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마이크로바롬

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음향학에서 마이크로바롬(microbarom) 혹은 속칭 바다의 소리[1][2]라 함은 대기와 파도의 비선형적 작용으로 인해[3][4] 생기는 해양 폭풍으로 만들어지는 지구 대기권의 초저주파음 파동들을 의미한다.[5][6] 보통 진폭이 최대 수 마이크로바인 협대역에 거의 정현파에 가까운 파형을 가지고 있으며[7][8] 주기는 거의 5초에 가깝다(0.2Hz).[9][10] 저주파는 지구 대기가 거의 흡수하지 못하기 때문에 마이크로바롬은 대기중에서 수 천 km 넘게 전파될 수 있으며 지구 표면 거의 어디에서든지 감지 장비를 이용해 마이크로바롬을 감지할 수 있다.[3][11]

마이크로바롬은 포괄적 핵실험 금지 조약에 따라 조직된, 전 세계의 핵폭발을 감시하기 위해 설치한 국제적인 핵폭발 저주파음 탐지기를 방해하는 가장 큰 요인이다.[12] 특히 마이크로바롬이 대략 1kt 위력의 핵폭탄이 내는 주파수 스펙트럼과 겹치므로 핵폭발 탐지에 가장 큰 방해가 된다.[11]

역사

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이 현상은 사고로 발견되었는데, 바다 하구둑 기상관측소 및 선박에서 일하는 기상학자들이 수소로 가득 채워진 풍선인 표준 기상관측기에 사람이 접근할 때 유달리 고통을 느끼는 것에 주목하였다. 기상 관측대 중 하나인 소련의 기상학자 바실리 블라디미로비치 슐레이킨과 최고 기상학자 V. A. 베레지킨이 처음으로 이 현상을 입증하였다. 이 현상은 과학자들의 이목을 끌어 사람의 귀로는 들리지 않지만 강한 세기를 가진 초저주파음을 감지할 수 있는 기기를 만들었다.

일련의 실험을 통해 1935년 슐레이킨은 이러한 현상의 본질이 바로 "바다의 소리"에서 나온 초저주파음이라는 첫 논문을 발표한다. '마이크로바롬'이라는 단어는 1939년 캘리포니아 공과대학교의 지진학자인 휴고 베니오프와 베노 구텐베르크가 꼭데기에 저주파음 스피커가 장착된 나무상자인[13] 전자기적 미기압계의 관측 결과를 연구하며 처음 발표했다.[11] 이 연구팀은 초저주파음을 지진계에 감지된 미소진동과 연관지으며[9] 이 관측 결과는 동북태평양의 저기압이 만들어낸 것이라고 가정하였다.[11] 1945년 스위스의 지구과학자 L. 섹서는 해상의 폭풍 크기와 마이크로바롬의 파고를 비교하며 둘 사이의 관계를 처음으로 보여주었다.[9] 뒤이어 에릭 S. 포스멘터는 정상파가 나타나는 해양 표면 위의 공기의 중심이 진동하는 것이 마이크로바롬의 근원이며 관측한 마이크로바롬의 주파수와 파도의 주파수 사이의 관계를 보여주었다.[14]

이론

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서로 반대로 가는 파동이 만나면 파동군이 만들어진다. 파란 파동은 빨간 파동과 검은 파동의 합과 같다. 이 애니메이션에서는 빨간 점과 검정 점이 서로를 향해 느린 속도로 흘러가고 있지만, 둘이 합쳐져서 만들어진 파란 파동은 이보다 훨씬 빠른 속도로 흘러가고 있음을 볼 수 있다.

고립된 해수면의 중량파는 감쇠하는 음파만 방출할 뿐[7] 마이크로바롬을 방출하지는 않는다.[15]

서로 다른 주파수와 방향을 가진 표면파가 상호작용하면 또 다른 파동들이 생겨난다. 거의 같은 속도로 전파되는 파도의 경우 파도의 위상속도보다는 살짝 느린 파동군이 생겨난다. 약 10초 주기를 가진 파도들의 군속도는 10 m/s에 가깝다.

파동의 전파 방향이 서로 반대이면 파동군은 더 빠른 속도로 진행하는데 파수가 각각 k1과 k2인 파도가 상호작용하면 군속도는 2π(f1 + f2)/(k1 − k2)가 된다. 주파수 차이가 매우 작은 파동군들은 음파와 거의 비슷한 정도인 300 m/s 정도까지 수평속도가 높아질 수 있으며 이것들이 공기를 진동해 마이크로바롬을 만들어낼 수 있다.

같이 보기

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각주

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  1. ↑ Bowman, H. S.; Bedard, A. J. (1971). “Observations of infrasound and subsonic disturbances related to severe weather”. 《Geophys. J. R. Astron. Soc.》 26 (1–4): 215–242. Bibcode:1971GeoJ...26..215B. doi:10.1111/j.1365-246X.1971.tb03396.x. 
  2. ↑ Bedard, A. J.; Georges, T. M. (2000). “Atmospheric infrasound” (PDF). 《Physics Today》 53 (3): 32–37. Bibcode:2000PhT....53c..32B. doi:10.1063/1.883019. 
  3. ↑ 가 나 Garcés, M. A.; Hetzer, C. H.; Willis, M.; Businger, S. (2003). 〈Integration Of Infrasonic Models With Ocean Wave Spectra And Atmospheric Specifications To Produce Global Estimates Of Microbarom Signal Levels〉. 《Proceedings of the 25th Seismic Research Review》. 617–627쪽. 
  4. ↑ Waxler, R.; Gilbert, K. E. (2006). “The radiation of atmospheric microbaroms by ocean waves”. 《Journal of the Acoustical Society of America》 119 (5): 2651. Bibcode:2006ASAJ..119.2651W. doi:10.1121/1.2191607. The acoustic radiation which results from the motion of the air/water interface is known to be a nonlinear effect. 
  5. ↑ 〈Microbarom〉. 《Mcgraw-Hill Dictionary of Scientific and Technical Terms》. McGraw-Hill. 2003. ISBN 978-0-07-042313-8. 
  6. ↑ “Microbaroms”. 《Infrasonic Signals》. University of Alaska Fairbanks, Geophysical Institute, Infrasound Research Group. 2008년 2월 15일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2007년 11월 22일에 확인함. 
  7. ↑ 가 나 Arendt, S.; Fritts, D.C. (2000). “Acoustic radiation by ocean surface waves”. 《Journal of Fluid Mechanics》 415 (1): 1–21. Bibcode:2000JFM...415....1A. doi:10.1017/S0022112000008636. We show that because of the phase speed mismatch between surface gravity waves and acoustic waves, a single surface wave radiates only evanescent acoustic waves. 
  8. ↑ Donn, W. L.; Rind, D. (1972). “Microbaroms and the Temperature and Wind of the Upper Atmosphere”. 《Journal of the Atmospheric Sciences》 29 (1): 156–172. Bibcode:1972JAtS...29..156D. doi:10.1175/1520-0469(1972)029<0156:MATTAW>2.0.CO;2. 
  9. ↑ 가 나 다 Olson, J. V.; Szuberla, C. A. L. (2005). “Distribution of wave packet sizes in microbarom wave trains observed in Alaska”. 《Journal of the Acoustical Society of America》 117 (3): 1032. Bibcode:2005ASAJ..117.1032O. doi:10.1121/1.1854651. 
  10. ↑ Down, W. L. (1967). “Natural Infrasound of Five Seconds Period”. 《Nature》 215 (5109): 1469–1470. Bibcode:1967Natur.215.1469D. doi:10.1038/2151469a0. 
  11. ↑ 가 나 다 라 Willis, M. C.; Garces, M.; Hetzer, C.; Businger, S. (2004). “Source Modeling of Microbaroms in the Pacific” (PDF). 《AMS 2004 Annual Meeting》. 2007년 11월 22일에 확인함. 
  12. ↑ Der, Z. A.; Shumway, R. H.; Herrin, E. T. (2002). 《Monitoring the comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty: data processing and infrasound》. Birkhäuser Verlag. 1084쪽. ISBN 978-3-7643-6676-6. 
  13. ↑ Haak, Hein; Evers, Läslo (2002). 〈Infrasound as a tool for CTBT verification〉 (PDF). Findlay, Trevor; Meier, Oliver. 《Verification Yearbook 2002》. Verification Research, Training Information Centre (VERTIC). 208쪽. ISBN 978-1-899548-32-3. 2007년 12월 19일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2020년 4월 2일에 확인함. Two well-known American seismologists at the California Institute of Technology at Pasadena, Hugo Benioff and Beno Gutenberg, in 1939 developed both instrumentation and applications for the detection of infrasound. The primitive instrumentation consisted of a wooden box with a low-frequency loudspeaker mounted on top. 
  14. ↑ “Microbaroms”. 《Infrasonics Program》. University of Alaska Fairbanks, Geophysical Institute. 2008년 1월 10일에 원본 문서 (gif)에서 보존된 문서. 2007년 11월 25일에 확인함. 
  15. ↑ Brown, David (Jun 2005). “Listening to the EARTH”. 《AUSGEO News》. 2007년 11월 22일에 확인함. It is important to note that isolated travelling ocean waves don’t radiate acoustically. Microbarom radiation requires standing wave conditions... [깨진 링크(과거 내용 찾기)]

참고 문헌

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  • Benioff H.; Gutenberg B. (1939). “Waves and currents recorded by electromagnetic barographs”. 《Bull. Am. Meteorol. Soc.》 20 (10): 421. doi:10.1175/1520-0477-20.10.421. 
  • Saxer, L. (1945). “Electrical measurement of small atmospheric pressure oscillations”. 《Helv. Phys. Acta》 18: 527–550. 
  • Donn, W.L.; Naini, B. (1973). “Sea wave origin of microbaroms and microseisms”. 《J. Geophys. Res.》 78 (21): 4482–4488. Bibcode:1973JGR....78.4482D. doi:10.1029/JC078i021p04482. 
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