Acoustic anomalies in the boundary layers of the ocean

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Boundary layers - the near-surface and bottom layers - play an important role in the structure of the ocean. The involvement of bubbles in the sea water column in surface waves leads to the appearance of bubble clouds, which can reach significant depths in strong winds. Bubbles may also be contained in the bottom layers in the areas of the outlet of underwater gas flares. They are often compared with the presence of gas hydrate deposits, or with the release of gases through cracks in the earth's crust near active volcanoes. The paper discusses methods and experimental results on the acoustics of boundary layers in the ocean containing a two-phase liquid with gas bubbles, as well as methods for their diagnosis. The possibilities of acoustic sounding for visualization of complex structure, dynamics and diagnostics of anomalies of physical properties of boundary layers are shown. Typical experimental results obtained in the Far Eastern seas are presented and discussed.

About the authors

V. A Bulanov

VI. Il'ichev Pacific Oceanological Institute, FEB RAS

Author for correspondence.
Email: bulanov@poi.dvo.ru
Doctor of Sciences in Physics and Mathematics, Chief Researcher Vladivostok, Russia

References

  1. Бреховских Л.М., Лысанов Ю.П. Теоретические основы акустики океана. М.: Наука, 2007. 370 с.
  2. Hovem J.M. Marine Acoustics: The Physics of Sound in Underwater Environments. Newport Beach, CA, USA: Peninsula Publishing, 2012. 656 p.
  3. Thorpe S.A. The effect of Langmuir circulation on the distribution of submerged bubbles caused by breaking wind waves // J. Fluid Mech. 1984. Vol. 142. P. 151-170.
  4. Deane G.B. Sound generation and air entrainment by breaking waves in the surf zone // J. Acoust. Soc. Amer. 1997. Vol. 102. P. 2671-2689.
  5. Medwin H. Acoustical determination of bubble size spectra // J. Acoust. Soc. Am. 1977. Vol. 62. P. 1041-1044.
  6. Акуличев В.А., Буланов В.А., Кленин С.А. Акустическое зондирование газовых пузырьков в морской среде // Акуст. журн. 1986. Т. 32, № 3. С. 289-295.
  7. Garrett C., Li M., Farmer D. The Connection between Bubble Size Spectra and Energy Dissipation Rates in the Upper Ocean // J. Phys. Ocean. 2000. Vol. 30. P. 2163-2171.
  8. Thorpe S.A., Osborn T.R., Farmer D.M., Vagle S. Bubble Clouds and Langmuir Circulation // J. Phys. Oceanogr. 2003. Vol. 33, No. 9. P. 2013-2031.
  9. Baschek B., Farmer D.M. Gas Bubbles as Oceanographic Tracers // J. of Atmosph. and Oceanic Technol. 2010. Vol. 27. P. 241-245.
  10. Vagle S., McNeil C., Steiner N. Upper ocean bubble measurements from the NE Pacific and estimates of their role in air-sea gas transfer of the weakly soluble gases nitrogen and oxygen // J. Geophys. Res. 2010. Vol. 115. C12054. doi: 10.1029/2009JC005990.
  11. Deane G.B., Preisig J.C., Lavery A.C. The suspension of large bubbles near the seasurface by turbulence and their role in absorbing forward-scattered sound // IEEE Journ. of Oceanic Eng. 2013. Vol. 38, No. 4. P. 632-641. doi: 10.1109/JOE.2013.2257573.
  12. Ainslie M., Leighton T. Review of scattering and extinction cross-sections, damping factors, and resonance frequencies of a spherical gas bubble // J. Acoust. Soc. Am. 2011. Vol. 130. P. 3184-3208.
  13. Апресян Л.А. Об одном «парадоксе» в теории рассеяния // Журнал технической физики. 2023. Т. 93, Вып. 3. С. 332-338.
  14. Акуличев В.А., Буланов В.А. Акустические исследования мелкомасштабных неоднородностей в морской среде. Владивосток: ТОИ ДВО РАН, 2017. 414 С. URL: https://www.poi.dvo.ru/node/470 (дата обращения: 10.04.2024).
  15. Macaulay G.J., Chu D., Ona E. Field measurements of acoustic absorption in seawater from 38 to 360 kHz // J. Acoust. Soc. Am. 2020. Vol. 148. P. 100-107. doi: 10.1121/10.0001498.
  16. Ainslie M.A. Effect of wind-generated bubbles on fixed range acoustic attenuation in shallow water at 1-4 kHz // J. Acoust. Soc. Am. 2005. Vol. 118, No. 6. P. 3513-3523.
  17. Liu R., Li Z. The Effects of Bubble Scattering on Sound Propagation in Shallow Water // J. Mar. Sci. Eng. 2021. Vol. 9. 1441.
  18. Bulanov V.A., Bugaeva L.K., Storozhenko A.V. On sound scattering and acoustic properties of the upper layer of the sea with bubble clouds // J. Mar. Sci. Eng. 2022. Vol. 10. 872.
  19. Зоненшайн Л.П., Мурдмаа И.О., Варанов В.В., Кузнецов А.П., Кузин В.С., Кузьмин М.И., Авдейко Г.П., Стунжас П.А., Лукашин В.П., Бараш М.С., Валяшко Г.М., Демина Л.Л. Подводный газовый источник к западу от о-ва Парамушир // Океанология. 1987. Т. 27, № 5. С. 795-800.
  20. Leifer I., Judd A.G. Oceanic methane layers: the hydrocarbon seep bubble deposition hypothesis // Terra Nova. 2002. Vol. 14. P. 417-424.
  21. Обжиров А.И. История открытия газогидратов в Охотском море // Подводные исследования и робототехника. 2006. № 2. С. 72-80.
  22. Дмитриевский А.Н., Баланюк И.Е. Газогидраты морей и океанов. М.: ИРЦ Газпром, 2009. 416 с.
  23. Саломатин А.С., Юсупов В.И., Верещагина О.Ф., Черных Д.В. Акустическая оценка концентрации метана в водной толще в областях его пузырьковой разгрузки // Акуст. журн. 2014. Т. 60, № 6. С. 636-644
  24. Weidner E., Weber T.C., Mayer L., Jakobsson M., Chernykh D., Semiletov I. A wideband acoustic method for direct assessment of bubble-mediated methane flux // Cont. Shelf Res. 2019. Vol. 173. P. 104-115.
  25. Буланов В.А., Валитов М.Г., Корсков И.В., Шакиров Р.Б. о глубоководных акустических неоднородностях в придонных слоях в Охотском и Японском море // Подводные исследования и робототехника. 2022. № 3 (41). С. 67-78.
  26. Саломатин А.С., Юсупов В.И. Акустические исследования газовых «факелов» Охотского моря // Океанология. 2011. Т. 51, № 5. С. 911-919.
  27. Porter M.B., Reiss E.L. A numerical method for bottom interacting ocean acoustic normal modes // J. Acoust. Soc. Am. 1985. Vol. 77. P. 1760-1767. URL: http://oalib.hlsresearch.com/Modes/index.html (date of application: April 10, 2024).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».