Kecepatan Suara di Laut

Kecepatan suara dalam air laut merupakan variabel oseanografik yang menentukan pola pemancaran suara di dalam medium. Kecepatan suara bervariasi terhadap kedalaman, musim, posisi geografis dan waktu pada lokasi tertentu.  Di perairan dangkal dekat pantai, profil kecepatan suara cenderung tidak teratur dan sulit diprediksi.  Faktor fisik air laut yang paling menentukan dalam mempengaruhi kecepatan suara di dalam air laut adalah suhu, salinitas, dan tekanan.

Di dalam air laut, kecepatan gelombang suara mendekati 1.500 m/detik (umumnya berkisar 1.450 m/detik sampai dengan 1.550 m/detik, tergantung suhu, salinitas, dan tekanan). Secara sederhana pola perambatan gelombang suara di dalam laut yang dibagi secara vertikal adalah sebagai berikut:

a.Lapisan tercampur, dimana kecepatan suara relatif konstan, biasanya ditemukan sampai kedalaman beberapa meter dari permukaan.

b. Surface channel, kecepatan suara meningkat jika dibandingkan pada saat berada di lapisan tercampur.

c.Termoklin, pada lapisan ini kecepatan suara akan menurun dengan bertambahnya kedalaman, karena biasanya suhu menurun secara drastis dalam kedalaman yang relatif dangkal pada lapisan ini. Termoklin dapat muncul secara musiman (jika dekat dengan permukaan) atau permanen.

d.   Deep channel, kecepatan suara pada lapisan ini mendekati minimum. Rata-rata kedalaman lapisan ini mulai dari beberapa ratus meter sampai 2000 m.

e.  Lapisan isothermal, pada lapisan ini suhu relatif konstan, kecepatan suara bertambah secara linear seiring bertambahnya kedalaman  karena pengaruh tekanan hidrostatis.

Namun pada umumnya kedalaman perairan berdasarkan kecepatan suara dibagi dalam 3 zona, yaitu :

a. Zona 1 (mix layer) : Kecepatan suara cenderung meningkat akibat faktor perubahan tekanan mendominasi faktor perubahan suhu

b. Zona 2 (termoklin) : Kecepatan suara menurun dan menjadi zona minimum kecepatan suara akibat terjadinya perubahan suhu yang sangat drastis dan mendominasi faktor perubahan tekanan.

c. Zona 3 (deep layer) : Kecepatan suara meningkat kembali akibat faktor perubahan tekanan mendominasi kembali faktor perubahan suhu.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan suara di kolom perairan :

1.    Suhu

Suhu merupakan salah satu karakter fisik dari air laut yang penting.  Di wilayah lintang sedang dan rendah (dekat dengan wilayah tropis), suhu merupakan faktor penting yang mempengaruhi densitas dan kecepatan suara di dalam air.  Suhu di daerah tropis pada wilayah permukaan laut berkisar 26-29^oC yang dipengaruhi oleh musim.

Pada kondisi perairan laut yang mempunyai suhu berbeda-beda  menimbulkan variasi kecepatan suara yang menyebabkan refraksi atau pembelokan perambatan gelombang suara.  Perubahan suhu yang sangat cepat pada lapisan termoklin menyebabkan pembelokan gelombang suara yang tajam dan pada lapisan ini bertindak sebagai bidang pantul.  

2.    Salinitas

Salinitas adalah jumlah zat-zat terlarut dalam 1 kg air laut, dimana semua karbonat telah diubah menjadi oksida, bromide dan iodide diganti oleh klorida dan semua bahan organik telah dioksidasi sempurna.  Pada umumnya perairan laut lepas memiliki kadar salinitas 35 psu, yang berarti dalam 1 kg air laut mengandung elemen-elemen kimia terlarut seberat 35 gram.  Dimana komposisi air laut tersebut terdiri atas 3,5% elemen-elemen kimia terlarut dan 96,5% kandungan airnya.

Salinitas dapat mempengaruhi kecepatan suara di dalam air, teutama di wilayah lintang tinggi (dekat kutub) dimana suhu mendekati titik beku, salinitas merupakan salah satu paling faktor penting yang mempengaruhi kecepatan gelombang suara di dalam air.  Distribusi  vertikal salinitas pada wilayah tropis, ekuator, dan sub tropis mengalami nilai yang paling kecil pada kedalaman 600-1000 m (34-35 pratical salinity unit/psu).  Di wilayah tropis nilai salinitas pada permukaan  berkisar 36-37 psu.  Salinitas maksimun pada wilayah perairan tropis terjadi pada kedalaman 100-200 m dekat dengan lapisan termoklin dimana kadar salinitas dapat mencapai lebih dari 37 psu.   Di daerah laut dalam, kadar salinitas relatif seragam dengan nilai 34,6-34,9 psu.  Salinitas di samudera seperti Atlantik, Pasifik, dan Hindia rata-rata 35 psu, di wilayah laut yang tertutup, nilai salitas rata-rata tidak jauh dari kisaran 35 psu tergantung dari penguapan yang terjadi.

3.    Lapisan Termoklin

Lapisan termoklin merupakan lapisan yang berada dalam kolom perairan di laut yang dimana pada lapisan ini mengalami perubahan suhu yang  drastis dengan lapisan yang berada dan di bawah  lapisan termoklin.  Di laut, termoklin seperti lapisan yang membagi antara lapisan pencampuran (mixing layer) dan lapisan dalam (deep layer).  Tergantung musim, garis lintang dan pengadukan oleh angin, lapisan ini bersifat semi permanen.  Faktor yang menentukan ketebalan lapisan ini di dalam suatu perairan seperti variasi cuaca musiman, lintang, kondisi lingkungan suatu tempat (pasang surut dan arus).

Penurunan suhu berbanding lurus dengan penambahan kedalaman dan salinitas.  Pada daerah dimana terjadi penurunan suhu secara cepat inilah dinamakan lapisan termoklin.  Di laut terbuka, lapisan ini berkarakter sebagai gradient kecepatan suara negative dimana dapat memantulkan gelombang suara.  Secara teknik lapisan ini membendung dari impendansi akustik yang terputus-putus (diskontinu) yang tercipta dari perubahan densitas secara mendadak.  Karateristik yang unik inilah yang membuat pentingnya lapisan termoklin untuk diketahui, terutama dibidang pertahanan dan keamanan (kapal selam). Lapisan termoklin mempunyai karateristik mampu memantulkan dan membelokan gelombang suara yang datang.

4.    Kedalaman Perairan

Kedalaman mempengaruhi cepat rambat suara di dalam air laut. Bertambahnya kedalaman, maka kecepatan suara akan bertambah karena adanya tekanan hidrostatis yang semakin besar dengan bertambahnya kedalaman. Rata-rata terjadi peningkatan kecepatan suara sebesar 0, 017 m/detik setiap kedalaman bertambah 1 meter.

Permukaan laut merupakan pemantul dan penghambur suara yang mempunyai efek yang sangat besar dalam perambatan suara ketika sumber atau penerima berada di perairan dangkal.  Jika permukaan halus sempurna, maka ia akan menjadi pemantul suara yang nyaris sempurna.  Sebaliknya jika permukaan laut kasar kehilangan akibat pantulan mendekati nol.

           

Kecepatan suara diperoleh dengan menggunakan rumus :

C = 1449,2 + 4,6T - 0,055T² + 0,00029T³ + (1,34 - 0,010T)(S-35) - 0,016Z

dengan : C = Kecepatan suara (m/s)

               T = Suhu (^oC)

               S = Salinitas (psu)

               Z = Kedalaman (m)

dengan begitu, dapat dikatakan bahwa kecepatan suara di laut dipengaruhi oleh suhu, salinitas, dan kedalaman laut.

           

Sumber :

-  http://mustofaabihamid.blogspot.com/2010 /07/mengenal-gelombang.html.  

- Iskandarsyah, Mochamad. 2011. Pemetaan Shadow Zone Akustik dengan Metode Parabolic Equatio di Wilayah Perairan Selat Lombok. Skripsi. Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan FPIK-IPB : Bogor.
- Kuliah Akustik Kelautan (pertemuan 3)