Ocean acoustic tomography
سمندری صوتی ٹومگرافی ایک ایسی تکنیک ہے جو سمندر کے بڑے علاقوں میں درجہ حرارت اور دھاروں کی پیمائش کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ سمندری طاس کے پیمانوں پر، اس تکنیک کو صوتی تھرمومیٹری کے نام سے بھی جانا جاتا ہے۔ یہ تکنیک دو آلات کے درمیان سفر کرنے کے لیے صوتی اشاروں کے وقت کی درست پیمائش پر انحصار کرتی ہے، ایک صوتی ماخذ اور ایک رسیور، جس کی حدود سے الگ کیا جاتا ہے۔ اگر آلات کے مقامات کو درست طریقے سے جانا جائے تو، پرواز کے وقت کی پیمائش کو صوتی راستے پر اوسط آواز کی رفتار کا اندازہ لگانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ آواز کی رفتار میں تبدیلیاں بنیادی طور پر سمندر کے درجہ حرارت میں تبدیلیوں کی وجہ سے ہوتی ہیں، اس لیے سفر کے اوقات کی پیمائش درجہ حرارت کی پیمائش کے برابر ہوتی ہے۔ درجہ حرارت میں تبدیلی آواز کی رفتار میں تبدیلی سے مطابقت رکھتی ہے۔ ٹومگرافی کا استعمال کرتے ہوئے ایک سمندری تجربہ عام طور پر سمندر کے رقبے کی پیمائش کرنے والی مورڈ صف میں کئی ماخذ-وصول کنندہ جوڑوں کا استعمال کرتا ہے۔ محرک سمندری پانی ایک برقی موصل ہے، اس لیے سمندر برقی مقناطیسی توانائی (مثال کے طور پر روشنی یا ریڈار) کے لیے غیر شفاف ہیں۔ تاہم، سمندر کم تعدد صوتیات کے لیے کافی شفاف ہیں۔ سمندر آواز کو بہت مؤثر طریقے سے چلاتے ہیں، خاص طور پر کم تعدد پر آواز، یعنی چند سو ہرٹز سے بھی کم۔ ان خصوصیات نے والٹر منک اور کارل ونش کو 1970 کی دہائی کے آخر میں سمندر کی پیمائش کے لیے "صوتی ٹومگرافی" تجویز کرنے کی ترغیب دی۔ درجہ حرارت کی پیمائش کے لیے صوتی نقطہ نظر کے دوگنا فوائد ہیں۔ سب سے پہلے، سمندر کے اندرونی حصے کے بڑے علاقوں کو ریموٹ سینسنگ کے ذریعے ماپا جا سکتا ہے۔ دوسرا، یہ تکنیک قدرتی طور پر درجہ حرارت کے چھوٹے پیمانے کے اتار چڑھاؤ (یعنی شور) پر اوسط ہوتی ہے جو سمندر کی تغیر پذیری پر حاوی ہے۔ اس کے آغاز سے ہی، صوتیات کے ذریعہ سمندر کے مشاہدات کا خیال جدید عددی سمندری نمونوں اور اعداد و شمار کو عددی نمونوں میں ضم کرنے کی تکنیکوں کا استعمال کرتے ہوئے سمندر کی حالت کے تخمینے سے منسلک تھا۔ جیسے جیسے مشاہداتی تکنیک پختہ ہوتی گئی ہے، اسی طرح اعداد و شمار کو ضم کرنے کے طریقے اور ان حسابات کو انجام دینے کے لیے درکار کمپیوٹنگ طاقت بھی ہوتی ہے۔ ملٹی پتھ کی آمد اور ٹومگرافی ٹومگرافی کے دلچسپ پہلوؤں میں سے ایک یہ ہے کہ یہ اس حقیقت کا استحصال کرتا ہے کہ صوتی اشارے عام طور پر مستحکم شعاعوں کے راستوں کے ایک سیٹ کے ساتھ سفر کرتے ہیں۔ ایک واحد منتقل شدہ صوتی سگنل سے، شعاعوں کا یہ مجموعہ وصول کنندہ پر متعدد آمد کو جنم دیتا ہے، ہر آمد کا سفر کا وقت ایک مخصوص شعاع کے راستے سے مطابقت رکھتا ہے۔ ابتدائی آمد گہری سفر کرنے والی کرنوں سے مطابقت رکھتی ہے، کیونکہ یہ کرنیں وہاں سفر کرتی ہیں جہاں آواز کی رفتار سب سے زیادہ ہوتی ہے۔ شعاعوں کے راستوں کا حساب کمپیوٹر ("رے ٹریسنگ") کا استعمال کرتے ہوئے آسانی سے لگایا جاتا ہے، اور ہر شعاع کے راستے کی شناخت عام طور پر سفر کے ایک مخصوص وقت سے کی جا سکتی ہے۔ متعدد سفر کے اوقات متعدد صوتی راستوں میں سے ہر ایک پر اوسط آواز کی رفتار کی پیمائش کرتے ہیں۔ یہ پیمائش گہرائی کی تقریب کے طور پر درجہ حرارت کی ساخت یا موجودہ تغیرات کے پہلوؤں کا اندازہ لگانا ممکن بناتی ہیں۔ صوتی سفر کے اوقات سے آواز کی رفتار، اس لیے درجہ حرارت کا حل ایک الٹا مسئلہ ہے۔ طویل فاصلے تک کی صوتی پیمائشوں کی مربوط خاصیت سمندری صوتی ٹومگرافی بڑے فاصلے پر درجہ حرارت کے تغیرات کو مربوط کرتی ہے، یعنی پیمائش شدہ سفر کا وقت صوتی راستے کے ساتھ ساتھ درجہ حرارت کے تمام تغیرات کے جمع ہونے والے اثرات کا نتیجہ ہے، اس لیے تکنیک کے ذریعے پیمائش فطری طور پر اوسط ہوتی ہے۔ یہ ایک اہم، منفرد خاصیت ہے، کیونکہ سمندر کی ہر جگہ چھوٹے پیمانے پر ہنگامہ خیز اور اندرونی لہر کی خصوصیات عام طور پر ایک ہی مقام پر پیمائش میں اشاروں پر حاوی ہوتی ہیں۔ مثال کے طور پر، تھرمامیٹرز کی پیمائش (یعنی مورڈ تھرمسٹروں یا ارگو ڈرفٹنگ فلوٹس) کو اس 1 سے 2 ڈگری سیلسیس شور کا مقابلہ کرنا پڑتا ہے، تاکہ اوسط درجہ حرارت کی درست پیمائش حاصل کرنے کے لیے بڑی تعداد میں آلات کی ضرورت ہو۔ سمندری طاسوں کے اوسط درجہ حرارت کی پیمائش کے لیے، صوتی پیمائش کافی لاگت مؤثر ہے۔ ٹومگرافک پیمائش بھی گہرائی پر اوسط تغیر پذیری کے ساتھ ساتھ، کیونکہ پانی کے کالم میں رے پاتھ سائیکل ہوتے ہیں۔ باہمی ٹومگرافی "باہمی ٹومگرافی" دو صوتی ٹرانسیورز کے درمیان بیک وقت ترسیل کو استعمال کرتی ہے۔ "ٹرانسیور" ایک ایسا آلہ ہے جس میں صوتی ماخذ اور رسیور دونوں شامل ہوتے ہیں۔ باہمی سفر کے اشاروں کے درمیان سفر کے وقت میں معمولی فرق سمندری دھاروں کی پیمائش کے لیے استعمال ہوتے ہیں، کیونکہ باہمی اشارے کرنٹ کے ساتھ اور اس کے خلاف سفر کرتے ہیں۔ ان باہمی سفر کے اوقات کا اوسط درجہ حرارت کی پیمائش ہے، جس میں سمندری دھاروں کے چھوٹے اثرات مکمل طور پر ختم ہو جاتے ہیں۔ سمندر کے درجہ حرارت کا اندازہ باہمی سفر کے اوقات کے مجموعے سے لگایا جاتا ہے، جبکہ دھاروں کا اندازہ باہمی سفر کے اوقات کے فرق سے لگایا جاتا ہے۔ عام طور پر، سمندری دھاروں (عام طور پر) کا سفر کے اوقات پر آواز کی رفتار کے تغیرات (عام طور پر) کے مقابلے میں بہت کم اثر پڑتا ہے، لہذا "یک طرفہ" ٹومگرافی درجہ حرارت کو اچھے تخمینے تک پہنچاتی ہے۔ سمندروں میں، بڑے پیمانے پر درجہ حرارت میں تبدیلیاں منٹ (اندرونی لہروں) سے لے کر دہائیوں (سمندری آب و ہوا کی تبدیلی) تک کے وقفوں کے ساتھ ہو سکتی ہیں۔ ٹومگرافی کو عارضی ترازو کی اس وسیع رینج اور مقامی ترازو کی ایک وسیع رینج میں تغیر کی پیمائش کے لیے استعمال کیا گیا ہے۔ درحقیقت، ٹومگرافی کو اینٹی پوڈل فاصلے پر ترسیل کا استعمال کرتے ہوئے سمندری آب و ہوا کی پیمائش کے طور پر سمجھا گیا ہے۔ ٹومگرافی سمندری مشاہدے کا ایک قیمتی طریقہ بن گیا ہے، جو سمندر کے اوسط درجہ حرارت یا کرنٹ کی مطابقت پذیر پیمائش حاصل کرنے کے لیے طویل فاصلے تک صوتی پھیلاؤ کی خصوصیات کا استحصال کرتا ہے۔ سمندری مشاہدے میں ٹومگرافی کے ابتدائی استعمال میں سے ایک 1988-9 میں ہوا۔ سکریپس انسٹی ٹیوشن آف اوشیانوگرافی اور ووڈس ہول اوشیانوگرافک انسٹی ٹیوشن کے گروپوں کے درمیان تعاون نے گہرے پانی کی تشکیل اور گائر کی گردش کا مطالعہ کرنے کے لیے گرین لینڈ سی گائر کے مضافاتی میدان میں چھ عناصر والی ٹومگرافک صف کو تعینات کیا۔ دیگر ایپلی کیشنز میں سمندری جوار کی پیمائش، اور ٹومگرافی، سیٹلائٹ الٹی میٹری، اور سمندری متحرک ماڈلز کے ساتھ ان سیٹو ڈیٹا کو ملا کر سمندری میسو اسکیل حرکیات کا تخمینہ شامل ہے۔ شمالی بحر الکاہل میں حاصل ہونے والی دہائی طویل پیمائشوں کے علاوہ، آرکٹک اوقیانوس کے طاسوں کی اوپری تہوں کے درجہ حرارت میں ہونے والی تبدیلیوں کی پیمائش کے لیے صوتی تھرمومیٹری کا استعمال کیا گیا ہے، جو اب بھی فعال دلچسپی کا علاقہ ہے۔ صوتی تھرمومیٹری کو حال ہی میں زمین کے ایک سرے سے دوسرے سرے تک بھیجے گئے صوتی دالوں کے اعداد و شمار کا استعمال کرتے ہوئے عالمی پیمانے پر سمندری درجہ حرارت میں ہونے والی تبدیلیوں کا تعین کرنے کے لیے بھی استعمال کیا گیا تھا۔ صوتی تھرمومیٹری، ٹرانس بیسن صوتی ترسیل کا استعمال کرتے ہوئے، دنیا کے سمندری طاسوں اور خاص طور پر سمندری آب و ہوا کا مشاہدہ کرنے کا ایک خیال ہے۔ "ٹومگرافی" کے بجائے "تھرمومیٹری" کا استعمال بیسن پیمانے یا عالمی پیمانے کی پیمائش کی نشاندہی کرنے کے لیے کیا گیا ہے۔ درجہ حرارت کی پروٹو ٹائپ پیمائش شمالی بحر الکاہل کے طاس اور آرکٹک طاس میں کی گئی ہے۔ 1983 میں شروع کرتے ہوئے، ووڈس ہول اوشیانوگرافک انسٹی ٹیوشن کے جان اسپائزبرگر، اور مشی گن یونیورسٹی کے ٹیڈ برڈسل اور کرٹ میٹزگر نے سمندر کے بڑے پیمانے کے درجہ حرارت کے بارے میں معلومات کا اندازہ لگانے کے لیے آواز کا استعمال تیار کیا، اور خاص طور پر سمندر میں گلوبل وارمنگ کا پتہ لگانے کی کوشش کی۔ اس گروپ نے اوہو سے آوازیں منتقل کیں جو بحر الکاہل کے کنارے کے ارد گرد تعینات تقریبا دس ریسیورز پر ریکارڈ کی گئیں۔ ان تجربات سے یہ ظاہر ہوا کہ درجہ حرارت میں ہونے والی تبدیلیوں کو تقریبا 20 ملی ڈگری کی درستگی کے ساتھ ماپا جا سکتا ہے۔ Spiesberger et al. گلوبل وارمنگ کا پتہ نہیں چلا۔ اس کے بجائے انہوں نے دریافت کیا کہ دیگر قدرتی آب و ہوا کے اتار چڑھاؤ، جیسے کہ ال نینو، جزوی طور پر درجہ حرارت میں خاطر خواہ اتار چڑھاؤ کے لیے ذمہ دار تھے جس نے شاید کسی بھی سست اور چھوٹے رجحانات کو چھپایا ہو جو شاید گلوبل وارمنگ سے پیش آئے ہوں۔ ایکوسٹک تھرمومیٹری آف اوشین کلائمیٹ (اے ٹی او سی) پروگرام شمالی بحر الکاہل میں نافذ کیا گیا تھا، جس میں 1996 سے 2006 کے موسم خزاں تک صوتی ترسیل کی گئی تھی۔ پیمائش اس وقت ختم ہو گئی جب متفقہ ماحولیاتی پروٹوکول ختم ہو گئے۔ صوتی ماخذ کی دہائی طویل تعیناتی سے پتہ چلتا ہے کہ مشاہدات معمولی بجٹ پر بھی پائیدار ہیں۔ صوتی راستوں پر سمندر کے درجہ حرارت کی درست پیمائش فراہم کرنے کے لیے ترسیل کی تصدیق کی گئی ہے، غیر یقینی صورتحال کے ساتھ جو سمندر کے درجہ حرارت کی پیمائش کے کسی بھی دوسرے نقطہ نظر سے کہیں کم ہیں۔ قدرتی طور پر پائے جانے والے صوتی ذرائع کے طور پر کام کرنے والے بار بار آنے والے زلزلوں کو صوتی تھرمومیٹری میں بھی استعمال کیا گیا ہے، جو گہرے سمندر میں درجہ حرارت کی تغیر پذیری کا اندازہ لگانے کے لیے خاص طور پر مفید ہو سکتے ہیں جس کا فی الحال ان سیٹو آلات کے ذریعے ناقص نمونہ لیا جاتا ہے۔ صوتی ترسیل اور سمندری ممالیہ اے ٹی او سی پروجیکٹ سمندری ممالیہ جانوروں پر صوتیات کے اثرات سے متعلق مسائل میں الجھے ہوئے تھے (جیسے۔ وہیل، پورپوائز، سمندری شیر وغیرہ)۔ عوامی بحث مختلف شعبوں (فزیکل اوشینگرافی، اکوسٹکس، میرین میمل بائیولوجی وغیرہ) کے تکنیکی مسائل کی وجہ سے پیچیدہ تھی۔ اس سے ماہرین کے لیے سمندری ممالیہ جانوروں پر صوتیات کے اثرات کو سمجھنا مشکل ہو جاتا ہے، عام لوگوں کی تو بات ہی چھوڑ دیں۔ سمندر میں صوتیات اور سمندری ممالیہ جانوروں پر ان کے اثرات سے متعلق بہت سے مسائل نامعلوم تھے۔ آخر میں، ابتدائی طور پر مختلف قسم کے عوامی غلط فہمیاں تھیں، جیسے کہ ہوا میں آواز کی سطح بمقابلہ پانی میں آواز کی سطح کی تعریف میں الجھن۔ اگر پانی میں موجود ڈیسیبلز کی دی گئی تعداد کو ہوا میں ڈیسیبلز کے طور پر سمجھا جائے تو آواز کی سطح اس سے کہیں زیادہ شدت کی ہوتی نظر آئے گی-ایک موقع پر اے ٹی او سی آواز کی سطح کی غلطی سے تشریح کی گئی تھی کیونکہ اشاروں کی اتنی بلند آواز 500,000 جانوروں کو مار دے گی۔ استعمال کی جانے والی صوتی طاقت، 250 ڈبلیو، نیلے یا پنکھ والی وہیلوں سے موازنہ تھی، حالانکہ وہ وہیلیں بہت کم تعدد پر آواز اٹھاتی ہیں۔ سمندر آواز کو اتنی مؤثر طریقے سے لے جاتا ہے کہ سمندری طاسوں کو عبور کرنے کے لیے آوازیں اتنی بلند ہونا ضروری نہیں ہے۔ تنازعہ کے دیگر عوامل سرگرمی کی وسیع تاریخ تھے جہاں سمندری ممالیہ جانوروں کا تعلق ہے، جو وہیل شکار کے جاری تنازعہ سے پیدا ہوتا ہے، اور وہ ہمدردی جو زیادہ تر عوام سمندری ممالیہ جانوروں کے تئیں محسوس کرتے ہیں۔ اس تنازعہ کے نتیجے میں، اے ٹی او سی پروگرام نے مختلف سمندری ممالیہ جانوروں پر صوتی ترسیل کے اثرات کا 6 ملین ڈالر کا مطالعہ کیا۔ صوتی ماخذ تقریبا نصف میل گہرائی میں نیچے نصب کیا گیا تھا، اس لیے سمندری ممالیہ، جو سطح سے جڑے ہوئے ہیں، عام طور پر ماخذ سے آدھے میل سے بھی زیادہ دور تھے۔ ماخذ کی سطح معمولی تھی، بڑی وہیلوں کی آواز کی سطح سے کم، اور ڈیوٹی سائیکل 2 فیصد تھا (یعنی، آواز دن کے صرف 2 فیصد پر ہوتی ہے)۔ چھ سال کے مطالعے کے بعد اس مطالعے سے باضابطہ نتیجہ یہ نکلا کہ اے ٹی او سی کی ترسیل کے "حیاتیاتی طور پر کوئی اہم اثرات نہیں ہوتے ہیں"۔ جہاں تک سمندری ممالیہ جانوروں کا تعلق ہے، سمندر میں دیگر صوتی سرگرمیاں اتنی نرم نہیں ہو سکتی ہیں۔ انسانی ساختہ آوازوں کی مختلف اقسام کا مطالعہ سمندری ممالیہ جانوروں کے لیے ممکنہ خطرات کے طور پر کیا گیا ہے، جیسے جیو فزیکل سروے کے لیے ایئرگن شاٹس، یا مختلف مقاصد کے لیے امریکی بحریہ کے ذریعے ترسیل۔ اصل خطرہ شور کی سطح سے باہر مختلف عوامل پر منحصر ہوتا ہے: آواز کی تعدد، تعدد اور ترسیل کی مدت، صوتی سگنل کی نوعیت (مثال کے طور پر، اچانک نبض، یا کوڈڈ ترتیب)، آواز کے منبع کی گہرائی، آواز کے منبع کی سمت، پانی کی گہرائی اور مقامی ٹپوگرافی، بازگشت وغیرہ۔ منتقل شدہ صوتی اشاروں کی اقسام ٹومگرافک ٹرانسمیشن 30 سیکنڈ یا اس سے زیادہ دیر تک چلنے والے طویل کوڈڈ سگنلز (مثال کے طور پر، "ایم-سیکوینسز") پر مشتمل ہوتی ہیں۔ استعمال شدہ تعدد 50 سے 1000 ہرٹز تک ہوتی ہے اور ماخذ طاقت 100 سے 250 ڈبلیو تک ہوتی ہے، جو پیمائش کے مخصوص اہداف پر منحصر ہوتی ہے۔ جی پی ایس جیسے عین وقت کے ساتھ، سفر کے اوقات کو 1 ملی سیکنڈ کی برائے نام درستگی تک ماپا جا سکتا ہے۔ اگرچہ یہ ترسیل ماخذ کے قریب قابل سماعت ہوتی ہیں، لیکن کئی کلومیٹر کی حد سے آگے سگنل عام طور پر ماحول کے شور کی سطح سے نیچے ہوتے ہیں، انہیں بازیافت کرنے کے لیے جدید ترین اسپریڈ سپیکٹرم سگنل پروسیسنگ تکنیک کی ضرورت ہوتی ہے۔ صوتی سمندر نگاری رے ٹریسنگ سوفر چینل سوسس سپیڈ آف ساؤنڈ ٹاپکس/پوسیڈن سیٹلائٹ الٹیمیٹری انڈر واٹر صوتی حوالہ جات مزید پڑھنا بی ڈی دشا، 2013 دیکھیں۔ انسائیکلوپیڈیا آف ریموٹ سینسنگ میں "اوشین ایکوسٹک ٹومگرافی"، ای۔ جی۔ نجوکو، ایڈ۔، سپرنگر، سپرنگر-ورلاگ برلن ہیڈلبرگ، 2013۔ ڈبلیو منک، پی۔ ووسٹر، اور سی ونش (1995)۔ سمندری صوتی ٹومگرافی۔ کیمبرج: کیمبرج یونیورسٹی پریس۔ ۔ پی۔ ایف۔ ووسٹر، 2001: "ٹومگرافی"، انسائیکلوپیڈیا آف اوشین سائنسز میں، جے اسٹیل، ایس تھورپ، اور کے ٹوریکیان، ایڈز۔، اکیڈمک پریس لمیٹڈ، 2969-2986۔ بیرونی روابط امیر پاولوویز کے ذریعہ میٹ لیب کے لیے اوشین ٹول باکس۔ اوشین ایکوسٹکس لیب (او اے ایل)-ووڈس ہول اوشیانوگرافک انسٹی ٹیوشن۔ نارتھ پیسیفک ایکوسٹک لیبارٹری (این پی اے ایل)-سکریپس انسٹی ٹیوشن آف اوشیانوگرافی، لا جولا، سی اے۔ سمندری آب و ہوا کی صوتی تھرمومیٹری-سکریپس انسٹی ٹیوشن آف اوشیانوگرافی، لا جولا، CA۔ سمندر میں آواز کی دریافت-DOSITS ایک تعلیمی ویب سائٹ ہے جس کا تعلق سمندر میں صوتیات سے ہے۔ ٹومیگرافی کے لیے استعمال ہونے والے صوتی اشاروں کی آوازیں-DOSITS ویب پیج۔ ٹومیگرافی مورنگ کی زندگی کا ایک دن-یونیورسٹی آف واشنگٹن، سیئٹل، ڈبلیو اے۔ سمندر کے رازوں کو بیان کرنا-نیشنل اکیڈمی آف سائنسز۔ صوتی پیمائش سمندر کے راز-ایکوسٹک سوسائٹی آف امریکہ۔ دی ایکوسٹک تھرمومیٹری آف اوشین کلائمیٹ/میرین میمل ریسرچ پروگرام کارنیل یونیورسٹی لیبارٹری آف آرنیتھولوجی، بائیوکاسٹکس ریسرچ پروگرام فزیکل اوشیانوگرافی اوشیانوگرافک انسٹرومینٹیشن اوشین ٹومگرافی سمندری اصطلاحات