В некоторых пустынях песчаные холмы способны издавать низкий протяжный гул. Звук напоминает далёкий двигатель, барабан или музыкальную ноту и иногда слышен на значительном расстоянии. Необычное явление называют «поющими дюнами». Оно возникает не из-за скрытых под песком пустот или ветра, свистящего в отверстиях: главную роль играет движение самих песчинок.
Фото: Josh Gordon / Unsplash. Иллюстрация.
Чаще всего песок начинает звучать, когда по крутому склону дюны сходит небольшой сухой песчаный поток. Его может вызвать ветер или движение человека, однако не каждый склон и не каждая куча песка способны воспроизвести такой гул. Для появления отчётливого звука должны совпасть свойства зёрен, влажность и особенности движения слоя.
Служба национальных парков США отмечает, что низкое гудение можно услышать в национальном парке Грейт-Санд-Дьюнс в Колорадо. Там песчаные лавины возникают естественным образом во время ветреной погоды. Миллионы перемещающихся зёрен вызывают колебания, которые передаются воздуху, и дюна становится похожа на огромный природный источник звука.
Одна из причин необычного эффекта — близкий размер песчинок. В исследовании, о котором сообщал Американский геофизический союз, физики сравнили песок из Марокко и Омана. Марокканский песок давал относительно чистую низкую ноту, тогда как смесь зёрен разного размера из Омана звучала менее однородно. После просеивания и выделения фракции размером примерно 200–250 микрометров оманский песок тоже стал воспроизводить более отчётливый тон.
Это наблюдение показало, что распределение частиц по размерам влияет на характер звучания. Когда песчинки близки по величине, их движение в потоке может становиться более согласованным. Суммарные колебания множества частиц превращаются в слышимый звук. Однако точный механизм синхронизации до сих пор остаётся предметом исследований, поэтому объяснять «пение» только трением песка было бы упрощением.
Другие работы обращают внимание на строение самой дюны. Исследователи фиксировали в песчаных холмах разные виды упругих волн: часть распространяется по поверхности, другая проходит глубже. Слои сухого рыхлого песка могут влиять на резонанс и на частоты, которые лучше всего усиливаются. Поэтому на разных дюнах можно услышать неодинаковый гул, даже если внешне они похожи.
Важна и сухость. Влага меняет сцепление между песчинками и мешает им свободно перемещаться. Кроме того, зерна с различной формой и шероховатостью взаимодействуют по-разному. Вот почему обычный пляжный песок чаще шуршит или скрипит, а мощный продолжительный гул возникает лишь в отдельных местах и при подходящих условиях.
Поющие дюны не следует путать со скрипящим песком, который коротко посвистывает под ногами на некоторых пляжах. Оба явления связаны с движением зёрен, но их звучание, продолжительность и условия возникновения отличаются. Гул крупных дюн может длиться заметно дольше, чем короткий звук от шага.
Учёные изучают песчаную акустику не только ради необычного природного явления. Движение огромного количества отдельных частиц относится к физике гранулированных сред. Понимание таких процессов помогает исследовать поведение сыпучих материалов, используемых в промышленности, и особенности песчаных потоков в природе.
О «поющих песках» рассказывает Служба национальных парков США. Результаты опытов с песком Марокко и Омана представлены в материалах Американского геофизического союза, а исследования колебаний дюн описывает Кембриджский университет. Главный вывод состоит в том, что «музыка пустыни» рождается при особом сочетании движения песка и его физических свойств.