Камни – когда камни шумят и что такое шепот звезд

Содержание

В скальных районах Сахары во время невыносимой летней жары, когда температура воздуха поднимается выше 42°С в тени, — и особенно, когда на раскаленную поверхность камней обрушивается холодный ливень, — изредка раздаются сильные и резкие звуки, напоминающие выстрелы. Это лопаются скалы.

Солнце пустынь и камни

Местные жители утверждают, что солнце их родины заставляет кричать даже камни… Из-за того, что камень обладает малой теплопроводностью, его тонкий поверхностный слой днем сильно разогревается и расширяется, причем внутренние слои отстают в расширении от внешних.

Ночью в пустыне холодно, и поверхностный слой камня сжимается сильнее внутренних слоев. В результате на поверхности камня появляются трещины, камень постепенно разрушается (в Кара-Кумах, например, летним днем температура верхнего слоя почвы достигает 80°С, а ночью падает до 15°С).

При образовании трещин внутренние напряжения уменьшаются, что сопровождается выделением скрытой энергии: это как бы землетрясение в миниатюре.

Но если при землетрясениях основная энергия упругих волн приходится на частоты, не превышающие нескольких десятков герц, то при разрушении небольших образцов горных пород акустический спектр расширяется до частот в сотни и даже тысячи герц — то есть распространяется на область звуковых частот.

Многие горные породы состоят из зерен различных минералов, обладающих различными коэффициентами термического расширения. В граните, например, зерна полевого шпата расширяются сильнее, чем зерна кварца; в результате при резких изменениях температуры в материале образуются трещины.

Особенно легко разрушаются крупнозернистые граниты; известняк же, сложенный из однородных по размерам зерен кальцита, в целом расширяется и сжимается более равномерно и поэтому более устойчив к колебаниям температуры.

Камни на берегах заливов

На засоленных берегах залива Кара-Богаз-Гол летом в тихие утренние часы нередко слышны звуки, напоминающие дробный стук крупного дождя о железную крышу. Вероятнее всего, звуки эти возникают при растрескивании пластинок соли, нагреваемых солнцем; звучание прекращается, когда поверхностный пласт соли достаточно хорошо прогреется.

Аналогичное явление происходит и при механическом сжатии хрупких веществ, кристаллы которых, разрушаясь, издают слабый треск. В прошлом веке этим пользовались для того, чтобы отличить чистую серу от серы с примесями: кусок чистой серы при сдавливании рукой слегка потрескивает, а сера с примесями никаких звуков не издает.

При раздавливании саянского нефрита также порождаются звуки, но уже более мощные — типа пистолетных выстрелов.

Поющие пески

Звучащие или «поющие» пески есть во многих местах земного шара: во внутренней Аравии, в Афганистане, на островах Гавайского архипелага, в Китае (провинция Кансу и район озера Лобнор), в США (побережье залива Массачусетс, берега озер Мичиган, Гурон, Чемплейн и рек Миссисипи, Висконсин, Кейн Фир, во многих местах штатов Невада и Калифорния), в пустынях Чили и Перу.

Поющие пески есть в Казахстане (песчаная гряда Аккум-Калкан в отрогах Джунгарского Алатау), на берегах Днепра (вблизи Кременчуга и Херсона) и Оки (Тульская область), на лиманах в районе Измаила, на Терском берегу Белого моря, на Байкале (мыс Святой нос; и на Рижском взморье.

Когда ходишь по таким пескам, возникает звук, напоминающий скрип снега или кожаной обуви. Резкие и сильные движения могут довести скрип до визга. Если провести в песке неглубокую бороздку, слышен легкий свист. Удар веслом порождает раскатистый звук, похожий на треск ледяного покрова.

Если загребать верхний слой песка рукой или палкой (параллельно поверхности), то раздается легкий скрип, который усиливается и переходит в завывание при увеличении количества вовлекаемого в движение песка; особенно глубокий и выразительный звук получается в заключительной стадии процесса.

Если давить на песок ногой или палкой, или же бить по нему каким-либо предметом сверху вниз, то вместо скрипа слышен слабый хруст, напоминающий тот, что возникает при размешивании сухой крахмальной муки.

Звучание песка тем выразительнее, чем больше масса перемещающегося песка. Тональность звучания неодинакова даже в пределах одного и того же массива — она зависит от многих причин. Пески «поют» и без участия человека или животных — при образовании осыпей под действием ветра.

Издали этот звук напоминает шум отдаленного горного обвала, а иногда — приглушенный гул от беспорядочных ударов по большому оркестровому барабану. Громче всего пески звучат между 12 и 16 часами по местному времени при температуре воздуха около 24°С.

К заходу солнца звучание переходит на более низкие тона и в большинстве случаев постепенно прекращается — сначала в затененных низинах песчаного массива, а затем и на более высоких местах.

Во время дождей и сразу после них (а также зимой) песок не звучит. Мокрый песок начинает звучать только после того, как просохнет на глубину 25 — 30 сантиметров.

Способностью звучать обладают только крупнозернистые кварцевые пески, причем песчинки должны быть однородными по размерам (от 0,1 до 0,5 миллиметра в диаметре) и среди них не должно быть пыли и мелких обломков полевых шпатов. Форма таких песчинок большей частью шарообразная или яйцевидная.

Видео: Загадка поющие пески — миражи и сокровища

В преданиях и легендах звучание песков связывалось с богатырями и злыми духами. На самом же деле песок звучит потому, что при его перемещении под поверхностным слоем образуется более жесткая структура, похожая на песчаные «волны», возникающие на самой поверхности под действием ветра.

Верхний слой песка, перемещаясь вдоль нижней волнистой структуры, колеблется и порождает звук.

Лед и камень

В утренние часы в горах начинает таять лед. Из-за этого сцепление между камнями уменьшается и возникают шумные камнепады, лавины и осыпи. В вечерние часы камнепады случаются из-за того, что вода замерзает и, расширяясь, передвигает камни.

Так как камнепады приносят людям немало вреда, разработаны приборы, предупреждающие о возможном несчастье — они фиксируют и измеряют звуки, возникающие в горной породе при растрескивании, предшествующем камнепаду.

Растрескивание ледяного покрова крупных внутри материковых водоемов и северных морей сопровождается звуками, напоминающими сухие ружейные выстрелы. Чем толще лед, тем шире и глубже трещины и тем сильнее звуки растрескивания.

В полярных странах они настолько часты, что привыкшие к ним животные не боятся и настоящих выстрелов. Интенсивность растрескивания льда зависит от глубины и скорости выхолаживания, от степени неоднородности его структуры и покрывающего его снегового покрова.

Чаще всего растрескивание наблюдается при первых больших морозах в начале зимы и при резких потеплениях в ее середине. Вот как описывает звуковые эффекты при растрескивании льда на озере член-корреспондент О. А. Алекин:

«В морозную ночь все озеро наполнено непрерывным треском, напоминающим отдаленную ружейную стрельбу, временами в эти звуки врываются более сильные удары, напоминающие удары колокола — это образуются более крупные трещины. Подхватываемые эхом соседних гор, звуки приобретают характер подземного гула…».

Разломы льда в океане под влиянием сил сжатия (ветер, течения) или сейсмических возмущений сопровождаются глухим гулом, напоминающим отдаленные подводные взрывы. В зоне вечной мерзлоты при замерзании подпочвенных вод почва вспучивается, и образуются бугры.

Возникновение значительных масс подпочвенного льда сопровождается резкими звуками, напоминающими звуки артиллерийского обстрела; при этом в воздух поднимаются столбы снежной пыли и ледяных осколков.

Во время зимних ночей Верхоянская впадина в Сибири охлаждается до — 65°, а покрывающий почву неглубокий снежный покров наполовину испаряется. Все это создает благоприятные условия для сильного промерзания почвы: с треском она разрывается на отдельные полигоны.

В полярных странах нередко наблюдается явление, получившее название «толчки фирна». Оно состоит в том, что верхние разрыхленные слои снега резко оседают и при этом возникает сильный гул и треск; мощные колебания снегового покрова простираются на глубину 3 — 4 метров и охватывают площадь в несколько десятков квадратных километров.

«Толчки фирна» могут быть вызваны движением по поверхности снега машины, человека или животного, а иногда и просто сильным ветром. Внимательные наблюдатели природы давно уже обратили внимание на то, что с похолоданием снег под ногами скрипит звонче: некоторые метеорологи первой четверти XX века даже предлагали таким способом оценивать температуру воздуха.

Как снег скрипит под ногами

Акустические измерения показали, что при температуре — 1,5°С в скрипе снега максимум энергии падает на частоты около 200 — 300 герц. С понижением температуры до — 15°С появляется новый небольшой максимум вблизи 2 — 3 килогерц.

Известно, что мягкие материалы при ударе или изломе издают глухой звук, в котором высокие частоты ослаблены или совсем не представлены. Понижение температуры ведет к увеличению твердости материалов, к более тесному взаимодействию между частицами вещества.

Поэтому при ударе или изломе тел, находящихся в условиях пониженной температуры, спектр возникающих акустических колебаний расширяется в область высоких частот. Благодаря рыхлой структуре снежный покров имеет небольшую плотность, и его с полным основанием можно отнести к категории мягких материалов.

Скрип снега представляет собой результат массового слома кристаллов льда.

При понижении температуры кристаллы становятся более упругими, а снежный покров в целом — более хрупким. Благодаря этому акустический спектр скрипа снега и расширяется в область высоких частот. Изучение акустического спектра скрипа ломающихся кристаллов может быть полезным для выяснения изменений в их структуре.

Шепот звезд

В тихую морозную погоду при температуре воздуха ниже — 49°С в Якутии наблюдатели нередко отмечали шуршащий звук, напоминающий звук пересыпаемого зерна. На первых порах этот звук приписывали полярному сиянию, которое часто наблюдалось одновременно.

Однако впоследствии было установлено, что причина явления состоит в столкновении кристаллов льда, которые на сильном морозе в большом количестве образуются при дыхании человека.

У якутов это явление известно под поэтическим названием «шепот звезд». Яркое описание «шепота звезд» дано Н. С. Лесковым в рассказе «На краю света»:

«…Настала такая невозмутимая тишина, что я слышал и свой собственный пульс внутри себя и свое дыхание: оно как-то шумит, как сено, а если сильно вздохнуть, то точно электрическая искра тихо пощелкивает в невыносимо разреженном морозном воздухе.

В таком сухом и таком холодном воздухе, что даже мои волосы на бороде насквозь промерзли, кололись, как проволоки, и ломались; я даже сейчас чувствую озноб при этом воспоминании…»

Многое из того, что происходит в природе, мы не слышим. Тем удивительнее звуки, которые приходят к нам из сурового мира камня и льда. Чем реже мы их слышим, тем больше они поражают наше воображение.

Доктор физико-математических наук Арабаджи В. И.