Как образуются, движутся и «поют» песчаные дюны
Песок – совсем не то, чем кажется. У него нет определенного химического состава, и песком называют мелкозернистую породу самого разного происхождения. Большая часть его образуется из кварца – диоксида кремния, чрезвычайно широко распространенного в литосфере нашей планеты. Однако бывает песок, состоящий из частиц гипса (сульфата кальция), из останков раковин и скелетов кораллов (карбоната кальция), черный песок вулканической пемзы, зеленый – оливиновый и т.п. На пляжах Нормандии, которые после высадки англо-американского десанта в 1944 г. оказались завалены гильзами и прочим металлом, встречается железный «военный песок».
Главное в песке – не состав, а величина твердых частиц.
Их размеры составляют от 0,6 до 2 мм, позволяя умеренному ветру переносить их, но не так легко, как частицы сажи, намного более мелкие и подолгу остающиеся в воздухе. Поднятые песчинки бомбардируют поверхности горных пород, вызывая их выветривание, а кое-где накапливаются многометровым слоем. Схожие явления происходят на дне проточных водоемов. Если оно покрыто песком, то течение воды обязательно создаст на поверхности бугристый рисунок. Но у нас на суше такие процессы называются эоловыми, от имени древнегреческого бога ветра, и ярче всего они проявляются в пустынях.
Незащищенная растительностью поверхность земли с трудом переживает сильные контрасты температуры. Твердые породы трескаются, а ветер усугубляет их разрушение. Он быстро уносит самые мелкие пылевые частицы, а оставшиеся складывает в холмистые дюны. Их рост вызван вполне понятными причинами: если песчинка падает на твердую ровную поверхность, она легко сносится даже легким дуновением. А вот с рыхлой поверхности, где частицы лучше сцепляются друг с другом, перенос происходит медленнее, и песок аккумулируется. Дюны приобретают разную форму, самые распространенные серповидные называются барханами.
Самые большие дюны тянутся на многие десятки километров, их легко видно космонавтам с орбиты МКС. В некоторых случаях их высота достигает сотен метров – в пустынях Сахара и Намиб известны песчаные холмы около 400 м от основания. Крупнейшая в России дюна Сарыкум находится в Дагестане и насчитывает 262 м, а дюна Эфа на Куршской косе – 65 м. Но даже такие горы – вещь непостоянная. Дюны порождает ветер, и он же их непрерывно подтачивает, унося частицы дальше в полет.
Скорость движения дюн обратно пропорциональна их размерам, но даже самые большие постоянно движутся, обычно за год преодолевая несколько метров. Наползая на препятствие могут разрушаться – и разрушать сами. В 1870-х такая дюна похоронила городок Сингапур в американском штате Мичиган. Как дюны взаимодействуют, сближаясь друг с другом, остается в точности неизвестным. Согласно некоторым моделям, они могут сливаться, образуя общую более крупную дюну. Согласно другим, они лишь обмениваются песчинками, благодаря чему постепенно приобретают одинаковый размер, а скорости движения выравниваются.
На второй вариант указывают проведенные не так давно лабораторные эксперименты. Создав в герметичной емкости пару миниатюрных дюн, ученые проследили, как потоки воздуха, срываясь с задней дюны и ударяясь в переднюю, образуют закрученный вихрь, который постепенно выравнивает их размеры и скорости. При определенных условиях (в зависимости от размера и состава песчинок, скорости ветра и влажности воздуха) этот процесс сопровождается возникновением звука, обычно на частоте около 450 Гц (примерно нота «ля»). Феномен «поющих дюн» связан с синхронизацией колебаний частиц, хотя в точности он до сих пор не объяснен.
Дюны существуют и на других небесных телах, включая Марс с его разреженной атмосферой. А дюны на спутнике Сатурна Титане могут достигать высоты в 100 м и складываться частицами замороженных углеводородов. Они обнаруживаются даже на ледяном Плутоне и состоят из метана, – хотя прежде ученые считали, что его атмосфера слишком слаба для того, чтобы переносить такой «песок».