במשך שנים רבות, ידעו נוסעים שעברו במדבריות לספר על חולות (דיונות) המפיקים קולות רמים, לעיתים בעלי איכות צליל גבוהה, הדומה לכלי מוסיקלי. במאה ה-12 סיפר מרקו פולו על "שירת החול" בסין, וצ'רלס דארווין תאר קולות ברורים שהגיעו ממרבצי חול בהרים בצ'ילה.
כעת, צוות של חוקרים [1] הפריך את האמונה הרווחת כי צלילים אלו נוצרים כאשר מתנודות של כל החולית כגוף אחד.
הם הוכיחו, באמצעות מחקרי שדה וניסויים מבוקרים במעבדה, כי הצלילים מקורם בתנועה מסונכרנת של גרגרי החול במפולות חול בגדלים מסוימים. מתברר כי מפולות חול קטנות אינן מפיקות צליל משמעותי, ומפולות גדולות מפיקות צלילים באורכי גל רבים, כלומר רעש.
אולם מפולות חול בגודל מסוים הנעות במהירות המתאימה מפיקות צליל בתדר מוגדר היטב. הסברים אחרים שנפסלו כוללים את ההשערה שערימות חול מתחככות זו על זו בדומה לתנועת קשת הכינור על המיתר, או השערה שישנם אזורים בדיונה אשר מעבר הרוח מעליהם מפיק צליל בדומה לנשיפה בסמוך לפיה של בקבוק. בקישור [3] ניתן לצפות בסרטונים בהם "מנגנים" החוקרים על החול במספר מדבריות, וניתן לשמוע את הצלילים המאפיינים כל סוג של חול.

בתמונה בקישור [2] ניתן לראות שרטוט וצילום של המכשיר המעבדתי שנבנה לצורך ניתוח תהליך הפקת הצליל. לוח מתכתי נע במעגלים בתוך החול על ידי זרוע, השומרת על מהירות קבועה ועל גובה קבוע של הלוח בתוך החול. בחלקו העליון של הלוח קבוע מיקרופון (החלק השחור בראש התמונה) אשר מקליט את צלילי החול. החוקרים בדקו באיזו מהירות ואיזה גובה "ערימה" מתחילים להופיע הצלילים הטהורים. מסתבר, כי תדירות הצליל של החול הינה מתכונתית (פרופורציונלית) ליחס בין מהירות החול לגובה הערימה. בנוסף, קיימת מהירות קריטית לכל סוג חול, אשר מתחתיה החול אינו מפיק צלילים. החוקרים טוענים כי עובדות אלו מתיישבות עם ההסבר כי תנועה מסודרת של משטחי החול אחד ביחס לשני והחיכוך שנוצר ביניהם הינה המקור לצליל.

העובדה המפתיעה העולה מהניתוח היא שגרגרי החול מסנכרנים אחד את השני שכבה אחרי שכבה בעומק הערימה, ללא כוחות חיצוניים - דוגמה של סדר המופיע באופן ספונטאני במפולת החול. היווצרות סוג כזה של סדר מחייב מגע מכני טוב בין הגרגרים: מציאותו של אבק או לחות מונעים את השמעת הצלילים. כן שימוש אינטנסיבי באותה כמות של חול לאורך זמן שוחק את שכבת הסיליקה שבחלקם החיצוני של הגרגרים, וניכרת ירידה באיכות הצלילים.

תעלומה ארוכת ימים זו חושפת לפנינו סוג חדש של מכשיר מוסיקלי - כזה שאינו מבוסס על תופעת התהודה, כגון רוב כלי המוסיקה, אלא על תנועה מסודרת של גרגרים רבים, שהינה דוגמה מעניינת של "התארגנות-עצמית" של חלקיקים במערכות מורכבות.

מאת: ערן גנוסר
המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה
מכון ויצמן למדע

בבליוגרפיה

[1] S. Douady, A. Manning, P. Hersen, H. Elbelrhiti, S. Protie`re, A. Daerr, and B. Kabbachi, Song of
the Dunes as a Self-Synchronized Instrument, Physical Review Letters 97, 018002 (2006).
[2] קישור לקובץ PDFעם התמונות לכתבה http://arxiv.org/vc/nlin/papers/0412/0412047v1.pdf
[3] קישור לסרטוני החולות http://www.lps.ens.fr/~douady/SongofDunesIndex.html
 

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.