ПОЧЕМУ ДЮНА ПОЁТ?

Представьте пустыню. Жара. Ветер. Песок. Вы съезжаете с огромной дюны, и земля вдруг начинает гудеть.

Не шуршать. Не «ш-ш-ш». Именно гудеть. Поздравляем: вы нашли поющую дюну. И нет, внутри никто не забыл выключить колонку.

Учёные называют это booming sand — гудящий, или «гремящий», песок. У исследованных дюн основной тон часто лежит примерно между 70 и 110 Hz. Сверху к нему добавляются гармоники, поэтому целая гора звучит как огромный низкий инструмент.

Такие места редкие. Научные обзоры описывают десятки известных поющих дюн, но список не высечен в камне — новые места находят, а старые не всегда звучат при любой погоде.

Известные сцены пустынного турне: Kelso Dunes и Eureka Dunes в California, Sand Mountain в Nevada, Dumont Dunes, дюны Morocco, China и Gobi, Chile и другие документированные места.

Одного красивого песка мало. Нужен сухой верхний слой, подходящий крутой склон и много песка, движущегося с подходящей скоростью. Зёрна часто хорошо отсортированы, близки по размеру и довольно округлые или сглаженные.

В нескольких известных измерениях характерные размеры зёрен были порядка долей миллиметра — примерно 0.18–0.32 mm. Это пример, а не паспортный контроль: не все поющие пески мира обязаны строго попасть в этот диапазон.

Одна песчинка — ничего особенного. Миллионы зёрен в лавине движутся, сталкиваются и частично синхронизируются. Возникают колебания, а песчаная масса и строение сухого поверхностного слоя помогают некоторым из них усилиться.

Поэтому объяснение не сводится к фразе «песчинки просто трутся». Важны коллективное движение, волны и устройство самой дюны.

Один ребёнок топнул: топ. Тысяча детей топает как попало: шум. Тысяча детей вдруг топает вместе: ТОП. ТОП. ТОП. Вот теперь здание заметило.

Bruno Andreotti, Stéphane Douady и коллеги исследовали коллективное движение и синхронизацию зёрен. Nathalie Vriend, Melany Hunt и команда Caltech изучали внутреннюю структуру дюны и распространение волн в сухом поверхностном слое.

Ralph Bagnold задолго до этого стал одной из ключевых фигур физики песка и дюн. Но история не свелась к одной волшебной формуле: детали моделей проверяли, обсуждали и оспаривали разные группы.

Учёный: «Дюна работает вот так». Другой учёный: «Не совсем. Вот мои измерения». Первый: «А вот мои». Дюна: «У-У-У-У-УМ».

Путешественники слышали пустынные звуки задолго до микрофонов. Марко Поло писал о загадочных звуках Gobi, которые связывали с духами, барабанами и странной музыкой. Charles Darwin тоже упоминал звучащий песок во время путешествий в Chile.

Год примерно 1275. Ночь. Пустыня. Физики гранулированных сред ещё не родились. YouTube почему-то не грузится. Из темноты: УУУУУУУУМ.

Версия A: коллективное движение гранул и упругие волны. Версия B: ДЕМОН. Для XIII века версия B выглядит подозрительно конкурентоспособно.

Песок — гранулярный материал: огромная толпа отдельных частиц. Так же устроены зерно, сахар, порошки, руда, строительные смеси и фармацевтические гранулы. Они могут течь как жидкость, держаться как твёрдое тело и внезапно устраивать лавину.

Поющие дюны помогают изучать трение, столкновения, коллективное движение, granular avalanches, распространение волн и внутреннюю структуру песчаных слоёв. Эти идеи интересны и planetary science, но дюна пока не стала волшебным прибором для чтения других планет.