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») [1]. 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.
Ссылки
1. Judd, J.W., et al. The Eruption of Krakatoa, and Subsequent Phenomena Trubner & Company, (1888).
2. Winchester, S. Krakatoa: The Day the World Exploded Penguin, London, United Kingdom (2004).
3. Simkin, T. & Fiske, R.S. Krakatau, 1883, the Volcanic Eruption and Its Effects Smithsonian Institution Scholarly Press, Washington, D.C. (1983).
Комментарии (52)
CyberAndrew
22.11.2016 21:21+5А что нужно сделать, чтобы не порвались перепонки? Открыть рот и нёбо? Заткнуть уши?
alexisneverlate
22.11.2016 21:31Тоже этот вопрос заинтересовал.
ruikarikun
22.11.2016 21:41+8Поймал себя за тем, что на всякий случай смотрю видео из статьи с открытым ртом.
Zulus-Imba
22.11.2016 21:42+3Артиллеристы перед выстрелом, затыкаю уши и открывают рот, чтобы выровнять давление. Но в случае с ударной волной не всё так просто, она в буквальном смысле бьёт по человеку, приводя даже к разрыву внутренних органов.
timshick
22.11.2016 23:48+19«С раскрытым ртом слушает свою жену Сысой Свиридович Сидоров, чтобы звуковое давление на перепонки снаружи и изнутри было одинаковым.» (с) Андрей Кнышев
grayich
22.11.2016 22:53+6Рот открывают только если нет возможности защитить уши, иначе нужно закрыть уши, зажмурить глаза и самому напрячься, чтобы создать мышечный каркас… это если ожидается сильная ударная волна.
Robotex
23.11.2016 17:21И выдохнуть весь воздух из легких. И вообще постараться избавиться от любых пустот в теле — максимально напряч живот.
Imp5
22.11.2016 22:30-3Вообще, «флюктуации» — это медицинский термин, но я уже не первый раз вижу его употребление на хабре.
SLY_G
22.11.2016 23:23Судя по gramota.ru, равнозначные написания.
http://gramota.ru/slovari/dic/?word=%D1%84%D0%BB%D1%8E%D0%BA%D1%82%D1%83%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F&all=xImp5
25.11.2016 18:54Если обратить внимание на частоту использования, то «флуктуация» в техническом контексте явно впереди: google:«флюктуация тока»
enjoyman
22.11.2016 22:58Я читал, что ударная волна после термоядерного взрыва (50 МТонн) на Новой Земле в 1961 тоже обошла вокруг Земли 4 раза. Интересно звук там был тише или его тоже слышали также далеко?
Teemon
22.11.2016 23:17+3Я вот тоже подумал, неужели звук от ядерной бомбы — тише?
MaxxONE
22.11.2016 23:30+4Если верить Википедии, то энерговыделение взрыва Кракатау было в 4 раза больше, чем у самой мощной испытанной термоядерной бомбы. Так что да, вероятно, тише.
Bedal
23.11.2016 09:26+5Это не так важно, важнее мощность, то есть насколько размазана энергия во времени. Так что Кузькина Мать рекорд из поста явно побила. Раз была ударная волна — был и звук. А у.в. была и действительно обогнула шарик не один раз.
Да и Санторин безусловно побил, просто фиксация результатов тогда была слабее.Mad__Max
30.11.2016 02:01А вот мощность совсем не факт что у термоядерной бомбы больше. Сама-то ядерная реакция происходит очень быстро, но вот потом эта энергия наружу выбирается довольно долго, т.к. материал бомбы и воздух вокруг нее сразу же превращаются в плазму, которая мешает дальнейшему распространению энергии.
В мощных термоядерных зарядах сама реакция занимает микросекунды, но вот энергия из образовавшегося плазменного шара потом выделяется десятки секунд. Почти как на Солнце когда термоядерные реакция происходят почти мгновенно, но потом проходят еще тысячи лет прежде чем выделившаяся в них энергия доберется до поверхности и будет излучена в космос.
Тут тоже самое только в миниатюре с поправкой на масштабы.
И основная часть энергии мощных водородных зарядов выделяется в виде излучения (в основном света и ИК), а не ударной волны. Особенно у воздушных взрывов как «Кузькина мать».
Тогда как «взрыв» вулкана это очень быстрое высвобождение накопившейся механической энергии большая часть которой уходит в воздушную ударную волну и сейсмические волны.
vconst
23.11.2016 19:53Ударная волна распространяется в воздухе и ее скорость выше скорости звука. А после этой матери — вокруг земного шара шла сейсмическая волна.
vsarakoff
22.11.2016 23:11А как насчёт громкости ядерного взрыва? Хотя, звуковая волна от царь бомбы только 3 раза обогнула земной шар по официальной информации.
SaddamHusein
22.11.2016 23:23+6А что могло произойти в зеркально удаленной точке планеты? По моим прикидкам это в Колумбии. Ведь как бы не ослабевала ударная волна она должна была схлопнуться почти в одновременно в одной точке. На идеальной сферической планете конечно.
IRI
23.11.2016 01:05+3Ну так то на идеально сферической, не говоря уж о потерях энергии и о том, что большая часть волны направлена в небо (где она рассеется) и в землю, откуда пойдут сложные переотражения и поглощения. Так что максимум, на что можно рассчитывать — небольшое локальное усиление где-нибудь в Атлантике.
SilverHorse
23.11.2016 19:25+4Ну, в том-то и дело, что планета далеко не идеально сферическая, и даже не только в этом — скорость звука сильно зависит от параметров среды, а атмосфера на Земле ОЧЕНЬ неоднородная. Но если бы планета была идеально сферической и звук в атмосфере распространялся как плоская волна в волноводе (образованном поверхностью и какой-то границей атмосферы) с минимальными потерями энергии, то в точке схождения на противоположной стороне теоретически была бы… тишина. Как ни странно. Потому что звук — это не поперечное колебание, это продольная волна расширения-сжатия, и если в какую-то точку придет со всех сторон волна одинаковой интенсивности, колебание в каждой точке ее фронта будет скомпенсировано колебанием с противоположной стороны. Но стоит заметить, что 1) речь идет именно о точке, то есть в данном контексте — об области пространства с линейными размерами много меньше длины волны, 2) хоть амплитуда будет стремиться к нулю, энергия колебания никуда не денется, с понятными последствиями. Соответственно и «тишина» эта настолько же реальна, насколько реально существование идеальной планеты. :)
А в реальности, если звук все еще будет слышимым, он будет воспринят, как звук, пришедший одновременно (с точностью до запаздывания) со всех сторон. То есть это будет доооооолгий переливчатый тихий гул с неопределенного направления.
Regis
23.11.2016 01:14Увеличение на 10 дб примерно оценивается человеком как двукратное увеличение громкости
А можете пояснить источник этого утверждения?
10дБ (1Б), без привязки конкретно к звуку — по определеию соответствует изменению величины в 10 раз.
Если говорить про звук, то увеличение громкости (интенсивности) звука на 10дБ соответстует увеличению интенсивности в 10 раз (по определению выше) и изменению звукового давления в 3,16 раз. Что опять же, не очень сходится фразой из статьи.
Источник: Википедия.IRI
23.11.2016 01:44Та же Википедия поясняет, что восприятие звука (его громкость) — нелинейно, близко к логарифмическому закону, что и даёт рост «громкости» в два раза на каждый порядок звукового давления. Глаз тоже нелинейно яркость воспринимает, кстати.
Regis
23.11.2016 02:57Так обе цифры, что я привел (10 и 3,16) относятся именно к логарифмической шкале (не линейной). Вот про «два раза» от звукового давления (или два раза от интенсивности) я не вижу.
Robotex
23.11.2016 17:32Грубо говоря: чтобы увеличить громкость динамика в два раза, нужно взять не два, а десять динамиков. А в четыре раза — соответственно, 100.
CyberKot
23.11.2016 09:23+1Если мы говорим о звуке — то каждые 6 дБ — увеличение уровня звукового давления вдвое.
Это легко проверить. Берём любой ГОСТ по шуму с минимальной теорией в начале (хоть старый ГОСТ 12.1.003-83, хоть новый ГОСТ Р ИСО 9612-2013) и смотрим формулу.
«Децибельный» уровень звукового давления считается как 20 логарифмов (десятичных) отношения измеренной линейной амплитуды (в Па) к опорному уровню (20 мкПа). В новом ГОСТ Р ИСО 9612-2013 считается как 10 логарифмов отношения квадратов (от этого ничего не меняется).
Т.е. измеренный уровень в 1 Па соответствует звуковому давлению 94 дБ.
2 Па — 100 дБ.
4 Па — 106 дБ.
Tim_23
23.11.2016 09:21Отличная статья. Еще раз даёт убедиться насколько мощные силы и огромные энергии заключены в окружающем мире. Помню случай, когда исландский вулкан привел к коллапсу воздушного сообщения в европе. Даже ядерный взрыв не может выдать столько энерги. Только с цифрами в статье какая-то путаница. Звук это избыточное давление, в виде колебаний. Если на приборах был зафиксирован рост давления на 6 мм, то это соответствует 799 Па, что будет равно 152 дБ(пиковое значение), а не 172. Это уровень был в 160 км от вулкана, а моряки были в 40 милях! При 172 дБ мне кажется они бы в живых не остались, хотя верно подметили важен и спектральный состав шум. Но цифра 152 дБ более реалистична.
Кстати, 174 дБ — это избыток в 0.1 атм или в 10000 Па(76 мм рт.стоба), а 194 равно 1 атм, каждые 20 дБ дают порядок в отношении уровней давлений.YDR
23.11.2016 09:32возможно, заранее стравливать энергию извержения, например, проделав маленькую дырочку ядерным взрывом, было бы безопаснее для всех. Недостаток ядерного взрыва в том, что продукты разнесет извержением. Ну и да, я.взрывы запрещены :-) С другой стороны, можно и химическим взрывом достаточно бабахнуть.
foboss
23.11.2016 12:32+2Скорее всего, смысл в этом есть:
Rikkitik
23.11.2016 14:42Только вот у взрывных извержений вулканов другой механизм, в отличие от землетрясений, не связанный с напряжением на разломах земной коры, которое снимает встряска при ядерных испытаниях.
Интересное физическое объяснение механизма «срабатывания» вулканов есть в этой работе. Если оно верно, то взрыв рядом с вулканом может спровоцировать немедленное полномасштабное взрывное извержение.
mehos
23.11.2016 16:00+5А где на графике (б) землятресение в Армении 1988г в 9 баллов?
black_semargl
27.11.2016 22:58магнитуда у него была 6,8-7,2
mehos
28.11.2016 00:48-1black_semargl
28.11.2016 00:58+2Это баллы по 12-балльной шкале МSK?64 (Медведева?Шпонхойера?Карника)
а магнитуда считается по Рихтеру, там предел для землетрясений около 9 баллов (больше — только при падении астероидов)
herr_kaizer
23.11.2016 18:03+1Почему именно 8.3?
hdfan2
24.11.2016 11:26+5Видимо, чтобы не вошли, например, землетрясения 28 июля 1976 года в Китае и 18 сентября 1985 года в Мексике (оба 8.2). «Если факты не соответствуют теории, тем хуже для фактов».
a5b
25.11.2016 08:59Рисунок 16 из "О некоторых корреляциях в сейсмодинамике в двух компонентах сейсмической активности Земли" — УФН, 2010, том 180, номер 3, страницы 303–312 — http://www.mathnet.ru/links/07fc679c02b0653802c3ddb51a2cd828/ufn897.pdf = http://www.mathnet.ru/php/archive.phtml?wshow=paper&jrnid=ufn&paperid=897&option_lang=rus = http://mi.mathnet.ru/ufn897 = http://mi.mathnet.ru/rus/ufn/v180/i3/p303
Рис. 16. (a) Ежегодная совокупная энергии подземных ядерных взрывов СССР и США, выраженная по шкале Гутенберга — Рихтера согласно (3), (7) в период 1957-1992 гг. [14]. (б) Сильнейшие
землетрясения с магнитудой m > 8,3 с 1900 г. по 2008 г. [15]. Во время проведения полномасштабной программы подземных испытаний в обеих странах (1966-1988 гг.) землетрясений с указанной магнитудой не наблюдается.Разбор: http://scinquisitor.livejournal.com/70395.html Научные анекдоты: ядерные взрывы спасают от землетрясений? — July 26th, 2015
третья догадка была связана со следующим наблюдением: почему порог силы землетрясений был выбран именно на уровне 8.3 балла по магнитуде? Почему не 8.4, не 8.5 или не 8? Произвольный выбор порога дает определенную свободу экспериментатору подогнать данные под некоторый результат. Если взять землетрясения с магнитудой хотя бы 8 баллов, картинка получается куда менее впечатляющая, без очевидных для невооруженного взгляда «провала» в период активных ядерных испытаний.
YDR
23.11.2016 09:29+1причем это — всего лишь маленький вулкан на маленькой планетке вблизи маленькой звезды, вся энергия планеты существенно ниже, например, энергии, выделяющейся в виде гравитационных волн при слиянии сверхмассивных черных дыр… :-)
miksoft
23.11.2016 09:43Барометр 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.
То, что барометр показал повышения давления — это ударная волна, а не шум, т.к. барометр очень сильно усредняет. Само по себе повышение давления на 6 мм рт.ст. — рядовое явление и большинством людей не ощущается.CyberKot
23.11.2016 10:26Ударная волна перемещается со скоростью выше скорости звука.
Там, скорее всего, было просто смещение массы воздуха. Если вообще было. Возможно просто совпадение.
У меня дома, например, упало за прошлые 24 часа на 4 мм. Без всяких взрывов. Дышал, тоже как обычно, умеренно.
engine9
23.11.2016 23:06+1А если посмотреть из космоса, атмосферу в месте взрыва сильно вверх вспучило?
stalinets
Думаю, в данном случае нужно говорить об инфразвуке. Обычный звук довольно быстро ослабевает с расстоянием, остаётся только низко- и сверхнизкочастотная составляющая. Все ведь знакомы с эффектом, когда находишься в нескольких километрах от концертной площадки, и до тебя долетает в основном бубнёж сабвуферов, немного слышны голоса, а высоких частот не слышно.
lightman
Вот единственное что по-моему, без сомнения, стоит зарегулировать в России, так это покупку и использование сабвуферов. Чтобы как в случае с огнестрельным оружием, каждый НЧ-динамик состоял на учёте и участковый приходил и проверял, что он используется только в помещении с соответствующей звукоизоляцией.
Чтобы сначала выдавать лицензию на саб 100+ герц, а после 5 лет владения без нарушений — разрешать и 20+ герц. Проводить специальное обучение по выбору подходящей в данной ситуации громкости.
Ибо накипело!
sim2q
распределение мощности по спектру на пати примерно такое:
5% — ВЧ
20% — СЧ
70% — НЧ
Solegor
Ещё 5% ушло на коричневую ноту?
sim2q
виноват, в трёх соснах заблудился:)
25% конечно