الصوت العالي للثلج كظاهرة طبيعية: صوت بلورات الثلج

الصوت المميز المصاحب للسير على طبقة الثلج في الأيام الباردة ليس مجرد صوت خلفي، بل ظاهرة فيزيائية معقدة مرتبطة بتفكك هيكل الثلج وإنشاء موجات صوتية في نطاق واسع من الترددات. صوت الثلج هو نوع من المقياس الأكوستيكي لخصائص بنية الثلج.

1. الأسس الفيزيائية والهندسية لظهور الصوت

يحدث الصوت في لحظة تشوه وتفكك طبقة الثلج تحت التحميل (قدم القدم، ركبة، غطاء)، وهو عملية متعددة الخطوات:

التشوه البلاستيكي والتفكك الهش. يمثل طبقة الثلج بيئة مسامية تتكون من بلورات الثلج (قطع الثلج) وجرات متصلة بسدود الثلج (روابط التصاق). عند درجة حرارة قريبة من 0 درجة مئوية، تكون هذه الروابط نسبياً مرنة، يمكن للكريستالات التشوه والتمدد بسهولة وتمرير بعضها البعض بدون صوت. ومع انخفاض درجة الحرارة يصبح الثلج هشاً والروابط بين الكريستالات صلبة.

ميكانيكية الانفجارات الدقيقة.

تتجمع قمم الكريستالات الحادة تحت ضغط القدم في نقاط التلامس.

يحدث تفكك هش للقمم والسدود الثلجية هذه بشكل فوري.

تسبب الطاقة الإصلاحية المطلقة في اضطرابات دقيقة في الفصوص المنفصلة والمشابك الثلجية بأكملها. هذه الاضطرابات الدقيقة هي المصدر الأولي للصوت. بينما أظهرت الأبحاث الأكoustic أن خطوة واحدة تسبب تفكك مئات الآلاف من هذه الاتصالات الميكروية.

دور درجة الحرارة. درجة الحرارة هي العامل الأساسي الذي يحدد طبيعة الصوت. هذا مرتبط بالصفة الأساسية للثلج: مع انخفاض درجة الحرارة، تزداد هشاشة الثلج ومقياس يونغ (قياس صلابة). يسبب الثلج الصلب والهش عند التفكك ترددات صوتية ذات شدة أعلى وتردد أعلى.

2. تعتمد الصوت على درجة الحرارة: السلم الأكوستي

سمحت المراقبة والتجارب (منها، على سبيل المثال، في وقت الاتحاد السوفيتي في معهد الفيزياء الأرضية) بتقديم علاقة تجريبية:

من 0 درجة مئوية إلى -6 درجة مئوية: لا يوجد صوت عالي تقريباً. يوجد غالباً صوت صامت أو صوت صوتي مرتبط بتشوه البلاستيكي والتمزق بين الكريستالات المبللة.

من -6 درجة مئوية إلى -15 درجة مئوية: يظهر ويزداد الصوت منخفض التردد. الصوت ناعم نسبياً «صامت». يحدث التفكك بشكل رئيسي على حدود الجرامات الثلجية الأكبر.

تحت -15 درجة مئوية: يصبح الصوت عالي التردد، صافي، حاد. عند درجات الحرارة القريبة من -30 درجة مئوية وما دونها، يبدو كصوت تفكك البوليسترول أو الصوت المرتفع. هذا يعني أن تفكك الروابط بين الجرامات الثلجية فقط، وليس الكريستالات الثلجية نفسها، التي تتصرف مثل الزجاج عند البرودة القصوى.

بالتالي، يمكن للملاحظة المتمرس تقدير درجة حرارة الهواء تقريباً بناءً على نغمة صوت الثلج.

3. تأثير شكل الثلج وتاريخه

يعتمد صوت الثلج ليس فقط على درجة الحرارة، بل أيضًا على بنية الثلج، التي تحدد تاريخ إيداعه وتحوله:

الثلج الجديد، الجاف، «الناعم»: يتكون من كريستالات معقدة مثلثية تحتوي على العديد من الشعاعيات. عند الضغط، تنكسر هذه الكريستالات في عدة نقاط، مما يخلق صوتًا «ناعمًا» وغير مرتفع حتى في البرودة.

الثلج القديم، المتمدد: تعرض للعديد من عمليات التذوب والتجمد، يتكون من جرامات ثلجية كبيرة ومكعبة. عند المشي، تنقل الجرامات الثلجية بشكل رئيسي وتتداخل مع بعضها البعض، مما يخلق صوتًا منخفض التردد أو صوتًا صوتيًا أو صوتًا صوتيًا.

النست (الغطاء الثلجي): يتكون من التذوب والتجمد مرة أخرى للسطح. عند تفكك النست، يسمع أولاً صوت ضرب صامت، ثم صوت صوتي للطبقات الباردة الموجودة تحت.

4. الأبحاث العلمية والقياسات الأدواتية

صوت الثلج هو موضوع دراسة لعلم الثلج (علم الثلج) وفيزياء الصوت. تشمل الأبحاث:

تسجيل الصوت في ظروف محكومة باستخدام ميكروفونات عالية الحساسية ومستشعرات بيزو، تتلامس مع الثلج.

تحليل السلم (توزيع الطاقة حسب الترددات). أظهرت الأبحاث أن صوت الثلج هو إشارة صوتية واسعة النطاق تحتوي على ذروات طاقة في نطاقات ترددية معينة (عادة في نطاق 500-2000 هرتز)، وتتحرك نحو الترددات العالية مع انخفاض درجة الحرارة.

التسجيل المتزامن للصوت وتشوه الثلج للتواصل بين التقلبات الأكoustic والأحداث التفككية.

حقائق مثيرة و أمثلة:

مراقبة القطب الشمالي والقطب الجنوبي: يلاحظ الباحثون أن في ظروف البرودة القصوى (تحت -50 درجة مئوية) يصبح صوت الثلج حادًا ومؤلمًا إلى درجة أن يسمع في عدة مئات من الأمتار في ظروف بدون رياح. يعتبر هذا الصوت واحداً من علامات «الهدوء الجوي» — فترة البرودة القصوى.

الثلج والحرب: خلال حرب الشتاء (1939-1940) والحرب العالمية الثانية، كان صوت الثلج الصاخب في البرودة القصوى مشكلة تكتيكية: كان يكشف عن وحدات الاستخبارات والمشي الصفوي. تعلم الجنود المشي بخطوة سلسة لضغط الصوت.

الثلج على المريخ: يوجد ثلج من ثاني أكسيد الكربون الصلب (الثلج الجاف) على المريخ. تتكون خصائصه الفيزيائية من نوع آخر. نظرياً، عند تفكك ثلج المريخ، يجب أن يحدث صوت، لكن بسبب الجو المتباين بشكل كبير (ضغط حوالي 1 في المئة من الضغط الأرضي) سيكون الصوت ضعيفًا جدًا ولديه خصائص طيفية مختلفة. لم يلتقط ميكروفونات المركبات المتنقلة أي ظواهر مشابهة حتى الآن.

5. القياس الثقافي والنفسي

صوت الثلج ليس عملية فيزيائية فقط، بل وسمار سنسوري قوي متجذر في الشيفرة الثقافية للشعوب التي تعيش في المناطق الثلجية. في الأدب (من الرواية الروسية الكلاسيكية إلى روايات الجريمة السكاندينافية) يظهر كرمز للبرد والوحدة والنقاء أو القلق. تأثيره النفسي الأكoustic مرتبط بأنه واحد من القلائل من الأصوات في الطبيعة التي يخلقها الإنسان بمتحركه، يدخل في اتصال مباشر مع الطبيعة، ويشهد بوضوح عن حالة الطقس الخاصة.

الخاتمة

صوت الثلج هو بطاقة زيارة أکوستيكية للطبيعة الشتوية، نتيجة تفكك جماعي للآلاف من بلورات الثلج. يقع دراسته على تقاطع الميكانيكا وعلوم المواد وفيزياء الصوت، يقدم للعلماء بيانات حول خصائص التدفق للثلج. للشخص العادي، هذا هو مؤشر بديهي للبرد وبنية طبقة الثلج، وأحد أصوات المناظر الطبيعية الشتوية الأكثر معرفة والملونة عاطفياً. يذكر هذا الظاهرة أن حتى مثل هذه الأشياء البسيطة واليومية مثل المشي على الثلج، تحتوي على فيزياء معقدة ومميزة للتفاعل بين المادة والطاقة والصوت.
© elib.asia

Permanent link to this publication: