科學家揭秘「鳴沙」現象形成原因(圖)

科學家揭秘「鳴沙」現象形成原因。(網路圖片)

「鳴沙」現象是一種普遍存在的自然現象，在全球已經發現了數十處沙灘或沙漠存在「鳴沙」現象。對於這一現象的形成原因，科學家們多年來一直未能找到一個明確的答案。法國巴黎市立高等工業物理化學學院科學家經研究發現，「鳴沙」的形成原理事實上是一種全新的發聲方式，這種聲音是由上層運動的沙粒與下層固定的沙層之間摩擦而產生的一種彈性波所引起的。

在全球範圍內，有三十多個地方存在沙丘「鳴沙」現象。這一奇怪現象多年來一直令科學家們感到迷惑不解，也激起了大批探險家和遊客的獵奇慾望。「鳴沙」形成的場合很多。當沙丘出現沙崩時，就有可能會發出一種響亮而單調的聲音，這種聲音有的可能會持續數分鐘，一英里(約合1.6公里)外的地方都可以聽得到。有時候這種聲音甚至會被誤以為是低空飛行的飛機所發出的噪音。事實上沙子發出的聲音是多種多樣的，有的像音樂，有的像雷聲，還有的則完全是噪音。

雖然科學家們對「鳴沙」現象的形成原因進行了多年的研究，並給出了一些推測性的解釋，但真正的確切原理一直是一個未解之謎。此前，有些研究人員發現風力並不是「鳴沙」現象形成的主要原因，因為不管是在實驗室裡還是在沙漠之上，當人們用手移動沙堆時，都可能會發出同樣的聲響。此外，還有一些科學家們認識到，「鳴沙」現象也不完全是由整個沙丘的共鳴所產生的，而沙粒本身的運動也會發出聲響。然而，多年來不同的研究團隊給出了不同的解釋，有的甚至是相互矛盾的。比如關於沙粒的振動問題，有的科學家認為這是一種有規律間斷性運動，有的則認為這是一種與沙粒碰撞同步形成的表面波動。

法國巴黎市立高等工業物理化學學院(法語縮寫為：ESPCI)科學家布魯諾-安德列奧蒂和萊納德-波恩尼奧對「鳴沙」現象有了新的發現。經過對沙丘形成階段的發聲機制進行長期研究，布魯諾和萊納德提出了一種全新的理論。他們認為，這種聲音是由上層運動的沙粒與沙丘下層固定的沙層之間摩擦而產生的一種彈性波所引起的。

布魯諾和萊納德在非洲摩洛哥境內撒哈拉沙漠中對他們的理論進行了驗證，他們共進行了50次的沙崩實驗。在實驗中，科學家們發現這種彈性波可以通過下層靜態的沙地進行全方位傳播。當由沙丘背後傳出的彈性波從兩側繞過沙丘傳播到前面後，就會產生互相干涉現象。兩波重疊後，合成波的振幅於是就得到增加，振幅明顯大於成分波。摩擦界面上的彈性波經過反射從而由剪切運動中吸取能量到互相干擾聲波之中，而這種互相干擾聲波就是「鳴沙」的聲音來源。

布魯諾解釋說，「對於鳴沙現象，我們首次建立了一個模型。它可以將沙崩與靜態沙丘區分開來形成剪切帶，並通過這種剪切帶預測震波。此前，人們在解釋鳴沙現象時，都忽略了這一重要因素。只有真正解釋了鳴沙現象的形成原理，才可以考慮如何利用鳴沙現象。」此前很多人只知道自然界存在「鳴沙」現象，但幾乎沒有人意識到這項研究的重要性。布魯諾認為，「對鳴沙現象的研究可以發現複雜機制中不同部分之間的協作原理，並可將其應用於其他各種領域。比如，在鳴沙現象中存在流體與振動之間的聯繫，這種聯繫在許多應用領域都有存在。」

由於在「鳴沙」研究領域還有其他許多科學家，他們對「鳴沙」現象產生原理都持有不同觀點，布魯諾的研究成果肯定將會引起巨大的爭議。布魯諾表示，「這一課題本來就是一個頗具爭議性的課題。」