Tại sa mạc, tại sao lại có những âm thanh kỳ lạ tự phát ra?

Ở một số khu vực sa mạc trên thế giới, cát có thể phát ra những tiếng ầm ầm lớn, trầm, kéo dài tới 15 phút và có thể nghe thấy ở khoảng cách xa tới 6 dặm (10 km), điều này thường xảy ra hàng ngày.

Sa mạc không phải lúc nào cũng là nơi yên tĩnh. Trong điều kiện thích hợp, một số khu vực cát có thể trở nên sôi động với những âm thanh kỳ lạ - như tiếng nổ sâu, tiếng ầm ầm hoặc thậm chí là tiếng vo ve bí ẩn. Hiện tượng này, được gọi là cát biết hát, đã gây tò mò cho các nhà thám hiểm và nhà khoa học suốt hàng thế kỷ. Nhưng tại sao những khu vực cát này lại tạo ra âm thanh như vậy?

Trong cuộc hành trình của mình, nhà thám hiểm Marco Polo thế kỷ 13 đã gặp phải những khu vực cát biết hát mà ông tin là của những linh hồn ác quỷ sa mạc. Marco Polo ghi nhận rằng chúng 'đôi khi lấp đầy không khí bằng âm thanh của tất cả các loại nhạc cụ, cũng như tiếng trống và tiếng va chạm của các loại nhạc cụ với cánh tay'.

Cũng có những báo cáo về việc nghe thấy nhiều âm thanh kỳ lạ xảy ra ở ít nhất 35 khu vực sa mạc từ California và châu Phi đến Trung Quốc và Qatar, bao gồm tiếng vo ve sâu thẳm của ong hoặc những tiếng ầm ầm khó hiểu.

Một điều chắc chắn, những tiếng ồn bí ẩn này không chỉ gây bối rối cho các nhà thám hiểm sa mạc mà còn làm cho các nhà khoa học đau đầu trong nhiều năm. Ví dụ, Charles Darwin không thể giải thích nguồn gốc của âm thanh khi nghe nó ở sa mạc Chile. Nhưng đến nay, chúng ta đã gần hơn nhiều trong việc giải đáp bí ẩn này.

Lý thuyết đang được cộng đồng khoa học đồng thuận nhiều nhất là: Khi các hạt cát khô, mịn trượt xuống các dốc gió (phía hạng gió) của cồn cát, chúng va chạm và rung động, tạo ra sóng âm. Lý thuyết này phù hợp với các quan sát cho thấy cồn cát hát thường có hình bán nguyệt (barchans) với độ dốc cao hơn tạo điều kiện thuận lợi cho cát lở.

Trong một thí nghiệm năm 2005 được tiến hành tại sa mạc Sahara, giáo sư Bruno Andreotti từ Đại học Paris Diderot đã chỉ ra rằng hình dạng và kích thước cụ thể của cồn cát có thể hoạt động như một bộ khuếch đại tự nhiên, biến đổi các rung động thành những âm thanh bùng nổ hoặc âm trầm mà chúng ta có thể nghe thấy.

Andreotti đã sử dụng các phép đo rung động của cát và không khí để phát hiện các sóng bề mặt di chuyển với vận tốc khoảng 130 feet mỗi giây (40 mét mỗi giây) được tạo ra bởi các trận cát lở trên cồn cát. Những sóng này xuất phát từ sự va chạm của các hạt xảy ra khoảng 100 lần mỗi giây, tạo ra nhịp điệu đồng bộ.

Âm thanh thu được có tần số từ 95 đến 105 Hertz, giống với âm thanh của trống hoặc máy bay cánh quạt bay thấp. Quá trình này dự đoán chính xác âm lượng tối đa của hiện tượng ở mức 105 decibel, khiến các hạt cát rung chuyển khỏi bề mặt cồn cát, có thể so sánh với độ ồn của máy thổi tuyết hoặc mức âm lượng tối đa cho các thiết bị nghe cá nhân, kể cả radio cực lớn, dàn âm thanh nổi và tivi hoặc những địa điểm giải trí ồn ào như hộp đêm và quán bar.

Tuy nhiên, điều bí ẩn hơn cả là không phải tất cả các cồn cát đều có thể 'hát', ngay cả trong những điều kiện dường như hoàn hảo về tốc độ, hướng gió và thành phần cát. Có thể có các yếu tố bổ sung đang diễn ra hoặc sự kết hợp cụ thể của các yếu tố cần thiết để hiện tượng này xảy ra. Một số nhà nghiên cứu đề xuất rằng một lớp cát khô, đặc hơn ẩn bên dưới lớp bề mặt lỏng lẻo có thể đóng vai trò khuếch đại hoặc định hình sóng âm.

Nhưng làm sao cồn cát hát có thể tạo ra nhiều nốt nhạc cùng một lúc? Để tìm hiểu, một nhóm nghiên cứu do Simon Dagois-Bohy dẫn đầu đã tiến hành một nghiên cứu so sánh ở hai địa điểm khác nhau: một ở phía tây nam Maroc trong sa mạc Sahara và một ở gần Al-Askharah, một thị trấn ven biển ở phía đông nam Oman.

Ở Maroc, các cồn cát liên tục phát ra một nốt ở tần số 105 Hertz, giống như một nốt G hai quãng tám dưới giữa C, trong khi ở Oman, các cồn cát tạo ra phổ tần số rộng hơn từ 90 đến 150 Hertz, trải dài khoảng chín nốt từ F-sharp đến D. Đáng chú ý, hạt cát ở Maroc có kích thước tương đối đồng đều, trong khi ở Oman có sự khác biệt đáng kể.

Để nghiên cứu sâu hơn, một nhóm nghiên cứu đã phân loại các hạt cát theo kích thước và phân tích âm thanh chúng tạo ra khi di chuyển trong không khí trong một môi trường phòng thí nghiệm. Họ kết luận rằng âm thanh phát ra từ cát bị ảnh hưởng bởi cả kích thước của hạt cát và vận tốc chúng di chuyển trong không khí.

Bất chấp sự hiểu biết sâu sắc này, cơ chế mà qua đó chuyển động không đều của các hạt cát tạo ra các nốt nhạc mạch lạc vẫn chưa được hiểu biết rõ ràng. Các nhà nghiên cứu suy đoán rằng sự rung động của các hạt cát thẳng hàng, cộng hưởng ở một tần số chung, khiến khối lượng hạt dao động đồng đều. Sự rung động tập thể này tạo ra hàng nghìn chuyển động nhỏ hội tụ để nén không khí xung quanh, tương tự như hoạt động của màng loa.

'Nhưng tại sao chúng lại đồng bộ hóa với nhau?' Dagois-Bohy nói trong một tuyên bố, 'việc đó vẫn chưa được khám phá và giải thích'.

Tham khảo: Earthlymission; Smithsonianmag