следовательно, и на скорость звука. При повышении солености скорость звука увеличивается. Скорость звука увеличивается и при повышении давления.

Среднее значение скорости звука в морских водах приблизительно равно 1500 мс^-1.

1.1.7. Температура замерзания

Переход агрегатного состояния воды с жидкого на твёрдое (лёд) происходит при температуре замерзания T_f. Замерзание морской воды представляет собой процесс значительно более сложный, чем замерзание чистой воды, т.к. в ней имеются растворенные вещества. При замерзании формируется кристалл чистой воды, благодаря появлению дополнительных связей между молекулами Н₂О, но часть этих связей занята ионами растворенных солей. Следовательно, для обеспечения необходимых межмолекулярных связей и достижения минимума потенциальной энергии морская вода в момент замерзания выделяет из себя те вещества, которые были в ней растворены. Таким образом, существует зависимость температуры замерзания морской воды от её солености.

Стандартная морская вода (S=35‰) имеет температуру замерзания T_f  -1,9 C.

В современных океанографических исследованиях при изучении зависимости температуры замерзания морской воды от солености и давления используется эмпирическое уравнение [80]:

. (1.18)

Формула (1.18) справедлива в диапазоне практической солености от 4 до 40 епс и давления от 0 до 500 дцб.