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Wie der Schall vom Wasser in die Luft kommt

Die Erfahrnung, dass Schallwellen die Grenzfläche zwischen Wasser und Luft nur schwer durchdringen, haben die meisten Taucher oder Schwimmbadbesucher bereits gemacht. Schallwellen niedriger Frequenzen können dagegen fast ungehindert die Wasseroberfläche durchdringen, hat ein theoretischer Physiker aus Colorado nun allerdings herausgefunden. Voraussetzung ist, dass sich die Quelle des Schalls relativ nahe unterhalb der Oberfläche befindet. Diese Entdeckung könnte die Detektion von Unterwasserexplosionen erleichtern und auch einige ungeklärte Fragen der Meeresbiologie erhellen, hofft der Entdecker.

Unter Wasser erzeugte Schallwellen dringen gewöhnlich praktisch nicht in den Luftraum über der Wasseroberfläche ein, da die Geschwindigkeit des Schalls in den beiden Medien extrem unterschiedlich ist. Diese mit den mathematischen Hilfsmitteln der Strahlenoptik relativ einfach nachzuweisende Tatsache scheint allerdings nicht auf Schallwellen mit niedrigen Frequenzen zuzutreffen, so Oleg Godin von dem Umweltforschungsinstitut CIRES in Boulder.

In einer theoretischen Untersuchung zeigt der Forscher, dass Infraschall praktisch ungehindert von Wasser in Luft übergehen kann, solange die Tiefe der Quelle unterhalb der Wasseroberfläche nur einen Bruchteil der Wellenlänge des Infraschalls ausmacht. Dann können nämlich auch nur in der unmittelbaren Umgebung der Quelle vorhandene, exponentiell abklingende Wellen die Wasseroberfläche erreichen.

Diese in einem homogenen Medium nicht fortschreitenden Wellen werden an der Wasseroberfläche gebrochen, so dass ihre Energie Wellen erzeugt, die sich in der Luft ausbreiten. Zudem spielen auch Interferenzvorgänge eine Rolle ? die an der Wasseroberfläche nach unten gebrochenen Infraschallwellen überlagern sich mit den direkt von der Quelle ausgehenden Wellen zu einem Strahlungsmuster, das bevorzugt Wellen in den Luftraum abstrahlt.

Godin hofft, dass seine Vorhersagen schon bald in Experimenten mit Infraschall überprüft werden können, und spekuliert über die Bedeutung seiner Entdeckung für die Meeresbiologie. Vögel könnten so etwa mittels des Auffangens von Infraschall unter Wasser schwimmende Beute aufspüren, so der Forscher.

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Oleg Godin (CIRES, Boulder): Physical Review Letters, Bd. 97, Artikel 164301 Stefan Maier
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