Havsforskningen använder flera olika ekolodningsmetoder: flerstråleekolod (multibeam), sidavsökande sonar (side-scan sonar) och sedimentekolod. Varje metod har sina egna specifika användningsområden, men resultaten från olika metoder kan förenas för att ge en ännu mer fullständig bild.
Flerstråleekolodet visar havsbottens landskap
Flerstråleekolodet används för att kartlägga vattendjupet och formen på havsbotten. Data från lodningen ger en skarp tredimensionell bild av bottenlandskapet och information om bottens kvalitet och hårdhet. Med hjälp av dessa data får man till exempel en uppfattning om hur stenig eller grovkornig botten är eller vilka naturtyper som finns i ett visst bottenområde.
Ett flerstråleekolod består av en sensor, en centralenhet och en rörelsedetektor, sensorn avger en solfjäderformad ljudkägla mot havsbotten och registrerar ekona som reflekteras tillbaka. Fel som beror på fartygets egna rörelser och vågorna korrigeras med hjälp av rörelsedetektorn.
Noggrannheten av ekolodningen påverkas starkt av vilken hastighet ljudet rör sig i vattenskikt av olika temperaturer. Ljudets rörelsehastighet måste därför kontrolleras flera gånger under lodningen. Vissa ekolod kan dock själv kontinuerligt mäta ljudets hastighet och automatiskt beakta lokala skillnader.
Flerstråleekolodet ger information om en bred bottenremsa
Multibeam-ekolodet gör det möjligt att snabbt kartera stora områden. Lodningen ger mycket exakta uppgifter om djupet, både under själva fartyget och längs en bred remsa på båda sidorna.
Remsan kan breddas ytterligare genom att reglera sensorns öppningsvinkel. Den maximala bredden är tolv gånger djupet. I en så bred lodningsremsa försämras dock noggrannheten i utkanterna.
Spår som människan lämnat kan också ses
Multibeam-ekolodssystemet kan också användas för att studera de spår vi själva lämnar efter oss. Bilderna visar hur botten ser ut efter muddring eller där man dumpat muddermassor. Bilderna avslöjar hur havsbotten ser ut efter bottentrålning och visar olika byggda strukturer, till exempel kablar och vatten- och avloppsrör.
Multibeam kan användas för att hitta sjunkna objekt, till exempel flygplan, snöskotrar och bilar och är också ett utmärkt sätt att kartlägga fartygsvrak och andra marinarkeologiska objekt.
Som metod är flerstråleekolodet ändå inte lika exakt som ett sidavsökande ekolod. Moderna flerstråleekoloder är därför också försedda med sidavsökningsegenskaper för större noggrannhet.
Spåren efter utvinning av havsgrus på en bild tagen med flerstråleekolod. Grustäkten ligger utanför Helsingfors och har en yta på 1,5 x 1,5 km2. Gruset har muddrats med sug och sugslangens spår syns som skarpa gropar i bottensedimentet. På bilden är djupet ca. sex gånger större än i verkligheten.
Sidavsökande sonar ger en akustisk skuggbild av havsbotten
En sidavsökande sonar producerar en akustisk skuggbild av havsbottens yta. Signalen som återvänder från botten registreras som stark när den reflekteras från en hård yta, till exempel berg eller ett stenblock. Mjuka material som lera och dy ger svagare ekon.
Bottenformationerna påverkar ekots framfart. Stenblock och bryggkonstruktioner lämnar akustiska skuggor efter sig. Skuggans längd används för att räkna ut objektets höjd över botten. Slutresultatet påminner om ett flygfoto.
En sidavsökande sonar ger en ytterst detaljerad och exakt bild av havsbottens ytstruktur, bottens sammansättning och objekt på botten. Av den anledningen lämpar den sig väl för lokalisering av vrak och kartering av havsbotten.
Sidavsökande ekolodning från rörligt fartyg
En sidavsökande sonar består av en sändar- och mottagarenhet, en centralenhet och en matarkabel med vinschar och fjärrkontroller. Sändar- och mottagarenheten kallas ”fisken”. Den sänks ner i vattnet och bogseras efter fartyget. Djupet anpassas efter situationen och det man vill undersöka.
Bilden visar områdena på båda sidorna om fartyget, men remsan som blir direkt under syns inte.
Sidavsökande ekolodning med Forststyrelsens båt vid Jussarö i Raseborg.
Sedimentekolod ser ner genom bottensedimenten
En sidavsökande sonar ger information om bottensedimentets kvalitet, men bara ytligt. För att undersöka de djupare sedimentlagren krävs ett sedimentekolod. Med det kan man bestämma både hur tjocka sedimentlagren är och vilken struktur de har.
Sedimentekolodet fungerar bäst på mjuka bottnar. I ler- och siltskikt tränger signalen tiotals meter djupt men stannar upp i hårdare material såsom sand och grus. På bilderna ser man därför gränsen mellan mjuka och hårda material och till exempel hur stenig botten är.
Ekolodningen ger en kontinuerlig profil av det undersökta området. Med modern teknik når man en upplösning i höjdled på 5–10 centimeter.
Ljudpulser reflekterade från havsbottnen förvandlas till bilder
Sedimentekolodets sensor fästs i botten av forskningsfartyget och sänder korta ljudpulser till havsbotten. Signaler tränger igenom sedimentet, ju djupare signalfrekvensen är och ju mjukare botten är. Reflekterande ekon registreras av sensorerna.
Innan pulsen skickas ut måste den förstärkas. Också pulsens längd och form kan regleras.
Spänningen och returtiden för signalerna varierar enligt vilka avlagringar signalen träffat. Den slutliga bilden produceras av ett datorprogram som förvandlar retursignalernas spänning till mörkhetsgrader och returtidens millisekunder till djup i meter. På så sätt får man en kontinuerlig profil över havsbotten längs fartygets rutt.
Ekoprofil producerad med sedimentekolod.
Lodningsdata för många ändamål
Data insamlade genom ekolodning av olika typ kompletteras med fysiska prover från havsbotten. Med hjälp av bilderna kan man kontrollera att proverna tas på områden som lämpar sig för det man vill undersöka.
Provtagning ger information om en enda punkt, ekolod visar hur de stora sammanhängande bottenområdena ser ut. Denna information kan användas till exempel för att göra upp geologiska kartor över havsbotten eller kartera dess naturtyper.
Ekoljudsinformation behövs särskilt när man planerar att utnyttja marina resurser, till exempel utvinning av havssand, dumpning eller havsbaserade strukturer. Ekolodsprofiler har till och med använts för att kartlägga och undersöka forntida jordbävningar.