出品：科普中國

作者：郭政（中國科學院聲學研究所東海研究站）

監制：中國科普博覽

在互聯網上，地球常常被稱為“藍星”，這是因為地球的表面是“七分水三分地”，即陸地面積約占地球表面的三成，海洋面積約占地球表面的七成。所以在宇宙中，放眼望去，地球看起來就是一顆藍色的星球。

而海洋，不僅給地球增添了藍色，也蘊含了大量寶貴的資源，例如石油、天然氣、可燃冰、多金屬結殼等。因此，如果我們能夠探尋海洋之中的奧秘，將會對資源開發利用帶來便利。此外，了解海底地質結構和地形地貌對于研究地球板塊的運動、地球地層的變化等也有重要意義。

而神秘又浩瀚的海洋，又要如何進行探索呢？聲學探測就是一種有效的海底探測手段，極具研究價值。

圖1 南?？扇急嚥?、海底多金屬結殼

（圖片來源：1.搜狐 https://m.sohu.com/a/249639518_100194551/?pvid=000115_3w_a

2.山東海洋 https://mp.weixin.qq.com/s/oNCFBM-STiQCpaCmxzFm4Q）

海底聲學探測的難題

我們都知道有一句俗話，叫做“天高任鳥飛，海闊憑魚躍”。但不知道你有沒有想過，為什么不對應“天高”說“海深”，而是說“海闊”呢？

這是因為隨著海深變大，水體環境的壓力也會增加，除開一些適應了深海高壓的生物，其他生物到了如此高壓的環境下必然無法生存，加之無光、低溫的環境，深海勢必不能成為生命極度繁盛的樂園。（其實天高也不能任鳥飛，由于類似的原理，高空處空氣稀薄，鳥也難以在高空生存。）

“海深”這一點，也自然成為了我們進行海底聲學探測的難題之一。普通生物難以從海底此等高壓生存下來，幸好我們有各種各樣的探測儀器。

圖2 深海海底及形態各異的深海生物：海底生物群落、琵琶魚、“Dumbo”、太陽水母

（圖片來源：搜狐 https://www.sohu.com/picture/240705294）

海底聲學探測儀器及簡單原理

俗話說“工欲善其事，必先利其器”，開展海底聲學探測研究當然也需要進行一系列的技術和裝備準備。我們需要一些在水下充當我們“耳目”的設備，如多波束聲吶、淺地層剖面儀、側掃聲吶、水下機器人（Remote Operated Vehicle , ROV）等。而這些設備多是應用聲學方法進行水下的探測活動。

圖3 多波束聲吶、淺地層剖面儀、側掃聲吶、水下機器人（ROV）

（圖片來源：1.青島水德 http://www.watertools.cn/index.php/product/info/311?one_id=248&two_id=323&parent_id=289

2.青島水德 http://www.watertools.cn/index.php/product/info/303?one_id=248&two_id=294&parent_id=289

3.搜狐 https://www.sohu.com/a/349110652_743632

4.搜狐 http://it.sohu.com/a/442729792_100275934）

那么這些設備是如何進行工作的呢？

這些海底探測聲吶設備的工作原理，與動物的回聲定位有一定共通之處，即也是通過向海底發射聲波，并接收回波，而后對回波進行分析處理，進而得到我們需要的結果。

為什么這些聲吶設備可以通過向海底發射聲波，并通過對回波分析處理來判斷不同的地形地貌和海底底質成分呢？

與我們日常中常見的光的反射現象類似，聲波也會在傳播到介質表面時產生反射。聲吶設備向海底發射聲波后，硬的、凸起的海底，回波會比較強；軟的、凹陷的海底，回波比較弱；被遮擋的海底則不會產生回波。同時，距離越近回波越強；距離越遠回波越弱。在對這些信息進行綜合分析處理后，我們就可以得到海底的地形地貌，以及底質成分等信息。

圖4 海底平面圖

（圖片來源：藍創海洋 http://lcsonar.com/cesaocase/98.html）

海底聲學探測的一些應用方向

海底聲學探測作為一種普適技術，廣泛應用于諸多領域。

在跨海大橋、海上石油平臺等大型設施建造之前，通常會對海底地形地貌以及底質進行探測，此時側掃聲吶、多波束聲吶和淺地層剖面儀等設備就有了用武之地；當我們需要探測海底是否蘊含有礦藏，或探明礦藏儲量時，海底聲學探測方法和設備也會有應用；“蛟龍”號、“奮斗者”號載人潛水器深潛時，也攜帶有海底聲學探測設備，進行海底探測工作。

總之，在工程、生產以及科研領域，海底聲學探測技術應用極廣，未來也將會有更廣泛的應用。

編輯：郭雅欣

來源: 中國科普博覽

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