Η θίνα Ming Sha Shan (στα κινεζικά, το βουνό από άμμο που τραγουδά), κοντά στο Dunh Huang και στο σπήλαιο Mogao cave (επί του παλαιού δρόμου του μεταξιού) στην Κίνα. Από γραπτή πηγή που χρονολογείται από το 880 π.Χ. μαθαίνουμε ότι οι κάτοικοι παραπλήσιου χωριού έκαναν τσουλήθρα από την κορυφή της θίνας ώστε να αναπαράγουν «τον ήχο του κεραυνού». Η θίνα αυτή καταγράφηκε από τον Μάρκο Πόλο.
Πως οι ερευνητές προσπαθούν να λύσουν το μυστήριο μιας μελωδίας που είναι γνωστή στο δυτικό κόσμο από την εποχή του Μάρκο Πόλο.
Πάνε σχεδόν επτακόσια χρόνια από τότε που ο Μάρκο Πόλο θα καταγράψει τους μυστηριώδεις ήχους που έρχονταν από τις θίνες της ερήμου. Τότε, ο μεγάλος εξερευνητής είχε αποδώσει το φαινόμενο σε «κακά πνεύματα». Ένας σύγχρονος ταξιδιώτης θα ήταν πιο πιθανόν να νομίσει ότι ο ήχος αυτός προέρχεται από αεροπλάνο που εκτελεί χαμηλή πτήση.
Οι θίνες είναι στην ουσία βουνά από άμμο που σχηματίζονται από τη δράση του ανέμου. Είναι δυνατόν να φθάσουν σε ύψος εκατοντάδων μέτρων και απαντώνται σε ένα μεγάλο αριθμό διαφορετικών σχημάτων. Οι θίνες παρουσιάζουν μια πολύπλοκη δυναμική συμπεριφορά και απασχολούν τους επιστήμονες εδώ και δεκαετίες.
Οι θίνες μελετήθηκαν διεξοδικά από τον R. A. Bagnold ο οποίος σε μια επίσκεψη του στην έρημο της Λιβύης γοητεύθηκε από τους σχηματισμούς των θινών και επιστρέφοντας στην Αγγλία κατασκεύασε μια αεροσήραγγα με την οποία εκτέλεσε πειράματα προσομοίωσης αυτών των σχηματισμών. Τα πορίσματα αυτών των πειραμάτων περιέχονται στο βιβλίο με τίτλο The Physics of Blown Sand and Desert Dunes (Bagnold, 1941) το οποίο έθεσε τα θεμέλια της επιστημονικής έρευνας της μεταφοράς της άμμου από τον άνεμο. Το βιβλίο συνεχίζει να αποτελεί τον βασικό τίτλο αναφοράς στο πεδίο και χρησιμοποιείται από τη NASA για την μελέτη των θινών του πλανήτη Άρη.
Σήμερα έχουν εντοπιστεί περίπου τριάντα τοποθεσίες σε όλο τον κόσμο όπου κάποιος μπορεί να ακούσει το «τραγούδι» των θινών. Είναι αξιοσημείωτο ότι κάθε τέτοιος ήχος έχει την δική του χαρακτηριστική συχνότητα, μπορεί να διαρκέσει για αρκετά λεπτά ενώ ακούγεται σε απόσταση ακόμη και ενός χιλιομέτρου μακριά. Είναι γνωστό, από παλαιά, πως ο ήχος αυτός προέρχεται από την άμμο που έχει σωρευτεί στην κορυφή των θινών και η οποία αυθόρμητα κατέρχεται προς τους πρόποδες τους. Πως λοιπόν αυτή η κάθοδος της άμμου μπορεί να δημιουργήσει ένα τόσο δυνατό ήχο και μάλιστα σε μια και μοναδική συχνότητα;
Για τους επιστήμονες η πρόκληση της εξήγησης αυτού του ασυνήθιστου και πολύ έντονου ήχου που δημιουργείται από έναν σωρό άμμου είναι τόσο μεγάλη που δύσκολα μπορείς να της αντισταθείς. Στην ουσία, οι άδουσες θίνες μας δίνουν την ευκαιρία να εξερευνήσουμε έναν εντελώς νέο τρόπο παραγωγής ήχου που είναι ριζικά διαφορετικός από τους μηχανισμούς παραγωγής ήχου πάνω στους οποίους βασίζονται τα περισσότερα μουσικά όργανα.
Οι προσπάθειες να ερμηνευθεί αυτό το φαινόμενο έχουν στην ουσία αρχίσει από το 2000 από ερευνητικές ομάδες της περίφημης École Normale Supérieure του Παρισίου. Ενδιάμεσα έχουν εμπλακεί και ερευνητικές ομάδες από τις ΗΠΑ.
Οι πρώτες έρευνες έδειξαν αξιόλογα αλλά ταυτόχρονα και αξιοπερίεργα αποτελέσματα. Μια μέρα κατά τη διάρκεια μιας πεζοπορίας κατά μήκος μιας θίνας, οι ερευνητές προκάλεσαν κατά λάθος μια κατολίσθηση άμμου. Η κατολίσθηση αυτή συνοδεύτηκε από την παραγωγή ενός δυνατού ήχου. Προς μεγάλη έκπληξη όλων η συχνότητα αυτού του ήχου ήταν ακριβώς η ίδια με τη συχνότητα του ήχου που παράγεται από μια αυθόρμητη κατολίσθηση της άμμου στη ίδια θίνα. Οι επιστήμονες το επιβεβαίωσαν αυτό προκαλώντας με τα ίδια τους τα χέρια επαναλαμβανόμενες κατολισθήσεις από την κορυφή των θινών. Το επόμενο που παρατηρήθηκε ήταν ότι για διαφορετικά μεγέθη θινών (στην ίδια γεωγραφική περιοχή) η συχνότητα του παραγόμενου ήχου ήταν η ίδια (περίπου στα 100 Hz). Aυτά τα φαινόμενα οδήγησαν τους ερευνητές στο συμπέρασμα ότι το μυστηριώδες τραγούδι των θινών παράγεται από την σχετική κίνηση των κόκκων της άμμου μεταξύ τους και όχι από την θίνα συνολικά.
Η διαπίστωση αυτή έστρεψε τις έρευνες στη μελέτη της δομής και του σχήματος των κόκκων της άμμου καθώς και των μεταξύ τους συγκρούσεων κατά τη διάρκεια της κατολίσθησης. Σύντομα άρχισαν να προτείνονται και τα πρώτα ερμηνευτικά σχήματα. Κοινός παρανομαστής αυτών των ερμηνειών ήταν ότι η παραγωγή του ήχου οφείλεται σε μια συντονισμένη κίνηση που εκτελούν οι κόκκοι της άμμου. Για κάποιους ερευνητές η παραγωγή του ήχου ήταν αποτέλεσμα της κυκλοφορίας του αέρα ανάμεσα στους κινούμενους κόκκους άμμου. Για άλλους αιτία της παραγωγής του ήχου ήταν η συμπεριφορά των συντονισμένα κινούμενων κόκκων ως μιας τεράστιας μεμβράνης η οποία εκτελεί γιγάντιες ταλαντώσεις που μετατρέπουν την άμμο σε ένα τεράστιο ηχείο.
Η πρώτη ερμηνεία υποστηρίχθηκε και από ευρήματα στο Μαρόκο που έδειξαν ότι μόνο στρώματα άμμου που έχουν πάχος πάνω από ένα συγκεκριμένο όριο μπορούν να παράγουν ήχους όταν κινούνται μεταξύ τους. Αποφασιστικής σημασίας για αυτήν την ερμηνεία ήταν και ένα πείραμα προσομοίωσης που παρουσιάστηκε το 2003. Στο πείραμα αυτό πήραν γνωστούς όγκους άμμου και τους ανάγκασαν να κινούνται με απόλυτα ελεγχόμενο τρόπο σε διαφορετικές ταχύτητες. Με αυτό τον τρόπο μπόρεσαν να παράγουν ήχους σε οποιαδήποτε επιθυμητή νότα κατά μήκος μιας ολόκληρης οκτάβας. Αυτό ήταν μια αποφασιστική ένδειξη ότι στην ουσία είναι η σχετική κίνηση των κόκκων της άμμου που παράγει τον ήχο. Οι θίνες δεν είναι απαραίτητες. Το πείραμα επιβεβαίωσε επίσης και την παρατήρηση για το ελάχιστο όριο πάχους του στρώματος άμμου που απαιτείται για την παραγωγή ήχου.
Το σίριαλ όμως της πλήρους εξήγησης του φαινομένου δεν έχει τελειώσει. Σήμερα εργασίες από άλλες ομάδες αρχίζουν και αμφισβητούν τις παραπάνω ερμηνείες που, άλλωστε, δεν έχουν απαντήσει σε όλα. Για παράδειγμα μέχρι τώρα δεν γνωρίζουμε τον λόγο για τον οποίο κάποιες θίνες δεν «τραγουδούν». Έρευνες που έχουν πραγματοποιηθεί από επιστημονικές ομάδες από τις Η.Π.Α και έχουν στηριχθεί στη χρήση ραντάρ δείχνουν την εντελώς αντίστροφη κατεύθυνση: δεν είναι οι κόκκοι της άμμου αλλά οι ίδιες οι θίνες που ευθύνονται για την παραγωγή του ήχου.
Τελικά με ή χωρίς την πλήρη εξήγηση, οι θίνες «τραγουδούν» ακόμα και η έρημος συνεχίζει, ευτυχώς, να διατηρεί τη μαγεία και το μυστήριο.
ΕΥΧΑΡΙΣΤΗΡΙΟ
Το φωτογραφικό υλικό είναι ευγενική προσφορά στο ΙnS της ερευνητικής ομάδας του Stephan Douady από την École Normale Supérieure του Παρισίου.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
Chalmers, M., 2006. The troubled song of sand dunes. Physics World, November. https://physicsworld.com/a/the-troubled-song-of-the-sand-dunes/
Bagnold, R., A., 1941. The physics of blown sand and desert dunes. London: Methuen.
Douady, S., Manning, A., Hersen, P., Elbelrhiti, H., Protière, S. , Daerr, A., and Kabbachi, b., 2006. Song of the Dunes as a Self-Synchronized Instrument. Physical Review Letters, 97, 018002. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.97.018002
Douady, S., 2002. Ce chant venu des dunes. Le journal de CNRS, no 153-154, Septembre-Octobre.
Heywood, H., 1941. The Physics of Blown Sand and Desert Dunes. Nature 148, 480–481. https://doi.org/10.1038/148480a0
Olivier, A., 2006. Chanter avel le dunes. Le journal de CNRS, no 194, Mars.
