Okyanusun Derinliklerinde Ses Hızı: Balinaların Şarkısı Neden Kilometrelerce Uzağa Gidiyor?

Hızlı Erişim / İçindekiler

Suyun Akustik Gücü ve Fiziksel Gerçekler
SOFAR'ın Keşfi ve Okyanusun Doğal Ses Kanalı
Sovyet Denizaltıları ve Jezebel Canavarı
İnsan Gürültüsü ve Daralan İletişim Alanları

Suyun Akustik Gücü ve Fiziksel Gerçekler

Ses dalgalarının yayılma hızı, içinde bulundukları ortamın moleküler yapısıyla doğrudan ilişkilidir. Karada yaşayan canlılar olarak sesin havadaki yayılımına alışkınız. Havada saniyede yaklaşık 343 metre yol alan ses dalgaları, savaş pilotlarının ses duvarını aştığı o kritik sınırı belirler. Ancak deniz suyuna geçildiğinde bu dinamikler tamamen değişir. Ses, tuzlu suyun içinde saniyede yaklaşık 1.500 metre hızla ilerler. Havaya oranla yaklaşık 4,3 kat daha hızlı gerçekleşen bu iletim, tamamen akışkanlar mekaniğinin ve temel fizik kurallarının bir sonucudur. Akustik enerji, komşu moleküller arasındaki titreşim transferiyle yayılır. Moleküller ne kadar sıkı ve ortam ne kadar yoğunsa, bu aktarım o kadar süratli tamamlanır.

Deniz suyu, havadan yaklaşık 800 kat daha yoğundur. Moleküller arası mesafenin bu denli dar olması, akustik enerjinin metre başına uğradığı kaybı neredeyse sıfıra indirir. Karada bir kilometrelik mesafede sönümlenip yok olacak güçlü bir ses, okyanusun derinliklerinde yüzlerce kilometre boyunca bozulmadan ilerleyebilir. Yapılan hassas okyanus araştırmaları, deniz suyundaki ses hızının sabit kalmadığını, sıcaklık, tuzluluk ve basınca bağlı olarak saniyede 1.450 ile 1.540 metre arasında dalgalandığını gösteriyor. Bu alandaki ilk doğru ölçüm ise 1826 yılında Cenevre Gölü'nde İsviçreli fizikçi Jean-Daniel Colladon ve Fransız matematikçi Charles-François Sturm tarafından yapıldı. İki teknenin arasına gerilen su altı çanları ve barut ateşlemesiyle yapılan bu erken dönem deneyi, günümüzün modern ölçümlerine inanılmaz derecede yakın sonuçlar vermişti.

SOFAR'ın Keşfi ve Okyanusun Doğal Ses Kanalı

Balina şarkılarının okyanusları aşmasını sağlayan tek unsur suyun yoğunluğu değildir. Ses dalgalarının deniz katmanları arasında bükülme şekli de bu devasa mesafelerin kat edilmesinde büyük rol oynar. Deniz suyu sıcaklığı yüzeyde yüksek olduğundan ses hızı da bardağın üst kısmında hızlıdır. Ancak derinlere inildikçe, "termoklin" adı verilen geçiş katmanında sıcaklık aniden düşer ve buna bağlı olarak ses hızı da azalır. Termoklin tabakasının da altına inildiğinde sıcaklık sabitlenir fakat bu kez hidrostatik basınç devreye girer. Artan basınç, ses hızını yeniden yukarı doğru tırmandırır. Bu iki zıt kuvvetin karşılaşması, orta enlemlerde yaklaşık 1.000 metre derinlikte ses hızının en düşük seviyeye ulaştığı özel bir bölge yaratır.

Söz konusu bu düşük hız minimumu, okyanusun içinde doğal bir dalga kılavuzu, yani bir ses tüneli oluşturur. Bu derinlikte üretilen bir ses dalgası, yukarıdaki daha hızlı su katmanına doğru yöneldiğinde fizik kuralları gereği bükülerek tekrar aşağıya itilir. Aynı şekilde aşağıya, yani yüksek basınçlı ve hızlı alana doğru saptığında ise yukarıya doğru bükülür. Ses dalgası bu sayede iki katman arasında sıkışıp kalır. Sıcaklık ve basınç gradyanlarının oluşturduğu bu koridorda, emilim yüzünden enerji kaybetmeden yatay düzlemde binlerce kilometre yol alabilir. İkinci Dünya Savaşı'nın sonlarında Woods Hole Oşinografi Enstitüsü araştırmacıları tarafından keşfedilen bu hidrolik kanala SOFAR (Sound Fixing and Ranging) adı verildi. Mavi balinalar ve yüzgeçli balinalar gibi devasa deniz memelileri, insan kulağının sınırındaki 20 hertz altı düşük frekanslı seslerini tam olarak bu SOFAR kanalına uyumlu şekilde fırlatır.

Sovyet Denizaltıları ve Jezebel Canavarı

Soğuk Savaş dönemi askeri teknolojileri, okyanus akustiğinin ve biyolojisinin kesiştiği sıra dışı bir operasyona sahne oldu. 1950 yılından itibaren Amerika Birleşik Devletleri Donanması, Sovyetler Birliği'ne ait dizel ve nükleer denizaltıları takip edebilmek amacıyla SOSUS (Sound Surveillance System) adında küresel bir su altı dinleme ağı kurdu. SOFAR kanalından sızan düşük frekanslı mekanik sesleri yakalamak üzere tasarlanan bu askeri sistem, okyanus tabanına serilen devasa hidrofon dizilerinden oluşuyordu. Sistem, düşman denizaltılarını tespit etmede çok başarılı oldu ancak analizcilerin kulaklıklarına o güne kadar hiçbir askeri kılavuzda tanımlanmamış tuhaf sesler de gelmeye başladı.

Askeri veri tabanlarında hiçbir karşılığı olmayan, çok uzak mesafelerden gelen ve devasa bir güce sahip bu gizemli akustik kaynağa Amerikalı analistler "Jezebel Canavarı" adını verdi. Yapılan uzun süreli analizler ve verilerin sivil araştırma merkezleriyle paylaşılması sonucunda, Sovyet nükleer tehdidi sanılan bu seslerin aslında mavi ve yüzgeçli balinaların çiftleşme ve iletişim çağrıları olduğu anlaşıldı. Balinalar, askeri personelin işini zorlaştıran bir gürültü kaynağı değil, tam aksine SOFAR kanalının tam da teorideki gibi çalıştığını kanıtlayan doğal akustik fenerler haline geldi. Soğuk Savaş'ın bitimiyle birlikte sistemin sivil araştırmacılara açılması, modern deniz biyoloji çalışmalarında bir dönüm noktası oldu. Bugün göç yolları izlenen balinalar, aslında zamanında balistik füze taşıyan denizaltıları avlamak için tasarlanmış bu soğuk savaş altyapısı sayesinde dinleniyor.

İnsan Gürültüsü ve Daralan İletişim Alanları

Bir mavi balinanın okyanus derinliklerinde ürettiği ses, 188 desibel seviyesine kadar çıkabilir. Bu değer, referans basınçları farklı olduğu için havadaki desibel ölçeğiyle birebir eşleşmese de dünya üzerindeki en yüksek sürdürülebilir biyolojik seslerden birini ifade eder. Doğal koşullardaki bir okyanusta, bu muazzam haykırış arka plan gürültüsünü rahatlıkla bastırarak kıtalar arası mesafelere ulaşabiliyordu. Ancak günümüzde bu doğal iletişim ağı ciddi bir tehdit altındadır. Küresel ticaret filolarının motor gürültüleri, petrol ve doğalgaz arama faaliyetlerinde kullanılan sismik hava tabancaları, askeri sonarlar ve su altı inşaatları denizlerin altını büyük bir gürültü kirliliğine boğdu.

Antropojenik, yani insan kaynaklı bu gürültü kirliliği, tam da balinaların iletişim kurduğu düşük frekans bandını işgal ediyor. Araştırmacılar, endüstriyel gürültü yüzünden balinaların birbirlerini duyabildikleri efektif alanın, yüz yıl öncesine kıyasla çok küçük bir fona gerilediğini belirtiyor. Boston açıklarında yapılan güncel akustik çalışmalar, yüzlerce kilometre uzaktaki bir deniz deneyinin gürültüsünü duyan kambur balinaların şarkı söylemeyi aniden kestiğini gösterdi. Okyanus akustiğinin fiziksel kuralları binlerce yıldır hiç değişmedi, SOFAR kanalı hala orada duruyor. Değişen tek şey, kanalın içindeki kalabalık ve insanların yarattığı kakofonidir. Dev canlılar okyanusun derinliklerinde kadim şarkılarını söylemeye devam ediyor fakat denizler artık bu şarkıların uzaklara gitmesine izin vermeyecek kadar gürültülü.

Kaynak: Space Daily Sound travels about four times...

BilimBox Yorumu: İnsanlığın dünyayı kendi algı sınırlarından ibaret sanması büyük bir yanılgıdır. Bizler sessiz ve karanlık bir derinlik hayal ederken, okyanusların altında aslında fizik kanunlarının sınırlarını zorlayan muazzam bir iletişim ağı işliyor. Soğuk Savaş dönemi askeri teknolojilerinin tesadüfen keşfettiği bu akustik kanallar, doğanın canlılara sunduğu muhteşem birer mühendislik harikasıdır. Üzücü olan şu ki, binlerce kilometrelik bu kadim diyalog hatlarını, devasa kargo gemilerinin ve endüstriyel hırslarımızın mekanik gürültüsüyle baltalıyoruz. Balinaların sesini kısmıyoruz belki ama aralarındaki mesafeleri büyüterek onları okyanusun ortasında büyük bir yalnızlığa mahkum ediyoruz. Akustik ekolojiyi korumak, sadece balinaların hayatta kalması için değil, gezegenin en eski iletişim ağının kopmaması için de hayati bir zorunluluktur.