云门杂谈
沙子为什么会唱歌
最近《新旅人》转载《旅游》杂志(1999年第3期)上
郝诚之的一篇关于响沙的文章(一下简称郝文),很有趣。
本人也曾关注过响沙之迷,并接触过许多资料,也将我知
道的写出来,与爱好响沙旅游的网友分享,也与郝先生交
流。
响沙是一些特别的沙子,在移动时会发出声音来。在
许多有沙子的河滩、湖畔、海滩、沙漠上都曾发现过响沙。
一般按发声不同而将响沙分为两大类:一类是声音较小的
“哨沙”(Squeakling
Sand or Whistling Sand),也称
“音乐沙”(Musical
Sand),“犬吠沙”(Barking
Sand
)或“歌唱沙”(Singing
Sand);另一类则发生在规模较
大沙漠地带的沙丘上,叫做“轰鸣沙”(Booming
Sand)
。
哨沙在剪切移动或压缩时会发出短促和高频的声音,
持续时间一般短于四分之一秒钟,声音频率在500到2500
赫兹之间。哨沙多发生在河畔、海滩和湖畔,是一种常见
的响沙。而轰鸣沙则比较少见,往往在沙漠深处的沙丘上
才能听到它的轰鸣。轰鸣沙是在沙堆崩落时发出轰鸣声,
声音大而低沉,持续时间也较长,声音频率一般在50到3
00赫兹。
有关轰鸣沙的记载已有两千五百多年了。早的见于我
国的《史记》,阿拉伯的《一千零一夜》。意大利探险家
马克波罗(Marco
Polo)就在他的名著中提到过我国西部和
中亚地区沙漠中的轰鸣沙,他在路过此处时就“时常听到
空中回荡着各种乐器奏出的音乐,击鼓声和臂膊撞击声”。
查尔斯达尔文在他1889出版的经典著作Voyages
of the
Beagle中,提到有三十一处沙丘中有轰鸣沙,它们分布在
南北美洲、非洲、亚洲、阿拉伯半岛和夏威夷列岛。因为
神秘,响沙也曾出现在一些小说中,比如Herbert的科幻
小说《沙丘》(Dune)等。
早期的研究者认为哨沙和轰鸣沙的发音机理大相径庭,
最近有人在实验室里让哨沙发出了轰鸣声,说明实际上两
种发音机理本质上没多大区别,只是外部条件改变了发出
声音频率、持续时间长短和音量大小。现在,虽然对这两
种发声机理还远没有彻底弄清,但也达成了一些共识。
首先响沙都是经过风吹水冲了很长时间或很远的距离,
沙子的棱角都已磨去,所以响沙多为表面光滑形状接近球
形的颗粒。沙子的粒度范围也很窄,好像被筛选过,一般
在100到500微米之间。沙子多为石英沙,但夏威夷的Kau
ai(考爱)岛上的轰鸣沙则是碳酸盐。
有学者用傅利叶红外线光谱仪分析响沙的表面,发现
红外线光谱波段平均在近3400/厘米的一个范围内,说明
在沙粒的表面被硅胶包住了一些极小的水分子团。实际上,
响沙发现地的一个共同特征就是沙丘离水源并不很远,或
者是空气中的湿度在一定范围。虽然水中的不定型可溶氧
化硅很少,但足以在沙粒表面形成一层膜。响沙在被水波
反复冲刷浸泡,再干燥到一定程度后,沙粒表面的硅胶会
使相对运动的沙粒时而粘合时而滑移,沙粒表面受到剪切
摩擦而发生振动,从而发出声响。哨沙一般离大水源较近,
而轰鸣沙则在干旱的沙漠地带或离上次下雨时间很长而已
干燥,说明水分(或干燥度)对响沙的发声强度和频率起到
了重要作用。
因为这层硅胶的强度结构等不同,对水的吸收和保护
功能有别,所以会发生郝文中提到的有些响沙易地不鸣,
有些则鸣的情况。空气中的水分也会因地而异或因季节而
变化,所以响沙的发声会相应地随季节变化。郝文中提到
的那位日本人将响沙拿到后花园,改变了许多条件,所以
响沙哑了。另外,干燥的硅胶可以让沙粒松散的粘在一起,
但要产生共鸣声浪,需要一定数量的沙子才行,样品太少
了也不行。
有人将一般的不会唱歌的沙子放到水中用水不断冲洗,
就象自然波浪对沙子的冲刷一样,将颗粒表面磨光,并不
断的换水将磨下的杂质和细颗粒清洗掉,留下的颗粒尺寸
分布较窄,也能制成响沙。光谱分析出的波段也在3400/
厘米左右。将碳酸盐的沙粒浸泡到二氧化硅溶液内,也可
以在沙粒表面形成一层硅胶,而成为响沙。甚至直接将硅
胶颗粒(200到500微米)放到瓶子里摇晃,也能发出450赫
兹的声响,光谱分析结果也与响沙相同。所以可以断定沙
粒表面的硅胶起到了重要作用。
用相同的方法,日本人用一处古时侯为海洋的内陆地
区的粘土,放到充水的滚筒内不断以60转每分钟的转速滚
动清洗,并不断的换水去除细颗粒和杂质。转动到约100
0小时后,相当于沙子被水冲了2488公里。此时软的物质
已磨去,剩下较硬颗粒为99%为石英沙,表面光滑,并会
镀上一层的硅胶。沙子在干燥状态下会发出声音。如果连
续清洗2000小时,在水中沙子就会发出象蛙鸣一样的声音
了。精明的日本商人就将这些沙子放到一段密封管内当玩
具出售。
郝文中提到的“静电说”都是个很早的初步解释,已
被否定了。静电说是由A.
D. Lewis在1936年基于对谷物
摩擦生电的观察而提出的。而最新的实验和研究说明“静
电说”并不成立,因为沙粒在水中,几乎不能形成静电。
“共鸣论”则仅仅提出了声音放大的原因,但没有成功的
解释为什么会发声(即声音的起源),更无法解释名沙易地
而鸣的现象。
中国被称为“响沙王国”。在许多地方都曾发现过响
沙,且多数为沙漠地带的轰鸣沙,如:上文中提到的银肯
沙湾,著名的敦隍鸣沙山、以及巴丹吉林沙漠、木累、吉
木乃、沙坡头等沙漠地带。另外厦门海滩也有响沙。还有
很多已发现和待发现的鸣沙山丘。这都是很好的旅游探险
资源和科研资源,应该能吸引更多的人参与。
随着人们对城市生活的厌倦,沙漠旅游会越来越热,
响沙旅游点是一个很好的卖点。但无论老的景点还是新的
发现,要妥善保护。因为鸣沙对环境(比如水源)污染非常
敏感,可作为环境污染的试金石。现在世界上有许多鸣沙
沙滩由于水源污染,而变成了哑巴沙滩。据说敦隍的鸣沙
山由于游人太多,在渐渐退化,鸣响的声音已大不如前了。
可能是滑沙的人太多将沙粒表面的硅胶层磨去了,或者是
带进去的污染物将沙粒表面污染了。所以要让响沙歌声不
断,还是应该多多爱护和珍惜啊!
(March, 1999)
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