Поющие пески и гудящие дюны: звук, который можно увезти в чемодане

Человек садится на гребень большой дюны и съезжает вниз по склону. Через секунду песок под ним начинает гудеть — низко, ровно, почти музыкально. Звук держится десятки секунд, набирает силу до уровня работающего отбойного молотка и слышен за километр.

Рассказы об этом древние. Марко Поло писал о звучащих песках пустыни Лоб, арабские авторы упоминали голоса в барханах, Чарльз Дарвин в отчёте о плавании на «Бигле» пересказал сведения о чилийском холме, который местные называли ревущим. Британский офицер и исследователь Ральф Багнольд, автор классической книги о физике переносимого ветром песка, описывал гул ливийских дюн как звук, от которого делается не по себе даже подготовленному человеку.

Мест, где дюны действительно поют, известно около трёх десятков: Марокко, Оман, Намибия, Чили, Китай, американские Калифорния и Невада.

Два разных звука

Путаницы можно избежать сразу, если различать два явления.

Писк пляжного песка — короткий высокий звук, возникающий под ногой при шаге по сухому чистому кварцевому песку. Частота от нескольких сотен до пары тысяч герц, длительность доли секунды. Такие пляжи есть в Японии, Британии, США, и они чувствительны к загрязнению: стоит песку покрыться органической плёнкой, и звук пропадает. В Японии молчание прежде «поющего» пляжа используют как бытовой индикатор экологического состояния.

Гул больших дюн — совсем другое дело. Частота от семидесяти до примерно ста пяти герц, то есть почти на пределе низкого мужского голоса, громкость доходит до ста децибел, звучание длится десятки секунд. Возникает при сходе песчаной лавины по склону обрушения, естественном или вызванном человеком.

Что выяснили в экспедициях

Основной массив данных дали работы 2000-х годов, прежде всего исследования Стефана Дуади, Брюно Андреотти и их коллег. Они ездили в Марокко, Оман, Чили и Китай, измеряли звук в поле и одновременно ставили лабораторные опыты.

Ключевые результаты:

• частота гула определяется скоростью сдвига в лавине и размером зёрен, а не размером дюны; разные дюны звучат по-разному именно из-за разного песка
• звучит тонкий поверхностный слой лавины толщиной в несколько сантиметров, в котором зёрна начинают двигаться согласованно
• источник — синхронизация: множество зёрен ударяются друг о друга в общем ритме, и суммарное колебание выходит почти чистым тоном
• дюна должна быть достаточно крупной, чтобы удерживать длинный склон обрушения, но собственный резонанс дюны здесь ни при чём

Самый убедительный опыт был устроен просто. Исследователи набрали песок из поющих дюн Марокко и Омана, привезли его в парижскую лабораторию и запустили лавину на экспериментальном лотке. Песок запел. Значит, свойство принадлежит зёрнам, а не конкретному месту, не форме дюны и не эху окружающих гор.

Чем особенны эти зёрна

Требования к песку оказались довольно жёсткими:

• зёрна округлые, окатанные, без острых граней
• размеры в узком диапазоне, обычно от одной десятой до половины миллиметра
• поверхность гладкая, часто с тонкой минеральной плёнкой
• песок предельно сухой

Малейшая влага выключает звук: после дождя дюна молчит несколько дней, пока не просохнет верхний слой. Загрязнение пылью или органикой действует так же. По этой причине часть исторически известных поющих мест замолчала навсегда — из-за застройки, орошения, изменения режима ветров или просто потока туристов, перемешивающего склон.

Ветровая сортировка объясняет, почему такой песок вообще возникает. Долгий перенос отбирает зёрна близкого размера, окатывает их и очищает от мелочи — по сути, пустыня годами изготавливает музыкальный инструмент.

Явление, звучащее как голос пустыни, помещается в бутылку. Это лучший из возможных ответов на вопрос, где именно находится причина.

Полностью закрытой темой поющие пески назвать нельзя. Спор о том, что именно синхронизирует зёрна в лавине и почему тон получается настолько чистым, продолжается, а численные модели воспроизводят гул не во всех режимах. Но структура вопроса изменилась радикально: обсуждают не то, существует ли явление и не мерещится ли оно путникам, а детали механизма, который можно включить и выключить в лаборатории. Переход от легенды к спору о деталях модели — это, по сути, и есть весь путь, который проходит хорошая аномалия.