Temperatuurverandering oceaanwater meten met geluid

Oceanen zijn een belangrijke buffer voor temperatuurveranderingen op aarde. Ze kunnen enorme hoeveelheden warmte opslaan als de temperatuur van de lucht stijgt en veel warmte afgeven als het kouder wordt. De temperatuur in de (diepe) oceaan is een belangrijke indicator voor klimaatverandering op aarde. Het KNMI heeft in samenwerking met de TU Delft een methode ontwikkeld waarmee deze temperatuur met sensoren, op basis van omgevingsruis van geluidsgolven, gemeten kan worden.

In oceanen zijn microfoons (hydrofoons) geplaatst in het kader van het kernstopverdrag. Deze microfoons houden de oceanen in de gaten op het voorkomen van nucleaire test explosies. Nabij Ascension Island in de Atlantische Oceaan staan een tweetal meetopstellingen, een serie instrumenten met hydrofoons, op een diepte van 850 meter in de oceaan. Iedere meetopstelling bestaat uit drie hydrofoons. Zowel ten noorden als ten zuiden van Ascension Island is een meetopstelling geplaatst, met een onderlinge afstand van 126  kilometer.

De snelheid waarmee geluidsgolven door water en lucht reizen is afhankelijk van de temperatuur

De toegepaste methode wordt interferometrie genoemd, hierbij worden continue metingen van achtergrondruis op de twee meetopstellingen vergeleken. Als de metingen van beide meetpunten overeenkomsten vertoont kan de geluidssnelheid, en dus de temperatuur, bepaald worden. De snelheid waarmee geluidsgolven door water en lucht reizen is afhankelijk van de temperatuur. Hoe hoger de temperatuur van het zeewater, hoe sneller de geluidsgolven gaan. Het ruisveld in de oceanen bestaat onder andere stormen die tot golven leiden. Deze golven, die op elkaar botsen, wekken geluid in de oceaan op. 

Als voorbeeld, op een hete zomerdag bereiken woorden de luisteraar eerder dan op koude winterdag. Door de tijd te meten tussen het moment van spreken en de waarneming door het oor van de luisteraar kan de temperatuur bepaald worden. In het dagelijks leven gebruiken we hier een thermometer voor en zijn de verschillen op basis van geluidsgolven klein. Maar er zijn delen van de aarde waar niet zo maar een thermometer geplaatst kan worden, zoals in het diepste van de oceanen, de hoge atmosfeer en diep in de aarde. Hier zijn andere methoden nodig om informatie over bijvoorbeeld de temperatuur en samenstelling te verkrijgen.