【敦煌美文】会“唱歌”的沙子

会“唱歌”的沙子

敦煌鸣沙山（图片均为资料图）

　　□   屈建军

　　人类生活的地球上有着众多而又十分奇特的自然景象，在荒漠地区里发生的“鸣沙现象”便是其中之一。“鸣沙现象”不仅分布范围广，而且不同地方发出的沙子声音也是各种各样的。有的“低吟”，有的“浅唱”，作为一种独特的自然现象，人们将其比喻为自然妙音——会“唱歌”的沙子，这些沙子到底有什么奥秘呢？

　　鸣沙又称为响沙、哨沙或音乐沙，常分布于沙漠和海滩中，而以沙漠中最为罕见，被认为是一种神奇的自然现象。我国有四大举世闻名的鸣沙，即甘肃省的敦煌鸣沙山，宁夏回族自治区的沙坡头和内蒙古自治区的响沙湾、新疆维吾尔自治区的伊吾鸣沙山。

　　在全世界许多地方都有“鸣沙现象”的记载和报道。我国是记载鸣沙最早的国家，东汉《三秦记》中对敦煌鸣沙已有记述：“人欲登峰，必步下入穴（指沙井，即今月牙泉），即有鼓角之声，振动人足”。

　　“鸣沙现象”不仅分布范围广，而且不同地方发出的沙子声音也是各种各样的。只要人们在沙漠上行走，或用脚踏踩、滑行，或以物碰打等外界的撞击，都会发出一种声音，有的像“犬叫”，有的像“隆隆飞机声叫”，有的像“打雷声”，好像音乐一样悦耳的声响。作为一种独特的自然景观，人们将其比喻为会“唱歌”的沙子。

　　中国科学院西北生态环境资源研究院敦煌戈壁荒漠研究站最新研究成果表明，我国海岸也有会“发声”的沙子，这是继在甘肃省敦煌市鸣沙山成功发现鸣沙群后的又一新发现。

　　鸣沙这一自然现象，曾引起国内外学者的极大兴趣，并对其发声机制提出种种推测，国内外学者也做了大量的研究工作。有不少科学家经过研究和试验，提出了各种各样的看法。有的认为，沙粒滑动时，沙粒之间的空隙时大时小，空气一会儿进入空隙，一会儿又被挤出，因而产生震动并发出声音；有的认为，沙漠表面的沙子细而干燥，并含有大量的石英，被烈日晒热后，沙粒相互摩擦就会发出声音；也有的认为，鸣沙发声来源于沙粒表面沉积的二氧化硅凝胶。

　　古往今来，鸣沙发声机制是风沙物理学中悬而未决的重要问题。科学时代，人们对“鸣沙现象”展开了新的探索，更多的秘密被发现。

　　近年来，中国科学院西北生态环境资源研究院敦煌戈壁荒漠研究站的研究人员一直不断探寻，通过在海南岛沿岸进行长期的科学考察，在神州半岛、清水湾等地发现海岸鸣沙，并对新发现的海岸鸣沙和已发现的内陆沙漠鸣沙进行了对比和研究。最终，研究人员采用分析和声学测试方法，进一步系统分析石英颗粒表面结构对鸣沙声发射的作用，刷新人们对于“鸣沙现象”的认知。

　　通过分析我国海岸鸣沙与内陆沙漠鸣沙在矿物组成、粒径分布、表面结构及声学信号等方面的异同。研究人员发现，海岸鸣沙矿物组成中石英含量明显高于沙漠鸣沙，而长石含量明显低于沙漠鸣沙；海岸鸣沙粒径粗于沙漠鸣沙，中沙和粗沙组分含量明显增多。同时，海岸鸣沙表面具有典型的水下机械刻蚀作用而成的“V”形撞击坑和化学溶蚀作用而成的深邃溶蚀坑，这种发育良好的表面多孔状物理结构正是控制鸣沙发声机理的重要因素。

　　实验表明，鸣沙发声机制与沙粒表面化学组成无关，而与其表面多孔坑状的物理结构有关。自然沙粒表面由风蚀、水蚀、化学溶蚀及化学沉淀等多种因素所形成的多孔坑状结构所构成的共鸣腔，才是鸣沙发声的内因所在。

　　在外力作用下，无数表面光滑多孔的球状颗粒，在运动过程中因互相摩擦碰撞产生极微弱的振动声响，经大量的表面空腔共振放大，从而使人耳接收到运动沙粒的发声频谱。

　　研究人员还发现，如果在自然界中，水分或更细的粉尘黏粒等杂质侵入沙粒表面的孔洞时，由其所产生的阻尼作用，可导致鸣沙共鸣机制丧失而变为哑沙，这是自然界中沙漠石英颗粒表面凝胶及多孔坑状结构的普遍存在。因而，不是所有的沙子都可以发声。

　　鸣沙之所以能鸣响，除了与其表面的特殊结构直接有关外，还需要一定的外部条件。如沙丘坡度、沙粒均匀度、水分含量、堆积体的空隙率等因素都会影响鸣沙的发声。沙丘坡度很小，沙子就不能在外力作用下产生滑动撞击发声；沙粒大小不均匀，特别是粉尘和含水量大堵塞沙粒表面孔洞，即使发声也不能产生共鸣放大等。但鸣沙颗粒表面的“蜂窝”状孔洞结构是其鸣响的最重要的内在因素。也就是说，若沙粒表面没有这种特殊的结构，在任何环境和外力作用下都不会鸣响。因此，清除石英沙粒表面各种细小杂质对多孔结构的污染和恢复鸣沙发声的环境条件，是恢复哑沙发声的有效途径。

　　（作者系中国科学院西北生态环境资源研究院敦煌戈壁荒漠研究站研究员）
来源：敦煌市文体广电和旅游局