沙丘鳴響真叫怪

　　傳說在600多年前的一個星光燦爛的夜晚，一個剛剛離開甘肅敦煌的運輸商隊在路途中，他們把臨時歇息地選在了沙漠上的一座小沙山旁。盡管有武裝衛隊的跟隨，但運輸隊的大頭領還是對夜宿小沙山旁感到戰戰兢兢。就在接近午夜時分，帳篷外傳來了低沈的轟轟的雷鳴聲，可是仰望天空，卻滿天繁星，沒有烏雲密布的景象，不像是暴風雨來臨的前兆。但此時的雷聲並沒有停止，這讓大頭領感到非常惶恐：莫不是有大群劫匪騎馬來襲？經緊急商議，大頭領決定連夜撤離此地，趕往附近的縣城歇息。到了城裡，城裡的老人纔為他們揭開了謎團：那座沙山叫鳴沙山，那雷聲就是鳴沙山的沙子發出的怪音，並不是打雷，也不是大群劫匪來襲……

　　數百年以來，世界各地的一些旅行家和作家都紛紛描述過與上述情節類似的鳴沙現象。1295年，意大利探險家馬可·波羅就在其著作中提到在中國西部和中亞地區沙漠中的沙丘鳴響現象。他在路過這些地方時聽到『這些沙漠中的精靈用各種樂器聲、鼓聲和武器碰撞的聲音將空氣填滿』。達爾文在敘述自己環球旅行經歷的著作中也提到過這一現象。據初步統計，目前世界上已經發現了100多處會發聲的沙灘和沙漠。比如，我國甘肅敦煌鳴沙山的沙子能發出轟隆的巨響，像打雷一樣；蘇格蘭愛格島上的沙子，能發出一種尖銳響亮的聲音，就好像食指在拉緊的絲弦上彈了一下。最有意思的要屬夏威夷群島之一的考愛島西南岸的一片長800米、高18米的大沙丘，當人在沙丘上走動時，沙子會發出類似『汪汪汪』的狗叫聲，把沙放在手掌中猛搓一下，也會發出同樣的聲音。

　　研究人員按沙丘鳴響聲音的不同將鳴響沙丘分為兩大類：一是『哨沙』，二是『轟鳴沙』。前者聽起來曲調優美，聲音頻率在500到2500赫茲之間，多出現在河畔、海灘和湖畔，是一種常見的響沙；後者的鳴響低沈有力，有時像敲鼓，有時像萬馬飛馳，聲音大而低沈，持續時間也較長，聲音頻率一般在50到300赫茲。後者一般比較少見，往往在沙漠深處的沙丘上纔能聽到。資料顯示，轟鳴沙的鳴響最長可持續15分鍾，且最大的聲音能與低飛的超音速飛機發出的響聲相比。

沙子因何會發聲？

　　最初人們對沙丘鳴響之謎的解答是神鬼所為，如南撒哈拉人就說這聲音是沙丘的大力神——魯爾的笑聲，說大力神是在用唱歌來逗弄那些因恐懼和口渴而心慌意亂的旅行者。但隨著科學的傳播，有關神魔制造沙丘鳴響的神話傳說便失去了市場。

　　不過，這看似簡單的物理現象其實並不簡單，為此，人們的探索也一直在持續不斷。其中比較有代表性的說法是『沙丘共鳴箱』說。這種說法的版本之一是說，在沙丘的背風坡腳下都有地下水分布，由於沙漠裡氣候乾燥，蒸發量大，在地下便形成了一個蒸氣層，而在沙丘背風坡向陽的山脊上，卻有一個熱氣層，兩者一起組成了一個『共鳴箱』。當沙丘被風吹動，或在人畜攪動下，就發出各種不同頻率的聲波。如果有某種聲波的頻率偶然在『共鳴箱』裡引起共鳴，就會使沙丘發出聲響，聲音在『共鳴箱』裡回來反射，相互疊加，於是便有了轟響。另外一個版本說，在每個沙丘的內部，都有一個密集又潮濕的沙土層，它的深度隨著雨水的多少而改變，這個潮濕層與上面乾燥的沙土層構成一個天然的『共鳴箱』，當沙粒沿著斜坡往下滑動的時候，乾燥沙粒的振動波傳到潮濕層，就會引發共鳴，使得沙粒的聲音擴大無數倍而發出巨大的聲響。第三個版本是說沙粒和沙粒之間的縫隙就是無數個『共鳴箱』……

　　因以往的種種解釋缺少科學依據，所以在前不久，法國國家科研中心的科學家便把這個謎題帶進了實驗室。科學家從摩洛哥會『唱歌』的沙丘中運來了一些沙子作為研究對象。他們發現，當用手和金屬棒撥弄沙粒時，沙子會發出各種不同頻率的聲響。然而奇怪的是，這些沙在一個月後，無論怎麼撥弄，都悄然無聲了。為找出原因，他們研究了被撥弄前後沙粒的大小和形狀，結果發現，先前的每一粒沙的外層都裹著一層由硅、鐵和錳組成的光滑外殼，但在後來的沙粒上，這層殼被磨掉了。這表明沙丘在發聲過程中，其光滑外殼發揮了主要作用，而這正好解釋了為什麼某些沙丘能唱歌而另外的沙丘不會唱的原因，就是因為它們的沙粒組成成分有差異。

　　但聲音究竟是怎麼制造出來的呢？科學家認為，當由特殊沙粒構成的沙丘發生滑落時，上層的沙粒便在下層的沙粒上開始滑動，在此過程中沙粒以不同的頻率相互撞擊，於是在流動層形成了固定的聲波。這些聲波一個個疊加，使得整個層面都振動起來，就像一個擴音器一樣，聲音隨著滑落的過程逐漸變大並拉長了。

揭開深層秘密

　　到此，沙丘鳴響之謎應該算是完全破解了。不過近日，法國巴黎高等工業物理化學學院的科學家對這個說法提出了質疑，他們認為以前的說法過於簡單和草率了，因為這個謎團所涉及的問題比人們原來想象的要復雜得多。

　　科學家認為，以往人們的分析首先忽視了對聲音產生的源頭——振動源的分析。以往人們認為風吹沙丘，然後沙丘表層的沙子滑動是振動源，這說不通，如果真是這樣，所有沙丘都應該會產生鳴響，而這與實際情況不符。實際情況是沙丘因某種外力產生的間斷的或持續的、規模不一的沙崩，纔是產生鳴響的振動源。但單單有了沙崩，也不一定會產生鳴響，還需要有比較特殊的地形配合纔行。在實驗中，科學家們制造了沙崩現象，然後對聲音的產生過程進行了細致研究，結果發現，當沙崩現象出現後，馬上在沙丘的表面產生了大范圍的彈性波，隨後這種彈性波通過下層靜態的沙地進行全方位傳播。當由沙崩產生的一側傳出的彈性波繞過另外一側後，恰巧另一側沙丘的表層形狀發揮了『推波助瀾』的作用，纔出現彈性波之間的『疊加效應』：彈性波重疊後，合成波的振幅明顯大於原來彈性波的振幅，於是原來人們耳朵聽不到的聲音便產生了！

　　為了進一步驗證他們的研究成果，科學家在非洲摩洛哥境內撒哈拉沙漠選擇了一些沙丘，進行了現場驗證。他們先後共進行了50次的沙崩實驗，並對發生過程進行了細致的檢測，結果和實驗室的觀察結果非常一致。科學家指出，至於人們通過攪拌沙子發出的鳴響，是不能用來解釋沙丘鳴響的，這就像人們不能用攪動水杯裡的水發出的聲音，來解釋海浪發聲原理一樣。

　　科學家認為，只有真正解釋了鳴沙現象的形成原理，纔可以考慮如何利用鳴沙現象造福人類。在鳴沙現象中存在流體與振動之間的聯系，這種聯系在許多應用領域都存在。對鳴沙現象的研究可以發現復雜機制中不同部分之間的協作原理，並可將其應用於其他領域。

　　看來，如果缺少嚴謹細致的科學精神，我們會把許多似是而非的答案當做真理來信奉。對沙丘鳴響之謎的破解，就是一個典型例子。 (摘自《科學之謎》)