Исследователь Исследователь

Исследователь
  
новости  |  о проекте  |  карта сайта  |  форум  |  подписка на новости
Разделы сайта

Другие материалы
ПРАКТИКА
Версия для печати

Поющие пески.


Автор: Волков Юрий
Научный руководитель: Гурвич Елена Моисеевна

Введение.

Впервые я узнал о существовании поющей песчаной горы еще много лет назад, когда читал очень интересную детскую книжку Н. Сладкова «Планета чудес». Среди множества других чудесных явлений, встречающихся на планете Земля, описана и гремящая гора в Китае. Но тогда я думал, что эта необычная гора только в единственном экземпляре и существует на свете. И даже не мечтал на нее посмотреть. Через несколько лет, когда я с родителями жил в Японии, во время выбора маршрута для очередного путешествия, мы нашли на карте надпись «пляж «Поющих песков». Друзья нам объяснили, что песок издает звуки, когда по нему ходишь. Мы, конечно, очень хотели туда поехать, но у нас не получилось. Каково же было мое удивление, когда наконец мне удалось самому побегать по такому песку. И не где-нибудь на далеком Востоке, а у нас в России. Теперь я знаю, что в нашей стране совсем не мало таких необычных мест. Жаль только, что в отличие от Японии, в картах о них ничего не указано. Наверное, многим было бы это интересно.

Мое личное знакомство с «Поющим пляжем» произошло во время экспедиции на Балтийскую косу в августе 1999г. Песок действительно звучал, когда по нему ходили, но мы заметили, что звучит только средняя часть пляжа. У самого моря и у дюн звука не было. Мне стало очень интересно понять, почему один песок поет, а другой нет. И вообще, почему он поет. Прежде всего мы стали думать, чем может отличаться поющий песок от немого. Постепенно у нас сформировалась такая задача:

Проверить, не может ли оказывать влияние на звучание:

  • разная влажность песков
  • разный размер песчинок
  • разный их состав
  • разная форма

и подумать о механизме звучания: может быть это просто трение песчинок друг о друга, а может быть, когда мы наступаем, воздух под давлением бежит между песчинками и получается эффект органа.

Кроме того, мы решили проверить, что известно о поющих песках. Оказалось, что известно весьма немного. Более или менее поняли условия звучания, но практически ничего не известно о причине пения. Существует большое количество разных теорий на эту тему, но все же нет такого объяснения, которое подходило бы ко всем случаям.

Обзор литературы.

Поющие пески и гремящие горы являются необычным и загадочным явлением и в наши дни. Поэтому не удивительно, что они были источником создания множества мифов и легенд в древние времена. Первые упоминания о них встречаются в уже очень ранних памятниках письменности. Китайцами уже более 1000 лет назад описан «холм поющих песков» высотой около 150 метров в провинции Кансу. Между острыми вершинами холма будто бы находится отверстие, которое песок не может засыпать, Холм звучит сам по себе, и является предметом культа. В «пятый день пятой луны» в праздник дракона люди поднимаются на холм, скатываются вниз, и холм начинает «говорить голосом дракона» — рокотать и грохотать.

В одних легендах пение песков приписывают сиренам, заманивающим путников в безводные пустыни, в других — это колокольный звон древних городов, погребенных песками в наказание за то, что не приютили путника. Индейцы считают, что это заколдованные места, где «мертвецы из соседних могил по ночам пляшут под звуки барабана». И если путника застает ночь в этих местах, он погибает от их нападения. Арабы верят, что духи пустыни — джины стреляют из пушек по вечерам.

В некоторых местах звучание песка и холмов дало название место, как в случае с Калкан-тау. В перводе с турецкого это означает «поющие горы».

Многие ученые занимались исследованием поющих песков, и по их работам можно сделать некоторые выводы.

1. Прежде всего, можно сделать вывод, что поющие пески распространены по всему миру, но ландшафт, где они встречаются, бывает только двух типов: пески пустынь и прибрежные пески. Пустынные поющие пески распространены весьма широко. Они известны в Китае и Монголии, в песчаных пустынях Египта, Африки и Аравии. Так же известны звучащие пески в горах Калкан, в Средней Азии. Но не менее редко встречаются поющие пески на побережьях рек, морей, океанов. Так В. К. Моляревский описал звучание песка на пляже Терского берега Кольского полуострова. Есть поющие пески в долине реки Лены, в США — на побережье Массачусетса, на озерах Мичиган, Гуран и Чэмплейн, на реках Висконсин, Миссисипи и Кэйп Фир, во многих пунктах Калифорнии, на Гебридских о-вах и других местах. Поющие песчаные холмы на перувианском побережье были исследованы еще Гумбольдтом. В Англии 60 лет назад были открыты поющие пески на трех побережьях. А в Соединенных штатах только на Атлантическом побережье описано уже 74 пункта. В бывшем СССР встречались пески обоих типов — и прибрежные и пустынные.

2. Основное отличие этих песков заключается в издаваемых звуках. Они отличаются частотой, длительностью и условиями возникновения. Звук прибрежных песков похож на свист, а песок пустыни — на гудение, и не было такого случая, чтобы прибрежные пески издавали такие низкие звуки. Р. А. Бэгнольд провел большие работы в сравнении прибрежных и пустынных поющих песков. Он примерно установил высоту звука песков. Звук песков пустыни соответствует малой октаве рояля (от 13.6 до 261.1Гц.), длится обычно от нескольких секунд до 15 минут и может достигать такой силы, что разносится на 10 километров. Звук прибрежных песков — высокой частоты - между 2-йи 3-йоктавами (от 500 до 2500 Гц.), длится менее четверти секунды. Тем не менее, несмотря на такое различие в звуке, диаметр частиц в обоих случая примерно одинаков от 0.2 до 0.35мм. В английском языке используются разные термины для разных типов звуков: booming(гудящий, гремящий, жужжащий) — используется для песков, издающих низкие звуки значительной силы и продолжительности. Squeaking (пищащие, скрипящие), musical (музыкальные), whistling (свистящие), singing (поющие) — термины для песков издающих высокие звуки.

При легких порывах ветра «поющие» пески издают музыкальные, как правило, приятного тембра звуки. Иногда исследователи сравнивают их со звенящей струной, иногда с грандиозной арфой или морской сиреной. Под ногами человека или животного эти звуки становятся особенно причудливыми. В Китае известен «холм поющих песков». Он издает необыкновенные звуки сам по себе, но если с него скатиться, звук становится подобен грому и слышен издалека. Бэгнольд описывает необычное вибрирующее гудение, которое он наблюдал в Египте, такой силы, что приходилось кричать, чтобы услышал сосед. В пустыне Лоб-Нор, в Китайской провинции Синьцзян, перед началом песчаных бурь пески издают звуки, напоминающие бой барабана.

Из советских ученых наиболее живописно звучание песков Кольского полуострова описывает В. К. Маляревский. «На первые же шаги песок пляжа ответил глухим ворчанием. Это был не обычный скрип песка, но звук, удивительно напоминающий ворчание собаки. Я топнул ногой. Песок взвизгнул»… «Налетевший порыв ветра взметнул песок, и вокруг меня все запело, зазвенело…». Дальше он сравнивает звуки с переливами флейты, воем маленькой сирены, скрежетом и даже с всхлипыванием, взлаиванием и похрюкиванием, в зависимости от того, ступили ли на песок ногой, погладили ли рукой, помяли ли его в мешочке, или просто кинули на него рюкзак.

Звучание песков зависит еще и от предмета, вызвавшего звучание. Все ученые отмечают, что тембр и характер звука зависит от формы и твердости тела, приходящего в контакт с песком, и силы, которую при этом приложили. Тональность же меняется в зависимости от скорости движения.

3. Следующий довольно важный момент — чем отличаются поющие пески от немых. На глаз отличить участок с поющим песком от «немого» невозможно. И форму такие участки могут иметь самую неожиданную. Они то вдаются узкой звучащей косой в пляж, то располагаются грядой гигантских барханов. Например, на Терском берегу Кольского полуострова поющий участок имеет форму треугольника площадью от 5 до 8 га. И единственное внешнее отличие этого участка от «немых» песков в том, что на нем нет мелкой ряби.

Детальное изучение показало, что зерна поющего песка, как правило, имеют примерно одинаковый размер, хорошо отполированную не нарушенную поверхность, сам песок практически не содержит пыли, грязи, органических примесей. Сила звука зависит от отсутствия тонкозернистого материала — глинистых частиц. Форма песчинок большей частью шарообразная или яйцевидная. Обычно поющие пески имеют светлую окраску. Исследователь Дж. Блейк, изучавший поющие пески Гавайских о-вов, обнаружил, что каждая из песчинок была пронизана тонким каналом, открытым с одного конца. Но и немые пески могут обладать таким каналом. Блейк считал, что эти каналы играют роль резонатора, и что, вероятно, из-заних и происходит звучание, однако в других поющих песках это не было обнаружено. Высокая однородность частиц может способствовать легкому скольжению слоев песка, необходимому для создания звука. Однако она вовсе не является необходимым условием. Известны гудящие дюны, например Песчаная гора в пустыне Калахари, состоящие из песчинок самых разнообразных размеров, а многие пески с «отборными» частицами молчат. Более того, в 1936 году удалось поставить эксперимент, в котором добились гудения кубических кристаллов обычной поваренной соли.

Все исследователи отмечают, что поет только сухой песок. Утром, когда воздух холоден и песок влажен, нельзя добиться звучания. Точно также сразу после дождя пески не звучали. Зато, когда верхний слой начинал подсыхать и сдвигаться под действием ветра, звук становился сильнее, чем до ливня. Ученые объясняют это тем, что во время дождя могли быть вымыты глинистые загрязнения. Такое промывание, видимо, периодически даже необходимо для улучшения структуры песка. Во всяком случае, свистящие пески редко простираются вглубь побережья более чем на 30 метров.

В японском городке Осодаки с помощью промывания удалось вернуть голос песку, молчавшему миллионы лет. В эпоху плиоцена (300 миллионов лет назад) городок этот находился на побережье, и существует много свидетельств, что песчаные отложения в его окрестностях раньше обладали музыкальными свойствами. Жители Осодаки с помощью водяной мельницы, стоящей на горной речке, имитировали действие морских волн на прибрежный песок. Примерно через 1000 часов работы песок зазвучал в сухом виде. А еще через 1000 часов промывки он начал звучать даже в воде. Японцы сделали игрушку: цилиндр длиной 12 и диаметром 5 см наполнен смесью из 100 см воды и 100 г песка. Медленно покачав игрушку, можно услышать звук, напоминающий кваканье лягушки.

4. И, наконец, существует ряд идей относительно механизма звучания песка у различных исследователей. Ученый Ричард пришел к выводу, что звучание песков зависит от трения песчинок, покрытых тонким налетом из соединения кальция и магния. Он сравнил этот процесс с движением натертого канифолью смычка по струнам скрипки. Дж. Блейк (как было упомянуто выше) объяснял пение песка на Гавайских о-вах наличием канальцев, которые он обнаружил в песчинках. С. Карус-Вильсон, изучавший пески с о. Эйгг, как и Ричардсон считал, что причина звука — это трение песчинок. Другие ученые не согласны с этой теорией и считают причиной звука газы, заключенные между песчинками. Гумбольдтом и Раймонди была выдвинута версия, что звук принадлежит подземным водам, которые приходят в движение при понижении температуры ночью. Бегнольд предлагал несколько теорий звучания. И среди них теорию, связывающую звуки с пьезо-электрическими свойствами кристаллов кварца и с неизвестными пока особенностями молекулярного строения поверхности песчинок. Выдвигались также теории, связывающие звучание песка с электризацией, появляющейся при трении песчинок. Как мы видим, существует множество теорий, иногда совпадающих, но еще нет единого объяснения, которое подошло бы ко всем случаям.

5. Много раз пытались ученые воспроизвести звучание песка в лабораторных условиях. Оказалось, что это сложно. За исключением тех случаев, когда песок был привезен в герметически закрытых стеклянных бутылках. Вернуть утраченное «пение» удавалось путем просеивания и очистки от пыли и угловатых частиц кварца. В случае с образцами из пустыни Калахари, удалось вернуть звучание, нагрев пески до 200 градусов.

Интересный эксперимент провел Я. В. Рожков. Он заставил звучать обыкновенный речной песок, который в природе был «немым». Исследователь хорошо просушил и провеял песок, удалил посторонние тела и крупные частицы. Затем песок был наэлектризован при помощи электрофорной машины. После этого песок стал издавать звуки при нажатии рукой, сначала довольно громкие, но потом все более тихие. Постепенно песок опять «замолчал». Контрольный пакет такого же, но необработанного песка звуков не издавал совсем.

Другой интересный эксперимент провел Бэгнольд. Он использовал в качестве резонатора круглый стальной, или фарфоровый сосуд для усиления звучания песка. В таком сосуде Бэгнольду удалось заставить звучать даже искусственный песок, состоящий из маленьких стеклянных шариков. В других условиях такой песок не звучал. Таким образом, идеальная чистота, равнозернистость и идеальная шаровидная форма искусственных песчинок — необходимое, но недостаточное условие для образования поющих песков.

Изучение гранулометрии пляжных песков балтийской косы.

Версия N1

Пение песков зависит от размера песчинок.Для проверки этого варианта был проведен гранулометрический анализ. С этой целью были отобраны пробы вдоль поперечного профиля пляжа. Из них пробы N3 и N4 были сделаны в пределах поющей полосы, причем проба N3 взята из той ее части, которая поет только после шторма. Проба N5 в пределах полосы, поющей другим голосом. Пробы N1 и N2 в сторону авандюны от поющей полосы. Проба N6 располагается в полосе пляжа, отделяющей поющие полосы от остального пляжа.

Пробы просеивались на стандартной колонии сит с размером: 1.0мм, 0.55мм, 0.25мм, 0.1мм и все, что было меньше 0.1мм ссыпалось на поддон. Все фракции взвешивались и определялось процентное содержание каждой фракции от пробы. Результаты показаны на рисунке N . На графике видно, что пробы N2, 3, 4 выделяются преобладанием фракции с размером зерна 0.55>n>0.25. А максимальное количество песчинок с размером 1.0>n>0.55 не превышает 14.56% (min 10.3%). Пробы N3, N4 отличаются от пробы N2 содержанием частиц с размером 0.25>n>0.1 (max 1.83%), хотя в пробе N2 до 4.69%.

Проба N5 явно выделяется содержанием зерен с размером 1.0>n>0.55 (65.31%), хотя в других пробах содержание таких зерен не превышает 42.52%. В отличие от других проб, у пробы N5 меньше всего зерен с размером 0.55>n>0.25 (34%).

Проба N1 отличается от проб N5 и N6 наименьшим содержанием зерен с размером n>1.0 (0.15%). У проб N5 и N6 содержание таких зерен соответственно 0.63% и 0.74%. Кроме того, у пробы N1 самое большое количество песчинок размером 0.25>n>0.1 (0.89%). Проба N6 содержит больше всего зерен с размером 0.55>n>0.25 (70.12%). У пробы N1 и N5 соответственно 56.44% и 34%. Количество зерен с размером 1.0>n>0.55 в пробе N1 больше, чем в пробе N6 (42.52% и29.06% соответственно).

Таким образом, главная поющая полоса отличается наилучшей сортировкой песка: наиболее высокой долей фракции с сита 0.25, примерно одинаковой с пробой N2; минимальной, по сравнению с остальными пробами, долей фракции с сита 0.55 и в 2.6 раза меньшей, чем во 2-ойнемой пробе, долей фракции с сита 0.1.

Версия N2

Пение песков может зависеть от их состава. Чтобы выявить различие в составе, мы решили определить долю магнитной (mgt), электромагнитной (emt) и неэлектромагнитной (nem) фракции в пробах с каждого сита. Так как пробы с сита 0.25мм в пробах N2—4 по количеству наибольшее, то сравнение мы начнем с них.

Сито 0.25мм. От пробы N2 в сторону моря начинается резкое уменьшение электромагнитной фракции. И если в пробе N2 она составляет 48.587%, то в пробе N4 только 5.17%, а в пробах N5 и N6 — 1.2~1.8%.

Магнитная фракция в пробе N2 составляет 3.259%, в пробе N3 — до 0.485%, а в пробе N4 — до 0.055. По сравнению с пробой N2, в пробе N1 уменьшается и магнитная и электромагнитная фракции.

Сито 0.1мм. Тенденция изменения та же. Начиная с пробы N2, в сторону моря уменьшается количество магнитной и электромагнитной фракций. В отличие от сита 0.25мм количество электромагнитной фракции здесь больше.

Сито 0.55мм. С пробы N1 до N5 идет уменьшение электромагнитной фракции. А с первой по шестую (за исключением пробы N5) — уменьшение магнитной. В пробе N5 величина магнитной фракции неожиданно подскакивает.

Сито 1.0мм. Пробы N2 и N3 не содержат ни электромагнитной, ни магнитной фракции. В пробах N4, N5, N6 нет только магнитной фракции, и идет уменьшение электромагнитной. В пробе N1 наблюдается и электромагнитная (3.0305%), и магнитная (3.0305%) фракции.

Таким образом, наиболее похожая по гранулометрии на пробу из главной поющей полосы проба N2 из немой полосы сильно отличается от всех проб из поющих полос высоким содержанием во фракции с сита 0.25 зерен минералов, относящихся к электромагнитной фракции, превышающим долю неэлектромагнитных минералов и самым большим количеством магнитных минералов в этой фракции. Велики отличия в доле магнитных и электромагнитных минералов и во фракции я сита 0.1.

Проба N5 из полосы, поющей другим голосом, по гранулометрии отличается от всех полос резким преобладанием фракции с сита 0.5, превышающей почти в два раза долю господствующей во всех остальных пробах фракции с сита 0.25. В ней наименьшее количество минералов магнитной и электромагнитной фракции из всех проб во фракциях с сит 0.25 и 0.1, но наибольшая доля электромагнитых минералов во фракции с сита 0.5.

При доведении отквартованной части проб весом 20 г до воздушно-сухого состояния потери веса были небольшими, они снижались от береговой полосы к мористым от 0.00 до 2.85%, причем в главной поющей полосе потеря составляла 0.6%, а в полосе, поющей другим голосом — 2.08%.

Приложение







на первую страницу | наверх

© 2002-2011 Разработка сервера: Межвузовский "Физтех-центр". Администратор сайта : admin@researcher.ru
При создании сервера использованы АРП-технологии.

Arp.site