Поющие пески
Способность песков некоторых пустынь и прибрежных дюн под влиянием ветра или при передвижении животных и человека издавать звуки — привлекала внимание людей уже много тысяч лет тому назад. Эти необыкновенные звуки, напоминающие то пение, то орган, то духовые инструменты, вызвали возникновение ряда легенд.
Легенды эти приписывают пение песков или сиренам, привлекающим путников в безводные пустыни, или колоколам погребенных песками городов, звучащих под землей, или духам пустыни, или покойникам. Звуки, издаваемые песками, настолько необычны, что до сих пор вера в эти фантастические легенды не исчезла у местного населения во многих малокультурных странах.
Одно из первых описаний поющих песков было сделано китайцами более тысячи лет назад. В провинции Кансу уже с IX в. нашей эры был известен «холм поющих песков» высотой около 150 м. Между острыми вершинами этого холма находится будто бы отверстие, которое песок не может засыпать. Необыкновенные звуки пески издают сами по себе, но когда по ним ходят люди или лошади, звук усиливается и становится слышен издалека. Эти пески служили предметом культа; в «пятый день пятой луны» в праздник дракона, мужчины и женщины взбирались на холм и скатывались вниз по песчаному склону; при этом звук песков был подобен грому.
Поющие пески в Китайском Туркестане вблизи города Тунванг («город песков») в пустыне Лоб–нора описаны женщинами–миссионерами Френч и Кэбл. Пески перед началом песчаных бурь издают звуки, подобные барабану. Если взобраться на бархан и скатиться по его склону, раздается мощный звук, как бы исходящий из центра бархана.
На перувианском побережье поющие песчаные холмы были изучены уже Гумбольдтом и Раймонди, но они приписали эти звуки подземным водам, которые начинают передвигаться ночью при падении температуры. Другое предложенное объяснение: морские бризы при некотором определенном направлении ветра заставляют пески передвигаться и звучать. Эти пески производят по ночам звуки, подобные барабанному бою или шуму моторной лодки. Индейцы считают это место заколдованным: «мертвецы из соседних могил по ночам пляшут под звуки барабана. Путник, которого ночь застигает в этих песках, подвергается их нападению и погибает».
В Англии поющие пески были открыты 60 лет назад на побережье Дорсета, в Стадленд–бэй, и позже в Северном Уэльсе. В Соединенных Штатах описаны 74 пункта с поющими песками на Атлантическом побережье.
Очень интересны наблюдения над поющими песками, сделанные Б. Томас и X.С.Д. Фильби, пересекшими впервые пустыню внутренней Аравии. На стоянке каравана при подъеме одного из арабов на бархан начал звучать и гудеть, казалось, весь амфитеатр, песков. Звук был похож на сирену или шум мотора аэроплана, но он был музыкальным, приятным, ритмическим, необыкновенной глубины. Фильби попробовал сам повторить движение араба и наблюдал, как звук начинался со скрипящего шума и, постепенно нарастая, превращался в музыкальное гудение, которое затем постепенно ослабевало и замирало. Фильби пробовал погружать бутылку в песок; при ее вытаскивании раздавался вопль, подобный звуку тромбона. Когда Фильби бросался в двигающуюся массу песка вниз по склону, она гудела под ним, как орган. Арабы считают, что звуки эти производят «джины» — духи пустыни, и говорят, что «вечером джины стреляют из пушек».
Р.А. Бэгнольд, изучивший поющие пески, указывает, что звук береговых дюн подобен свисту или писку; свист этот происходит при любом смещении верхнего сухого слоя песка, в особенности песка, лежащего над высшим горизонтом воды, когда пески только что высохли после ливня. Звук раздается, если быстро провести ладонью по песку или слегка ударить концом карандаша. Песок, унесенный в лабораторию, быстро теряет свои звучащие свойства. Зерна этого песка оказались весьма однообразны по величине и довольно хорошо округлены.
Звук песков пустыни, который Бэгнольду удалось наблюдать в Египте, совершенно отличен. Бэгнольд слышал его два раза в тихие безветренные ночи; звук начинался вибрирующим гудением, настолько сильным, что надо было кричать, чтобы сосед вас услышал. Вскоре присоединялись новые звуки, столь близкие по высоте, что отчетливо слышна была интерференция. Звучание продолжалось около пяти минут.
В описании других исследователей пение песков пустыни сравнивается с грандиозной арфой или с морской сиреной. Иногда нежные тона отсутствуют; звуки, издаваемые песками пустыни, значительно ниже, чем у прибрежных дюн, и на расстоянии в 550 м подобны грому.
Года два тому назад Л. Форт дал следующее описание пения песков большой пустыни, к югу от Сива (Египет). В тех случаях, когда сильный западный ветер дул в течение всего дня и наносил тонкий песок на острые гребни барханов, иногда вечером, после прекращения ветра, тонкий песок начинал скользить вниз по склону, сложенному крупнозернистым красным песком. Это скольжение вызвало звуки, подобные отдаленному грому с примесью глубоких музыкальных звуков, напоминающих виолончель. Для звучания необходимы сухие жаркие дни и вечерняя тишина после ветра. Фильби отмечает, что утром, когда воздух холоден и песок влажен нельзя добиться звучания песков; точно также после дождя — пески не звучали.
Изучение поющих песков в лаборатории и в естественных условиях производилось А.Д. Льюисом (пустыня Калахари) и в особенности Р.А. Бэгнольдом (прибрежные дюны Англии и пустыни Египта). На основании их работ можно установить следующее.
Пока не удалось обнаружить какого–либо различия в форме песчинок и в составе песков — поющих и немых.
По мнению Льюиса, звучат только чистые кварцевые пески без примеси глинистых частиц, и эта точка зрения как будто подтверждается тем, что пески лучше звучат после дождя, когда глинистые частицы удалены. Но Бэгнольд установил, что поющие пески Ливийской пустыни загрязнены очень сильно и смачиваются редко — не чаще раза или двух в декаду.
Форма песчинок также не отличается какими–либо особенностями. Песчинки поющих песков обычно хорошо окатаны и более или менее одинаковы по размеру, но многие немые пески также обладают этими свойствами.
Очень интересна разница в звучании прибрежных дюн и барханов пустыни. Бэгнольд измерял высоту производимого звука при помощи осциллографа — маленького стального цилиндра в 2 см в диаметре, в котором были помещены две пластинки пьезокварца. Звук производился путем передвижения в песке цилиндра; прибрежные пески начинали звучать при минимальной скорости цилиндра 90 см в секунду; число колебаний равнялось при этом 800 в секунду и возрастало при возрастании скорости цилиндра до 1200 гц.
Пески пустыни Калахари при скорости передвижения погруженной в песок дощечки, равной 15 см в секунду, давали звук высотой 132 гц, а при скорости дощечки 60 см в секунду звук был на октаву выше; при скорости дощечки в 120 см в секунду издавался звук, подобный свисту бича.
Когда песок скользил сам со скоростью 15 см в секунду, он производил звук высотой 264 гц. Для Ливийской пустыни Бэгнольд оценивает высоту звука в 132 гц, и скорость свободного скольжения песка, вызывавшего звук, в 12 см в секунду.
Следовательно, звук прибрежных песков по высоте соответствует малой октаве рояля (от 13.6 до 261.1 гц), а звук песков пустыни, приблизительно — границе между 2–й и 3–й октавами (1044.5 гц).
Звук прибрежных песков, как указано выше, похож на свист, а песков пустыни — на гудение, и не было случая, чтобы первые издавали такие низкие звуки. Тем не менее, диаметр частиц в обоих случаях одинаков: для первых он равен 0.3 мм, для вторых — от 0.2 до 0.35 мм. Пески береговых дюн производят звуки при легком передвижении верхнего слоя (например, концом карандаша), даже если на глубине 2 см песок еще смочен водой. Пески пустыни гудят только при более сильном давлении (например, ладонью руки), приблизительно равном тяжести слоя песка в 8–10 см. В Ливийской пустыне, по наблюдению Бэгнольда, звучит нижняя часть потока песка, спускающегося с бархана; поток этот (лавина) падает с бархана или во время бури или позже, когда изменение температуры сдвинет песок. Звучание начинается как только сдвигается нижняя часть потока.
А.Д. Льюис установил, что поющие пески, доставленные из пустыни Калахари в Преторию, сохраняли способность звучания только в том случае, если их держали в герметических сосудах. Но пески, потерявшие способность петь, снова приобретали ее при нагревании до 200° С.
При опытах Бэгнольда, если песок был помещен в круглом стальном или фарфоровом сосуде, последний усиливал звук — играл роль резонатора. Бэгнольду удалось заставить звучать в таких резонаторах искусственный песок — маленькие стеклянные шарики; но последние не могли петь без резонатора.
Таким образом, идеальная чистота, равнозернистость и идеальная шаровидная форма искусственных песчинок — не достаточны для создания поющих песков.
Если условия, при которых поют пески, в общих чертах изучены, то причина и механизм звучания песка пока не могут быть еще объяснены. Бэгнольд приводит три теории звучания: по первой из них звучащие пески двигаются подобно вязкой жидкости, и песчинки колеблются одновременно. При этом происходит расширение и сжатие песчинок, и вследствие этого увеличение и сжатие промежутков между ними; движение воздуха в эти промежутки и обратно и производит звук. По другой теории, перемещение песка происходит по мгновенно возникающей системе поверхностей разрыва. Наконец, третья теория связывает звуки с пьезоэлектрическими свойствами кристаллов кварца. Если кварцевый шар катить между двумя сдавливающими его параллельными поверхностями, электрические заряды сосредоточиваются по концам некоторых осей кристалла; возможно, что при движении песчинок оси кристаллов получают параллельное положение, и заряды их объединяются.
Бэгнольд предполагает также, что звучание зависит от неизвестных нам особенностей молекулярного строения поверхности песчинок.
Интересные опыты Бэгнольда были только что начаты в 1939 г. и прерваны войной. Экспериментальное исследование этого явления очень сложно, и несомненно должно вестись не только по линии физических опытов, но сопровождаться также петрографическим и кристаллооптическим изучением песчинок.
Литература
[1] E.R. Yarham. Mystery of Singing Sand. Nat. Hist., September, 1947.
[2] R.A. Bagnold. The Physics of blown sand and desert dunes. N.Y., 1946.
[3] A.D. Lewis S. Afr. Geogr. Journ., v. 19, 1936.
[4] Curzon. Tales of Travel (на стр. 261–339 собраны легенды о поющих песках).
Источник: «Природа», 1948, № 7, стр. 41, 42.
