If you save the Ocean You save the Planet

Eventi

NO PLASTIC AT SEA

NO PLASTIC AT SEA

Petizione OCEAN4FUTURE

Titolo : Impariamo a ridurre le plastiche in mare

Salve a tutti- Noi crediamo che l'educazione ambientale in tutte le scuole di ogni ordine e grado sia un processo irrinunciabile. Crediamo che l'esempio valga più di mille parole. Siamo arrivati a oltre 4000 firme ma continuiamo con la speranza che la classe politica comprenda l'emergenza in cui siamo, speriamo con maggiore coscienza
seguite il LINK per firmare la petizione

Ultimi articoli

  Address: OCEAN4FUTURE

su Amazon puoi trovare molti libri sul mare e sulla sua cultura :) clicca sull'immagine ed entra in un nuovo mondo :)

Come le onde acustiche ci possono aiutare a scoprire i misteri dei fondali del mare

livello elementare
.
ARGOMENTO: OCEANOGRAFIA
PERIODO: XX-XXI SECOLO
AREA: NA
parole chiave: Sonar, multibeam, sub bottom profiler

 

Grazie alla ricerca militare, negli ultimi quarant’anni sono stati sviluppati sistemi acustici, derivati dai sonar, per la ricerca oceanografica civile rendendo possibile la descrizione  dei fondali marini con definizioni altissime. In altri articoli che abbiamo pubblicato in passato abbiamo spesso citato la mappatura dei fondali ottenuta con questi sonar particolari. Oggi cercheremo di scoprirne maggiormente le caratteristiche descrivendo il loro funzionamento in parole molto semplici.

immagine sonar del relitto dell’HMS Erebus –  immagine fornita da  Parks Canada/The Canadian Press via AP

Partiamo dall’inizio
I sistemi SOund NAvigation e Ranging (comunemente chiamati sonar) nacquero durante la seconda guerra mondiale per scoprire i sommergibili nemici, tracciarli e poi attaccarli. Nel tempo questi sistemi si sono evoluti rendendosi idonei a tantissime applicazioni.

Volendoli descrivere con parole molto semplici, i sistemi sonar consistono in un trasmettitore, che ha il compito di inviare impulsi di energia sonora attraverso l’acqua, ed un ricevitore che rileva i segnali di ritorno (echi). Questi echi possono essere dovuti ad oggetti nel volume d’acqua o posti sul fondo del mare. Quando l’impulso sonoro viene riflesso dall’oggetto restituisce l’eco al ricevitore che lo trasforma in un segnale elettrico che viene rappresentato su un monitor.

Ma come funziona?
Tutto si basa su un semplice principio geometrico ovvero che ogni oggetto può essere definito nello spazio attraverso il suo rilevamento relativo rispetto ad una direzione conosciuta ed una distanza. Il rilevamento è in pratica l’angolo rispetto alla rotta del vettore che trasporta il sonar (ad esempio 30 gradi a sinistra della mia rotta). Il calcolo della distanza è relativamente più semplice ed è legato alla conoscenza della velocità e del tempo trascorso dall’emissione alla ricezione del segnale di ritorno..

Conoscendo la velocità del suono nell’acqua, il calcolo è relativamente semplice. L’insieme delle informazioni degli echi (rilevamento e distanza) ricevuti consente quindi di identificare la posizione di un oggetto sott’acqua. Elaborando la risposta e sommando tutte le informazioni è quindi possibile costruire delle immagini. Ora vediamo cosa è disponibile sul mercato:

Side scan sonar (SSS)

I SSS sono tra gli strumenti oceanografici più efficaci per l’esplorazione subacquea, perché in grado di effettuare ricerche su vasta area in modo rapido e riprodurre un’immagine dettagliata dei fondali a prescindere dalla chiarezza dell’acqua. Essi sono montati su dei piccoli siluri (towfish) e possono essere trainati anche da piccole imbarcazioni.

Il SSS utilizza un dispositivo sonar che emette impulsi a singolo fascio verso il fondale marino. L’intensità dei riflessi acustici dal fondo marino è registrata in una serie di sezioni trasversali. Quando vengono cucite insieme, lungo la direzione del movimento, esse formano un’immagine del fondo del mare all’interno della larghezza di copertura del raggio. Le frequenze sonore utilizzate nel sonar a scansione laterale di solito vanno da 100 a 500 kHz; le frequenze più alte producono una risoluzione migliore ma hanno una portata minore.

Gli echi di ritorno vengono elaborati da un computer che consente la successiva visualizzazione e valorizzazione delle immagini.

 

Il loro uso va da campo militare oceanografico a quello scientifico. Ad esempio può essere utilizzato per condurre ricerche nel campo dell’archeologia marina anche a grandi profondità restituendo immagini quasi fotografiche di oggetti sul fondo; queste immagini se messe in combinazione con campioni di fondali marini consentono di comprendere le differenze nei materiali e nel tipo di sedimento o di vegetazione presente sul fondale marino. Le immagini del sonar a scansione laterale sono comunemente usate per rilevare ostacoli sul fondo del mare che potrebbero essere pericolosi per le installazioni di apparecchiature  dell’industria petrolifera e del gas (off shore), e consentono di esaminare lo stato delle condutture e dei cavi sul fondo del mare.

I dati della scansione laterale vengono spesso acquisiti insieme ai sondaggi batimetrici e ai dati del profiler inferiore, fornendo così una visione della struttura superficiale del fondale marino. Non ultimo, il SSS viene utilizzato anche per ricerche sulla pesca, operazioni di dragaggio e studi ambientali. Nel campo militare è utilizzato per il rilevamento di oggetti sul fondo che potrebbero essere pericolosi per la comunità (mine, siluri ed esplosivi).

Un’evoluzione del sonar a singolo fascio è il sonar multibeam (ovvero un sonar in grado di emettere più fasci acustici). Sono sistemi che in questi ultimi trent’anni hanno avuto uno sviluppo straordinario, consentendo agli scienziati la ricostruzione tridimensionale dei fondali marini. Inizialmente utilizzati per la ricerca dei relitti, il loro uso venne mutuato dai centri di ricerca più importanti, come il NOOA, per la ricerca oceanografica.

La maggior parte dei sistemi multibeam funziona trasmettendo dal trasmettitore (composto da più trasduttori) un ampio impulso acustico, utilizzando più raggi di trasmissione/ricezione (beamforming). In pratica, emette onde sonore da diversi trasduttori perpendicolarmente alla direzione di movimento del vettore, in un ventaglio simultaneo di impulsi che si propagano con un angolo di copertura di circa 150°. Al termine del percorso la nave inverte la sua rotta e percorre una rotta opposta,  sfalsata di pochi metri rispetto alla precedente.

Questo consente di ottenere al termine della missione il 100% della copertura del fondo marino, effettuando una serie di transetti paralleli fra loro. Essendo concettualmente dei sistemi complessi, ogni piccola variazione dell’assetto del vettore può causare errori significativi.

Essendo fortemente soggetti alle condizioni ambientali (come per il moto ondoso), per un corretto utilizzo è fondamentale effettuare delle procedure di precalibrazione dei sensori di movimento, i cui valori sono necessari per bilanciare gli effetti del rollio (movimento orizzontale) e del beccheggio (verticale) della nave che  produrrebbero variazioni di quota non desiderate del multibeam e far registrare valori errati di distanza. Altro strumento di riferimento è il giroscopio, necessario per misurare l’orientamento rispetto al nord magnetico del vettore e quindi consentire la correlazione dei dati di posizione rispetto al moto della nave. 

I sonar multibeam sono tra gli strumenti più potenti disponibili per la moderna esplorazione in acque profonde. Potendo lavorare a diverse frequenze è essenziale la scelta della frequenza di lavoro che è legata alla profondità/distanza del fondo da studiare. Senza entrare troppo nei dettagli, tenete conto che le onde a bassa frequenza viaggiano più lontano rispetto alle frequenze più alte che vengono assorbite prima.

l’insieme dei percorsi effettuati restituisce una mappatura del fondo

.
Le onde a frequenza più elevata subiscono infatti una maggiore attenuazione del segnale e dopo centinaia (a volte decine) di metri non restituiscono nessun eco. Aumentando la frequenza si hanno però maggiori probabilità di ottenere un eco dall’oggetto e si possono ottenere immagini con una risoluzione migliore. In casi di altissime frequenze, con portate dell’ordine dei Giga Hertz, si possono ottenere fotografie acustiche del fondo con definizioni millimetriche.

A meno di mantenersi molto vicini al fondale, l’uso delle alte frequenze non è indicato per mappare il fondale marino su alti fondali. Un altro problema dell’alta frequenza è che avvicinandoci al fondo la fascia esplorata dal sonar si riduce. Per cui, per esplorare grandi spazi, i tempi si allungano.

 

Questo è il motivo che porta i ricercatori ad utilizzare frequenze minori (media o bassa frequenza), accettando minori definizioni che, di fatto, non sono normalmente così necessarie.

Anche alcuni cetacei, come i capodogli, sono usi modificare le frequenze di scoperta a seconda che siano in caccia lontana (medie frequenze) e ravvicinata (alte frequenze) per poter affinare il rilevamento delle prede.

Grazie all’elevato grado di accuratezza fornito dai sonar multibeam è possibile creare splendidi modelli tridimensionali (3D) del fondale marino, con una risoluzione così alta da consentire la definizione morfologica sia della superficie del fondale marino sia di oggetti che vi si sono “posati”, come i relitti.

.
Il sistema multibeam utilizza trasduttori multipli che puntano, con diverse angolazioni, su entrambi i lati per creare grazie agli echi di ritorno il disegno di un transetto acustico. Questi trasduttori possono essere montati sullo scafo della nave in una disposizione a forma di T, nota come configurazione Mills Cross. In questa disposizione, i trasduttori di trasmissione sono disposti in modo che siano paralleli alla chiglia della nave e i trasduttori di ricezione sono disposti in modo perpendicolare alla chiglia.

sonar multibeam a scafo

 

Ad esempio il multibeam EM 302 Konisberg, utilizzato dal NOOA, è progettato per produrre mappe dettagliate a profondità superiori a 7.000 metri senza dover trainare un sonar a quelle profondità. Al fine di ottenere questo livello di precisione, un’unità di movimento inerziale (IMU) aggiorna la posizione relativa dei trasduttori più volte al secondo.
.

.
Sub-bottom profiler
Altri sistemi impiegati nella ricerca oceanografica e geologica (soprattutto nell’off-shore) sono i sub-bottom profiler, sistemi che vengono utilizzati per raccogliere i profili di riflessione sismica degli strati di sedimenti sotto il fondo del mare.

sub bottom profiler

.
Quando il segnale acustico raggiunge il fondo del mare, parte dell’energia acustica penetra nella superficie del fondo del mare, riflettendosi solo quando incontra il limite fisico tra due strati di materiali che hanno densità diverse. Tecnicamente il sub bottom profiler rileva i cambiamenti dell’impedenza acustica, relativa alle caratteristiche fisiche dei diversi sedimenti. Il sistema Knudsen Chirp 3260, usato dal NOOA, funziona a una frequenza di 3,5 kHz e può rilevare il fondale marino fino a una profondità di 10.000 metri.

.
Ecoscandagli a fascio diviso
Sono sistemi sonar attivi ampiamente utilizzati per la ricerca nel settore della pesca. Essi utilizzano un singolo trasduttore, a fascio diviso, che emette dei ping ad una singola frequenza che può variare tra i 18 e 710 kHz. La risposta acustica a frequenze diverse varia tra le specie pelagiche e ciò fornisce un modo per identificare le diverse specie. Eseguendo, continuamente delle scansioni a diverse frequenze, si riesce a ridurre il rumore e a migliorare la definizione dei bersagli.
.

ricerca nel volume

 

Questi sonar possono rilevare e identificare non solo i branchi di pesci ma anche gli agglomerati di plancton e la presenza delle sorgenti idrotermali, essendo in grado di rilevare anche l’emissione di bolle nella colonna d’acqua. Questo è particolarmente utile per scoprire sorgenti di emissioni di metano.

emissioni di metano dal fondo del mare rilevate dal sistema sonar

.
Sonar profilatori a corrente acustica Doppler (ADCP)
Non ultimi voglio accennare i sistemi ADCP utilizzati per misurare la velocità e direzione delle correnti oceaniche. Essi usano il principio dello “spostamento Doppler“, un fenomeno fisico che consiste nel cambiamento apparente, rispetto al valore originario, della frequenza o della lunghezza d’onda percepita da un osservatore raggiunto da un’onda emessa da una sorgente che si trovi in movimento rispetto all’osservatore stesso. 

effetto Doppler

Ricordate l’esempio del treno? Quando viaggia verso di noi, il tono del fischio è più alto. Quando si allontana il tono diventa più basso. Ma non solo … il cambio di intonazione è proporzionale alla velocità del treno.

 

L’ADCP emette una serie di impulsi sonori ad alta frequenza che si disperdono nelle particelle in movimento nell’acqua. A seconda che le particelle si stiano muovendo verso o lontano dalla sorgente sonora, il tono del segnale di ritorno è più alto o più basso. Questo ci fornisce l’informazione della direzione di spostamento.

Invece lo spostamento della frequenza, essendo proporzionale alla velocità dell’acqua, ci dà la sua velocità. Semplice ma efficace. Il loro impiego consente di raccogliere i profili delle correnti oceaniche fino a 1000 metri sotto la superficie del mare.

Che dire … misure impensabili da effettuare prima dell’utilizzo di questi sistemi … ed un valido aiuto per scoprire i misteri del mare.

 

PAGINA PRINCIPALE - HOME PAGE
print
(Visited 265 times, 1 visits today)
Share

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

Legenda

Legenda

livello elementare articoli per tutti

livello medio articoli che richiedono conoscenze avanzate

livello difficile articoli specialistici

Translate:

Traduzione

La traduzione dei testi è fornita da Google translator in 42 lingue diverse. Non si assumono responsabilità sulla qualità della stessa

La riproduzione, anche parziale, a fini di lucro e la pubblicazione e qualunque altro utilizzo del presente articolo e delle immagini contenute è sempre soggetta ad autorizzazione da parte dell’autore che può essere contattato tramite

infoocean4future@gmail.com


If You Save the Ocean
You Save Your Future

OCEAN4FUTURE

Salve a tutti. Permettimi di presentare in breve questo sito. OCEAN4FUTURE è un portale, non giornalistico, che pubblica articoli e post di professionisti e accademici che hanno aderito ad un progetto molto ambizioso: condividere la cultura del mare in tutte le sue forme per farne comprendere la sua importanza.

Affrontiamo ogni giorno tematiche diverse che vanno dalla storia alle scienze, dalla letteratura alle arti.
Gli articoli e post pubblicati rappresentano l’opinione dei nostri autori e autrici (non necessariamente quella della nostra redazione), sempre nel pieno rispetto della libertà di opinione di tutti.
La redazione, al momento della ricezione degli stessi, si riserva di NON pubblicare eventuale materiale ritenuto da un punto di vista qualitativo non adeguato e/o non in linea per gli scopi del portale. Grazie di continuare a seguirci e condividere i nostri articoli sulla rete.

Andrea Mucedola
Direttore OCEAN4FUTURE

Chi c'é online

14 visitatori online

Ricerca multipla

Generic selectors
Exact matches only
Search in title
Search in content
Search in posts
Search in pages
Filter by Categories
Archeologia
Associazioni per la cultura del mare
Astronomia e Astrofisica
Biologia
Cartografia e nautica
Chi siamo
Conoscere il mare
Didattica
disclaimer
Ecologia
Emergenze ambientali
Fotografia
Geologia
geopolitica
Gli uomini dei record
I protagonisti del mare
Il mondo della vela
L'immersione scientifica
La pesca
La pirateria
La subacquea ricreativa
Lavoro subacqueo - OTS
Le plastiche
Malacologia
Marina mercantile
Marine militari
marine militari
Materiali
Medicina subacquea
Meteorologia e stato del mare
Normative
Ocean for future
OCEANO
Oceanografia
per conoscerci
Pesca non compatibile
Programmi
Prove
Recensioni
Relitti Subacquei
Reportage
SAVE THE OCEAN BY OCEANDIVER campaign 4th edition
Scienze del mare
Sicurezza marittima
Storia della subacquea
Storia Navale
subacquea
Subacquei militari
Sviluppi della scienza
Sviluppo compatibile
Tecnica
Uncategorized
Uomini di mare
Video

I più letti di oggi

 i nodi fondamentali

I nodi fanno parte della cultura dei marinai ... su Amazon puoi trovare molti libri sul mare e sulla sua cultura :) clicca sull'immagine ed entra in un nuovo mondo :)

Follow me on Twitter – Seguimi su Twitter

Tutela della privacy – Quello che dovete sapere

Share