קולות של שלג כתופעה טבעית: אקוסטיקה של קריסטלי קרח

הצליל הנפוץ שמלווה את צעדי הרגל בשלג בזמן קור שלג, זה לא רק אקוסטיקה רקעית, אלא תופעה פיזית מורכבת, הקשורה להרס המטריצה הקרחית וליצירת גלי צליל בקשת תדרים רחבה. קולות של שלג הם מטרומטר אקוסטי ומדד של התכונות המבניות שלו.

1. הבסיס הפיזיקו-מכני של יצירת הצליל

הקול נוצר ברגע של דחיקה והרס של שכבת השלג תחת מטען (צעד רגל, להב, גלגל). זה תהליך רב-שכבתי:

עיצוב פלסטי ושבירה. שכבת השלג היא סביבה פורוסה, המורכבת מקריסטלי קרח (כתפירות) וגרגרים, המחוברים על ידי גשרי שלג (קשרי התחממות). בטמפרטורה קרובה ל0°C, הקשרים הללו יחסית גמישים, והקריסטלים יכולים להתמתח ולגלוש זה על זה כמעט בלי צליל. אך עם ירידה בטמפרטורה, הקרח הופך לשביר והקשרים בין הקריסטלים נעשים קשים.

מנגנון «התפוצצות מיקרו».

תחת לחץ של הרגל, הקצוות החדים של הקריסטלים מרכזים משקל בנקודות המגע.

מתרחש הרס מיידי ושבירה של קצוות אלה ושל גשרי השלג.

האנרגיה הפנימית המשתחררת גורמת לרעידות מיקרו של פיסות שהתנתקו ושל הרשת הקרחית. אותן רעידות מיקרו הן המקור הראשוני לצליל. מחקרים אקוסטיים הראו שצעד אחד גורם להרס של מאות אלפי מיקרוקשרים כאלה.

תפקיד הטמפרטורה. הטמפרטורה היא גורם מפתח שמכריע את תכונת הצליל. זה קשור לתכונה בסיסית של הקרח: עם ירידה בטמפרטורה, החוזקות שלו ומודול יונג (מדד חוזקות) עולים. קרח קשיח ושביר יותר, שנהרס, יגרם לתנודות צליליות בעוצמה גדולה יותר ובתדירות גבוהה יותר.

2. תלות הצליל בטמפרטורה: סקאלה אקוסטית

התצפיות והניסויים (שנערכו, בין השאר, בתקופת ברית המועצות במכון לפיזיקה של הארץ) הניבו תלות אמפירית:

מ0°C עד -6°C: הקול נעלם כמעט. משמעותיים קולות חרישה גועשים או רעש, הקשורים לעיצוב פלסטי ושפירות של קריסטלים לחים.

מ-6°C עד -15°C: קול נמוך-תדירות נוצר ומחזק. הקול יחסית רך, «גועש». ההרס קורה בעיקר לאורך גבולות של גרגרים גדולים יותר.

מתחת ל-15°C: הקול הוא גבוה-תדירות, צלילי וחד. בטמפרטורות סביב -30°C ומטה, הוא דומה לקול נפץ פוליסטירן או צליל צליל. זה קשור לכך שהרס כבר לא רק של קשרים בין גרגרים, אלא גם של קריסטלי הקרח, שבקור קיצוני הם מתנהגים כזכוכית.

לכן, צופה מיומן יכול להעריך בערך את טמפרטורת האוויר על פי טונות קולות של השלג.

3. השפעה של מורפולוגיה של השלג וההיסטוריה שלו

תכונת הקול תלויה לא רק בטמפרטורה, אלא גם במבנה השלג, שנקבע על ידי ההיסטוריה של נטיעתו והמטמורפוזה שלו:

שלג חדש, פוחלחן: מורכב מקריסטלים כוכביים מורכבים עם מספר קשתות. בדחיקה, הם שוברים במספר נקודות, יוצרים צליל «רך» וצולע.

שלג ישן, פירס: חווה תהליכים של נמסה-התקפוררות רבים, מורכב מגרגרים גדולים ועגולים. בצעד, הגרגרים יותר פחות נפצצים ומתחברים זה לזה, יוצרים צליל נמוך-תדירות או חרישה.

ציפה (שכבת שלג): נוצרת על ידי התמוססות והתקפוררות של המשטח. בשבירת הציפה, נשמעת דקות ראשונית, ואז צליל צליל של שכבות קרות יותר נמוך.

4. מחקרים מדעיים ומדידות כלי

קולות של שלג הם עצם למחקר בסנוגרפיה (סנוגרפיה) ואקוסטיקה פיזית. המחקרים כוללים:

הקלטת קול בתנאים מבוקרים בעזרת מיקרופונים רגישים וסנסורים פיזיולוגיים, המגעים עם השלג.

אנליזה של הספקטרום (התפלגות האנרגיה לתדירויות). התברר שקולות של שלג הם אות רעש רחב-קשת, שיש בו עליונות אנרגיה בתדירויות מסוימות (בדרך כלל בטווח 500–2000 ג'ץ), שנעים לכיוון תדירויות גבוהות עם ירידה בטמפרטורה.

הקלטה סינכרונית של הקול והדחיקה של השלג לשילוב של פיצוצים אקוסטיים עם אקטים של הרס.

עובדות מעניינות ודוגמאות:

התצפיות הארקטיות והאנטארקטיות: מדעני הקוטבים מציינים שבתנאי קור קיצוני (מתחת ל-50°C) קולות של שלג הופכים לרצוקים ולגדולים עד לנקודה שהם נשמעים במרחק של מאות מטרים בתנאים של ללא רוח. קול זה נחשב כאחד מסימני «שקט המזג האווירי» — תקופה של קור קשה.

שלג ומלחמה: במהלך מלחמת החורף (1939–1940) ומלחמת העולם השנייה, קול הקולות הגדולים של שלג בקור חזק מצא ייעוד טקטי: הוא הגלה מודיעים ותנועות חי"ל. חיילים למדו ללכת בצעד חלק ומתון, כדי למזער את הצליל.

שלג מרכזי: על פני מאדים קיים שלג מפחמן דו-חמצני (שלג יבש). התכונות הפיזיות שלו שונות. בתיאוריה, כששלג מרכזי נהרס, צליל צריך להתרחש, אך בגלל האטמוספירה המאוד דלילה (לחץ כ-1% מהלחץ של כדור הארץ) הוא יהיה מאוד חלש ויש לו תכונות ספקטרליות שונות. מיקרופונים של הרובוטים המרכזיים לא דיווחו על תופעות כאלה.

5. מדד תרבותי ופסיכולוגי

קולות של שלג הם לא רק תהליך פיזי, אלא סימן חושי חזק, שמע
© elib.co.il

Permanent link to this publication: