Я помню информационные сообщения о взрыве горы Сент-Хеленс в штате Вашингтон в 1980 г. Если бы звук взрыва был таким же мощным, как при извержении Кракатау, его можно было бы услышать по всей северной части США и в Ньюфаундленде на восточном побережье Канады.
Звук взрывов от Кракатау был слышен на огромном расстоянии, но другие, неслышные звуки распространяются еще дальше. Вулканические взрывы генерируют мощный ультразвук, то есть звук низкой частоты, недоступный человеческому слуху. (Нижний порог слышимости приблизительно 20 Гц.) Барометры по всему миру зарегистрировали инфразвук от Кракатау, показав, что инфразвуковые волны обогнули земной шар семь раз, пройдя расстояние около 200 000 километров, прежде чем ослабли до такой степени, что приборы перестали их чувствовать.
В наше время ученые следят за инфразвуковым излучением вулканов, чтобы предсказывать и классифицировать вулканические взрывы – в дополнение к измерению колебаний почвы с помощью сейсмометров. Характер ультразвука определяют процессы, происходящие в земных недрах, и это дает уникальную возможность понять, что происходит в вулкане, находясь на безопасном расстоянии.
Вулканы издают и другие, не такие громкие, но хорошо слышимые звуки – хлопки лопающихся пузырей, шлепки выплескивающейся на камни магмы, шипение и рев вырывающихся из-под земли струй газа. Услышать все это, не подвергая себя опасности рядом с действующим вулканом, можно в активной геотермальной зоне.
Исландию часто называют наглядным пособием по геологии, которое позволяет услышать звуки, отражающие те силы, что формируют облик Земли. Остров расположен на Срединно-Атлантическом хребте, между Североамериканской и Евроазиатской тектоническими плитами. Расходящиеся плиты формируют ландшафт острова с помощью землетрясений и вулканической активности; местность здесь усеяна туфовыми конусами, бугристыми лавовыми полями и трещинами. В долине Хверир земля персикового цвета выглядит так, словно страдает от хронической угревой сыпи желтого цвета. В нос бьет неприятный серный запах, и туристы должны смотреть под ноги, чтобы не провалиться по колено в обжигающую жижу.
То тут, то там попадаются доходящие до пояса пирамиды из камней, гравия и земли, которые угрожающе шипят, выпуская пар, – такое впечатление, что они готовы взорваться в любую секунду. Грунтовые воды просачиваются в глубину приблизительно на полмили, нагреваются магмой и с силой вырываются на поверхность в виде перегретого пара с температурой около 200 °C. Пар, с большой скоростью выходящий из отверстий, вызывает колебания воздуха. В результате возникают невидимые завихрения, которые издают шипящий звук. Эти маленькие вихри можно представить как крошечные версии Большого Красного Пятна на Юпитере или торнадо.
В других местах бурлят и булькают воронки с серой грязью. Они кажутся живыми: одни пузырятся, как густой и вязкий гороховый суп, другие бурлят и брызгают, подобно неаппетитной овсяной каше на сильном огне. Почти регулярный ритм некоторых воронок похож на музыку, проигрываемую в ускоренном темпе. Сернистый водород не только имеет неприятный запах, но и способствует образованию жидкой грязи в булькающих воронках, поскольку серная кислота растворяет камни[331]. Жижа из воронок подбрасывается в воздух струями перегретого пара и с громким шлепком возвращается обратно. Никто из ученых не исследовал акустику воронок с грязью, но я полагаю, что источником звука в них служат пузыри, как в водопадах.
Пытаясь найти статьи по акустике грязевых воронок, я связался с Тимом Лейтоном из Саутгемптонского университета. Тим похож на взрослого Гарри Поттера – только он специализируется на пузырях, а не на зельях. Он не изучал грязевые воронки, но упоминал о модели гейзера, которую сконструировал в возрасте двенадцати лет, используя сжатую кипящую воду. Каждые три минуты гейзер выстреливал струей воды на высоту 2–3 метров. «К сожалению, – жаловался Тим, – тогда я еще не знал, что нужно написать статью и отправить ее в научный журнал. Но теперь я повторил свой опыт в лаборатории, прямо под моим кабинетом»[332].
Слово гейзер происходит от названия источника Большой Гейсир на западе Исландии. К сожалению, Большой Гейсир не выбрасывал струю уже несколько десятков лет, но рядом с ним находится Строккюр, струя из которого поднимается на высоту 30 метров с периодичностью в несколько минут. Толпа людей у веревочного ограждения взволнованно переговаривается на разных языках – все пытаются предугадать, когда произойдет выброс. Первый признак – это купол воды, поднимающийся из отверстия в земле и дрожащий подобно гигантской круглой медузе; затем из него с шипением вырывается высокий фонтан пара и горячей воды. Когда вода ударяется о землю, она бурлит и шипит, как морской прибой.
Гейзеры встречаются редко, потому что для них требуется необычное сочетание условий: подземные естественные каналы с водонепроницаемыми стенками, вода для наполнения этих каналов и геотермальное тепло. Перегретая вода поступает в каналы снизу, а более холодные грунтовые воды – сверху. Давление холодной воды позволяет нижнему слою нагреваться до высокой температуры не закипая. Когда каналы заполняются, над Строккюром появляется водяной купол. Внутри неизбежно образуются пузырьки пара, которые выталкивают небольшое количество воды из отверстия гейзера. Это приводит к понижению давления на глубине и взрывному превращению перегретой воды в пар. Пар выбрасывает столб воды из отверстия гейзера, формирует высокую струю[333].
Многие удивительные природные звуки вроде тех, что издает гейзер Строккюр, можно услышать только в необитаемых местах. За несколько лет до путешествия в пустыню Мохаве я наткнулся на музыкальный песок на пляже Уайтхэвен-Бич на австралийском острове Уитсандей, но по сравнению с басом Келсо его голос звучал как сопрано. Горячий, ослепительно-белый песок австралийского пляжа визжал на гораздо более высокой ноте, в частотном диапазоне 600–1000 Гц. На этот звуковой эффект я натолкнулся неожиданно, во время отпуска, и получил удовольствие, бродя по пляжу и пытаясь извлечь самый громкий визг. Нечто подобное Чарльз Дарвин слышал в Бразилии: «Я заметил, что всякий раз, когда моя лошадь ступала по мелкому кремнистому песку, слышался слабый чирикающий звук»[334]. Этот высокий звук встречается чаще, чем низкое гудение дюн, и в Австралии даже есть место под названием Squeak Beach (Визжащий пляж).
Тот факт, что визжащий пляж или гудящая дюна издают отдельные ноты, которые можно воспроизвести голосом, указывает на скоординированное движение песчинок. Если частички песка движутся беспорядочно, то звук будет больше похож на шелест листьев во время листопада. В начале пасторального романа Томаса Гарди «Под деревом зеленым» (Under the Greenwood Tree) описывается разнообразие звуков, возникающих в лесу от ветра:
Тому, кто вырос в лесу, каждое дерево знакомо не только по внешнему виду, но и по голосу. Когда налетает ветер, ель явственно стонет и всхлипывает, раскачиваясь под его порывами; падуб скрежещет, колотя себя ветками по стволу; ясень словно шипит, весь дрожа; бук шелестит, вздымая и опуская свои плоские ветви. Даже зима, хоть она и приглушает голоса тех деревьев, которые сбрасывают листву, не лишает их своеобразия[335][336].
Ученые, в частности Оливер Фегент из Швеции, изучали разные механизмы формирования этих звуков[337]. У деревьев, которые сбрасывают листву, таких как описанный Гарди ясень, листья и ветки ударяются друг о друга, когда дерево раскачивается от ветра, в результате чего листья вибрируют и шелестят. Ясень довольно точно воспроизводит звук накатывающих на берег волн[338]. Когда ветер усиливается, звук становится громче, но основная частота – как это ни удивительно – не меняется.
Фегент хотел выяснить, может ли шелест листьев замаскировать свист лопастей ветрогенератора. Большинство ветряных двигателей работают очень тихо, но в отдаленных местах других звуков мало, и они не могут заглушить даже слабое жужжание лопастей. Фегент пришел к выводу, что лучшим из проверенных им лиственных деревьев является осина, звук которой на 8–13 децибел громче, чем у ясеня или дуба. Повышение громкости на 10 децибел удваивает воспринимаемую громкость – то есть шелест осины будет восприниматься в два раза громче, чем шелест других деревьев. Однако у лиственных пород имеется один недостаток: зимой они сбрасывают листья и не могут шелестеть.
Создавать шум круглый год способны вечнозеленые растения. У подножия дюн Келсо я слышал, как ветер свистит в иглах тамариска. Звук становился то тише, то громче, но это не была отдельная нота, которую извлекают из музыкальных инструментов. Скорее это было похоже на звук, который издает ребенок, учащийся свистеть: основной тон различить можно, но он хриплый и непостоянный. Шелест создается движением воздуха между иглами – подобно тому, как гудят телеграфные провода. (Механизм возникновения эолового звукового ряда рассматривается в главе 8.) Каждая иголка создает звук, тон которого зависит от скорости ветра и диаметра иголки. Тысячи этих слабых звуков соединяются, порождая стоны и всхлипы, описанные у Гарди. Эксперименты Фегента с елью и сосной показали, что при умеренном ветре силой 6,3 метра в секунду частота звука составляла 1600 Гц, что соответствует верхней границе диапазона флейты. Удвоение силы ветра приводит к тому, что частота свиста повышается приблизительно на октаву, до 3000 Гц – это уже диапазон малой флейты.