Суперзвуки Земли

27 августа 1883 года Земля породила звук, громкость которого с тех пор не была превзойдена.

Звук родился на острове Кракатау, расположенном между Явой и Суматрой в Индонезии, в 10:02 утра по местному времени. Его слышали в 2080 км на Андаманских и Никобарских островах («были слышны удивительные звуки, будто пальба из пушек»); в 3200 км в Новой Гвинее и западной Австралии («серия громких звуков, напоминающих артиллерию в направлении на северо-запад»); и даже в 4800 км в Индийском океане на острове Родригес недалеко от Маврикия («идущий с востока звук, будто отдалённый рёв тяжёлых пушек»). В общей сложности его слышали люди в 50 различных географических точках, покрывающих 1/13 часть земного шара.

Задумайтесь о том, насколько это удивительно. Если в Нижнем Новгороде вам кто-нибудь скажет, что слышал звук из Москвы, вы посмотрите на него с подозрением. Но Нижний Новгород находится в 400 км от Москвы. А в описываемом случае всё было так, будто человек, находившийся в Чите, слышал звук, идущий из Москвы. Со скоростью передвижения 1233 км/ч, звуку на преодоление такого пути требуется около 4 часов. Это был самый далеко распространившийся звук в известной нам истории.

Откуда можно было услышать извержение

Так что же могло создать настолько громкий взрыв? На Кракатау произошло извержение вулкана, настолько мощное, что оно разорвало остров, и выпустило столб дыма, поднявшегося в атмосферу на 27 км, согласно наблюдавшего его геологу. Из этого можно вычислить, что дым рвался из вулкана со скоростью 2500 км/ч – то есть, порядка 800 м/с. Это в два раза больше скорости звука.

Взрыв породил смертельное цунами с волнами высотой в 30 м. Было смыто и полностью разрушено 165 прибрежных деревень и поселений. Колонисты из Нидерландов, заправлявшие в то время в Индонезии, оценили количество жертв в 36 417, но по некоторым оценкам, их могло быть порядка 120 000. [2, 3]

Британское судно «Замок Норем» во время извержения был в 40 милях от Кракатау. Капитан записал в журнале, «Настолько громкие были взрывы, что у половины из моей команды повредились барабанные перепонки. Последние мои мысли были о моей дорогой супруге. Я убеждён, что настал Судный день».

Литография извержения, 1888 год

Но звуки возникли не из-за конца света, а из-за флуктуаций давления воздуха. Барометр на газовом заводе в Батавии (ныне Джакарта), в 160 км от места взрыва, зафиксировал повышение давление на 6 мм рт.ст. Это порядка 172 дб звукового давления, очень громкий шум. При работе отбойным молотком вы подвергаетесь давлению в 100 дб. Болевой порог человека – порядка 130 дб, а если бы вы неудачно встали рядом с реактивным двигателем, вы бы подверглись давлению 150 дб. (Увеличение на 10 дб примерно оценивается человеком как двукратное увеличение громкости). При извержении Кракатау было зарегистрировано 172 дб на расстоянии в 160 км. Это настолько потрясающе громко, что практически находится на границе понятия «звука».

Когда вы напеваете песенку или произносите слова, вы заставляете молекулы воздуха колебаться вперёд и назад десятки или сотни раз в секунду, из-за чего давление воздуха в некоторых местах увеличивается, а в других уменьшается. Чем громче звук, тем интенсивнее колебания и тем больше флуктуации давления. Но существуют ограничения на громкость звука. В какой-то момент колебания становятся слишком велики, и нижняя планка давления опускается до нуля – до вакуума – и ниже уже не опустится. Это ограничение в атмосфере Земли достигается примерно при 194 дб. Ещё громче, и звук уже не будет распространяться по воздуху, он будет нести воздух с собой, создавая передвигающуюся область высокого давления, ударную волну.

Ближе к Кракатау звук превысил все ограничения, и создал такой мощный порыв воздуха высокого давления, что он порвал барабанные перепонки у моряков в 40 милях. Пройдя тысячи километров, дойдя до Австралии и Индийского океана, колебания звука уменьшились, и начали напоминать отдалённый выстрел. После 4800 км путешествия волна давления стала слишком тихой для человеческого уха, но продолжала распространяться и далее, несколько дней отражаясь по всему земному шару. Атмосфера звенела, как колокол, незаметно для нас, но заметно для наших приборов.

В 1883 году погодные станции в городах всего мира использовали барометры для отслеживания изменений в атмосферном давлении. Через 6 часов 47 минут после извержения Кракатау, всплеск давления был зарегистрирован в Калькутте. Через 8 часов импульс достиг Маврикия на западе и Мельбурна с Сиднеем на востоке. Через 12 часов импульс заметили в Санкт-Петербурге, а затем в Вене, Риме, Париже, Берлине и Мюнхене. Через 18 часов импульс дошёл до Нью-Йорка, Вашингтона и Торонто. Невероятно, но целых пять дней после взрыва погодные станции в 50 городах по всему миру регистрировали этот беспрецедентный всплеск давления, повторяющийся примерно каждые 34 часа. Примерно столько времени требуется звуку на путешествие вокруг всей планеты.

В общем, волна давления от Кракатау обошла земной шар 3-4 раза в каждом направлении. В городах было зарегистрировано до семи всплесков давления, поскольку они ощущали ударные волны, пришедшие к ним с обеих сторон. Приливные станции в Индии, Англии и Сан-Франциско отмечали повышение океанских волн одновременно с воздушным импульсом, и такой эффект был отмечен впервые. Это был звук, который уже нельзя было услышать, но он продолжал путешествовать вокруг света – этот феномен назвали «великой воздушной волной».

Недавно туристы сняли невероятное видео извержения вулкана в Папуа – Новой Гвинее. Если присмотреться, из него можно получить представление о волне давления, созданной вулканом.

Извержение вулкана порождает внезапный всплеск атмосферного давления. Видно, как он перемещается по воздуху, и конденсирует по пути водяной пар в облака. Снимавшие видео, к счастью, были достаточно далеко от извержения, и волне давления потребовалось некоторое время, чтобы достичь их. При ударе волны о лодку, примерно через 13 секунд после взрыва, слышно громкий звук, похожий на выстрел, вместе с порывом воздуха. Это значит, что лодка была примерно в 4,4 км от вулкана. Нечто подобное случилось и с Кракатау, только тогда «выстрел» услышали не в 4 км, а в 4800 км от вулкана, что демонстрирует непостижимую и огромную разрушительную силу природы.