1. ¿Por qué cuesta hablar con alguien bajo el agua desde la superficie?
Si has estado en una alberca o piscina, quizás hayas intentado llamar la atención de un amigo que está en el fondo desde la superficie. Es probable que tu voz no haya llegado con claridad. Esto sucede porque, cuando el sonido viaja por el aire y choca contra la superficie del agua, la mayor parte rebota hacia arriba, en lugar de entrar al agua [1]. El mismo principio aplica al revés: si intentas hacer un ruido bajo el agua para que alguien afuera lo escuche, también será difícil.
La razón física es una propiedad llamada impedancia acústica, que mide qué tan difícil es para el sonido pasar de un medio a otro. La impedancia del agua es aproximadamente 3600 veces mayor que la del aire [2]. Debido a esta gran diferencia, se dice que alrededor del 99.9% de la energía del sonido se refleja de vuelta hacia el agua, y solo el 0.1% logra pasar al aire [2]. Es importante notar que este porcentaje se refiere a la energía, no a la intensidad medida en decibelios. Así, la superficie del agua funciona como una barrera casi perfecta: los sonidos del aire entran poco al agua, y los sonidos del agua salen poco al aire. Una vez que el sonido queda atrapado dentro del agua, ¿cómo se comporta?
2. ¿Por qué el sonido va más rápido en el agua que en el aire?
Aunque la superficie bloquea el paso del sonido, una vez dentro, este se mueve mucho más rápido. En el aire, la velocidad del sonido es de aproximadamente 343 m/s, mientras que en el agua es de unos 1480 m/s [1]. Otras fuentes, como la NOAA (Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de EE. UU.), dan cifras cercanas: 340 m/s en el aire y 1500 m/s en el agua [3]. Si hacemos la división, vemos que el sonido viaja unas 4.3 a 4.4 veces más rápido en el agua que en el aire.
Puede parecer contradictorio: el agua es más densa y pesada que el aire, y normalmente la densidad alta tiende a ralentizar el sonido. Sin embargo, el agua es mucho más "rígida" o difícil de comprimir que el aire. Esta rigidez supera el efecto de la densidad, haciendo que el sonido avance más rápido [1]. Decir simplemente que "las partículas están más juntas" no es una explicación completa. Estos valores son promedios; la velocidad real cambia según la temperatura, la salinidad y la presión [1]. Para darnos una idea, si el sonido viajara 1000 km en el agua a 1500 m/s, tardaría unos 670 segundos (11 minutos). En el aire, a 343 m/s, tardaría unos 2900 segundos (49 minutos), aunque en la realidad el sonido en el aire no llega tan lejos. Pero, ¿hay algo más que la velocidad que ayude al sonido a viajar tan lejos en el océano?
3. ¿Cómo logra el sonido recorrer miles de kilómetros en el océano?
Según la NOAA, bajo ciertas condiciones, los sonidos en el océano pueden viajar miles de kilómetros (miles de millas) sin perder mucha fuerza [4]. La distancia que recorre el sonido depende principalmente de la temperatura del agua y la presión [4]. A medida que descendemos, la temperatura baja hasta cierta profundidad y luego se mantiene casi constante, mientras que la presión sigue aumentando con la profundidad [4].
Esta combinación crea una capa donde la velocidad del sonido es la más lenta. El sonido tiende a curvarse hacia esta zona de menor velocidad, quedando atrapado en una especie de "túnel" o canal natural. Este fenómeno se conoce como canal SOFAR (de "Sound Fixing and Ranging"). En mares de latitudes bajas y medias, este canal suele estar entre 600 y 1200 metros bajo la superficie, aunque la profundidad exacta varía según la ubicación y es más superficial cerca de los polos [3]. Así, mientras la superficie actúa como una pared, las profundidades ofrecen un camino protegido que permite que el sonido viaje distancias enormes. ¿Cómo usan el sonido las ballenas y los peces?
4. ¿Para qué usan el sonido las ballenas y los peces?
Los animales marinos dependen del sonido para muchas actividades vitales: comunicarse con otros, orientarse, buscar comida, defender su territorio y escapar de depredadores [5]. Los sonidos de baja frecuencia pueden viajar distancias extremas, incluso a través de cuencas oceánicas enteras [5]. Se ha reportado que las voces de ballenas grandes, como la ballena azul y la ballena de aleta, que emiten sonidos graves, han sido detectadas por micrófonos en el fondo del mar a cientos de kilómetros de distancia [6]. No obstante, en estudios científicos, para calcular posiciones precisas, se suelen utilizar señales recibidas dentro de un radio de 50 km [6].
Los peces perciben las vibraciones en el agua mediante estructuras llamadas otolitos, que son pequeños conglomerados de carbonato de calcio dentro de su cabeza [7]. Es decir, los peces "escuchan" el agua a través de estas piedras internas. El sonido es una fuente de información crucial para la vida marina. Pero, ¿qué pasa con nosotros, los humanos? ¿Podemos escuchar bien bajo el agua?
5. ¿Pueden las personas oír bajo el agua y saber de dónde viene un sonido?
Un estudio publicado en 2022 por investigadores como Sørensen, Christensen-Dalsgaard y Wahlberg analizó la audición humana bajo el agua [8]. Tradicionalmente, se pensaba que escuchamos bajo el agua principalmente a través de la conducción ósea (vibraciones que pasan por los huesos del cráneo). Sin embargo, esta investigación reportó una audición 26 dB mejor que la explicación convencional [8]. Por ejemplo, para un sonido de 500 Hz, el umbral de audición promedio fue de 71 dB.
Los investigadores proponen que el aire atrapado en el oído medio puede resonar y amplificar el sonido, haciendo el oído más sensible [8]. Aunque es una hipótesis prometedora, no está totalmente confirmada. Lo que sí es claro es que es difícil determinar la dirección del sonido. En el aire, podemos localizar una fuente con una precisión de unos pocos grados, pero bajo el agua, el error puede llegar hasta 90 grados [8]. Los investigadores advierten que no debemos confiar solo en el oído para saber nuestra orientación al sumergirnos. Así, aunque el agua nos permite escuchar mejor de lo que imaginamos, nos confunde sobre la dirección. ¿Cómo podemos experimentar esto de forma segura?
6. Experimento seguro en la bañera: cómo escuchar el sonido bajo el agua
Puedes probar estas diferencias en casa, pero es fundamental seguir las reglas de seguridad. Realiza este experimento siempre en una bañera y con la supervisión de un adulto. No lo hagas en piscinas ni en el mar.
Primero, sumerge suavemente las orejas en el agua de la bañera, manteniendo la cara fuera del agua. Pide a otra persona que choque suavemente dos cucharas dentro del agua, lejos de tu cara y escucha el sonido. Luego, pide que golpee las mismas cucharas fuera del agua y compara cómo se escucha. También puedes intentar identificar la dirección del sonido con los ojos cerrados, señalando con el dedo de dónde viene. Ten en cuenta que la precisión puede variar según la persona y la forma de la bañera. Si entra agua en tus oídos, avisa inmediatamente al adulto.
Con un adulto presente y la cara fuera del agua, mantén solo las orejas sumergidas y di «ah» en voz baja Compara cómo suena tu propia voz bajo el agua frente a cómo la escuchas en el aire.