Природные источники инфразвука
Инфразвук — это акустические колебания с частотой ниже нижнего порога слышимости человеческого уха, то есть менее 16–20 Гц. Несмотря на то, что эти волны не воспринимаются слухом человека, они играют важнейшую роль в природных и геофизических процессах. В природе инфразвуковые волны генерируются множеством различных явлений, каждый из которых обладает своими спектральными и энергетическими характеристиками.
Грозы и молнии Молнии, особенно разрядные цепи, сопровождаются мощными взрывоподобными процессами, которые, помимо слышимого грома, производят низкочастотные волны в инфразвуковом диапазоне. При этом основная энергия приходится на частоты 0.1–5 Гц. Инфразвук от молний может распространяться на тысячи километров, подвергаясь рефракции и отражениям в атмосфере.
Ураганы, шторма и торнадо Сильные вихревые образования, сопровождающиеся турбулентными потоками воздуха и резкими перепадами давления, являются мощными источниками инфразвука. Особенно активной инфразвуковой эмиссией обладают торнадо — вертикально-ориентированные вихри, в которых инфразвук возникает вследствие коллапса и расширения областей сжатия. Спектр инфразвука при этом охватывает диапазон от десятых долей герца до 10–15 Гц.
Взрывы и атмосферные взрывные процессы Метеорные взрывы в атмосфере, вход крупных метеороидов, а также извержения вулканов приводят к образованию ударных волн, способных трансформироваться в инфразвуковые колебания. Пример — знаменитый Тунгусский метеорит (1908), чьи инфразвуковые следы были зафиксированы барографами на огромных расстояниях.
Извержения вулканов Магматические взрывы, выбросы газов и лавы, а также последующее колебание кратера и его стенок образуют низкочастотные волны с частотой от долей герца до 10 Гц. Инфразвук от вулканов способен использоваться для дистанционного мониторинга их активности, так как не ослабевает на больших расстояниях и позволяет предсказывать начало или эволюцию извержения.
Землетрясения и тектонические движения Хотя землетрясения в первую очередь связаны с сейсмическими волнами, сопровождающими смещения в земной коре, они также генерируют инфразвуковые колебания в атмосфере. При этом возникает слабый, но фиксируемый атмосферный инфразвук, вызванный быстрым изменением давления у поверхности Земли. Особенно отчетливо он проявляется в случае подводных землетрясений и последующих цунами.
Лавины и обвалы Гравитационные перемещения больших масс снега, льда или камней порождают инфразвуковые волны, распространяющиеся в воздухе. Их частота зависит от объёма и скорости падения масс. Лавины на больших склонах генерируют импульсные сигналы в диапазоне 1–20 Гц, используемые в современных системах мониторинга и предупреждения.
Приливно-отливные процессы и волновая активность Движения больших масс воды, особенно при сильных приливных волнах и штормовой активности, приводят к возбуждению инфразвуковых волн как в атмосфере, так и в гидросфере. Турбулентные вихри в области взаимодействия воды с сушей, удары волн о берег, а также волновая интерференция вызывают излучение в широком инфразвуковом диапазоне.
Цунами и подводные обвалы Цунами, как результат подводных землетрясений, вулканических извержений или оползней, порождают инфразвуковые волны не только в воде, но и в атмосфере. Распространяясь от эпицентра с огромной скоростью, инфразвук может быть зарегистрирован на расстояниях в тысячи километров, задолго до прихода самой волны на берег.
Некоторые виды животных Крупные животные, такие как слоны и киты, используют инфразвук для общения на больших расстояниях. Частоты в их “языке” колеблются от 5 до 20 Гц. В частности, слоны способны обнаруживать инфразвуковые сигналы, отражающиеся от погодных фронтов или землетрясений. Горбатые киты создают мощные инфразвуковые “песни”, распространяющиеся в толще воды на сотни километров.
Стадные и массовые движения животных Движение больших популяций копытных, птиц или насекомых также может вызывать колебания в инфразвуковом диапазоне, особенно если сопровождается механическими ударами о почву или взаимодействием с окружающей средой.
Трещинообразование и движение ледников Разломы и подвижки в ледниках, сопровождаемые сдвигами массы льда, генерируют импульсные инфразвуковые волны. В Антарктиде и Гренландии такие процессы регистрируются постоянно, особенно в периоды активного таяния или тектонической нестабильности ледового покрова. Эти сигналы представляют интерес для изучения климатических изменений.
Калвинг (отделение айсбергов) Откалывание крупных фрагментов ледника с последующим их падением в воду или на твёрдую поверхность создает резкий, низкочастотный импульс. Частоты сигналов обычно лежат в диапазоне от 0.01 до 5 Гц и могут быть зарегистрированы даже в сотнях километров от источника.
Наблюдение за инфразвуковыми волнами, порождаемыми природными источниками, составляет важную часть современной геофизики и атмосферной физики. Инфразвук обладает способностью распространяться на огромные расстояния с малыми потерями энергии, что делает его ценным средством для дистанционного зондирования земной поверхности, атмосферы и океанов. Постоянные инфразвуковые станции по всему миру фиксируют и классифицируют сигналы, получая данные об ураганах, вулканах, цунами, метеорных входах, землетрясениях и иных катаклизмах. Таким образом, инфразвук является уникальным индикатором динамики природной среды.