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O(运行)1883年8月27日,地球发出的噪音比它自那以来发出的任何噪音都大。

当地时间上午10:02,声音从印尼爪哇岛和苏门答腊岛之间的喀拉喀托岛传出。在1300英里外的安达曼岛和尼科巴岛上都能听到这一声音(“枪声不同寻常”);2000英里外的新几内亚和西澳大利亚(“一系列响亮的报道,类似于西北方向的炮声”);甚至在3000英里之外的印度洋岛屿罗德里格斯岛,毛里求斯附近*(“从东方传来,就像远处的重炮轰鸣。”1)总的来说,它被50多个不同地理位置的人们听到了,这些人分布在全球十三分之一的地区。

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想一想,这有多疯狂。如果你在波士顿,有人告诉你他们听到了来自纽约市的声音,你可能会给他们一个有趣的眼神。但波士顿离纽约只有200英里。我们在这里谈论的就像是在波士顿,清楚地听到来自爱尔兰都柏林的噪音。以音速行驶(766英里或每小时1233公里),大约需要4个小时的噪音才能达到这个距离。这是有记录以来听到的最遥远的声音。

那么,是什么可能创造出如此震撼地球的巨响呢?喀拉喀托火山刚刚爆发,爆发力之大撕裂岛屿据一位亲眼目睹的地质学家称,火山喷发出的一缕烟雾高达17英里1。您可以使用此观察结果计算一下火山喷出的物质以每小时1600英里或每秒近半英里的速度喷出。这是声速的两倍多。

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这次爆炸造成了一场致命的海啸,波高超过100英尺(30米)。一百六十五个沿海村庄和定居点被冲走并完全摧毁。总的来说,荷兰(当时的印尼殖民统治者)估计死亡人数为36417人,而其他估计数字超过120000人2,3.

爆炸发生时,英国船只诺姆城堡(Norham Castle)距离喀拉喀托(Krakatoa)40英里。船长在日志中写道:“爆炸太猛烈了,我一半以上的船员的耳朵都被震碎了。我最后的思念是我亲爱的妻子。我确信审判日已经到来。”2

一张地图,显示可以听到喀拉喀托爆炸声的地区。喀拉喀托火山爆发及随后的现象, 1888

一般来说,声音不是由世界末日引起的,而是由气压波动引起的。巴达维亚天然气厂(距离喀拉喀托100英里)的气压计显示,随后的压力峰值超过2.5英寸汞柱1,2这转换为超过172分贝的声压,这是一种难以想象的巨大噪音。具体来说,如果你在操作手提钻,你会受到大约100分贝的噪音。人类的疼痛阈值接近130分贝,如果你不幸站在喷气发动机旁边,你会听到150分贝的声音。(人们认为增加10分贝的声音大约是原来的两倍。)喀拉喀托火山爆炸在距离爆炸源100英里处达到172分贝。这声音之大令人惊讶,以至于它逐渐超出了我们所说的“声音”的极限

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当你哼唱一个音符或说一个单词时,你每秒来回摆动几十次或数百次空气分子,导致一些地方的气压低,而其他地方的气压高。声音越大,这些摆动越强烈,气压波动越大。但声音的音量是有限度的。在某种程度上,空气压力的波动如此之大,以至于低压区的压力达到零——真空——你无法得到比这更低的压力。地球大气中的声音的这个极限恰好是194分贝。如果声音再大一点,声音就不再只是通过空气,它实际上是在推动空气,产生一种加压的运动空气爆发,称为冲击波.

在靠近喀拉喀托的地方,声音远远超过了这个极限,产生了一股强大的高压空气,导致40英里外水手的耳膜破裂。当声音传播数千英里,到达澳大利亚和印度洋时,压力的波动开始减弱,听起来更像是远处的枪声。在3000英里的旅程中,压力波变得太过平静,人的耳朵听不到,但它继续向前蔓延,在全球范围内回荡了数天。大气像钟声一样响起,我们无法察觉,但我们的仪器可以检测到。

这声音之大令人惊讶,以至于它逐渐超出了我们所说的“声音”的极限

到1883年,世界各地数十个城市的气象站都在使用气压计来跟踪大气压力的变化。喀拉喀托爆炸发生6小时47分钟后,在加尔各答检测到气压峰值。到了8小时,脉搏到达了西部的毛里求斯,东部的墨尔本和悉尼。12小时后,圣彼得堡注意到了脉搏,随后是维也纳、罗马、巴黎、柏林和慕尼黑。到18小时,脉搏已经到达纽约、华盛顿和多伦多1令人惊讶的是,在爆炸发生后的5天内,全球50个城市的气象站观测到,这种前所未有的压力峰值像钟表一样每隔34个小时就会重现一次。大概是这样需要多长时间环绕整个星球的声音。

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总之,来自喀拉喀托的压力波在每个方向上绕地球三到四圈。(每个城市都能感受到多达七次的压力峰值,因为它们经历了火山向相反方向传播的冲击波1与此同时,远在印度、英国和旧金山的潮汐观测站测量到,海浪与空气脉冲同时上升,这种影响以前从未见过。这是一种再也听不见的声音,但仍在世界各地传播,人们戏称这种现象为“大空气波”

最近,一对夫妇在巴布亚新几内亚度假时拍摄的一段令人难以置信的火山爆发家庭视频开始在互联网上传播。如果你仔细观看,这段视频会让你感受到火山产生的压力波。

当火山爆发时,气压会突然升高;实际上,你可以看到它在空气中移动,在移动过程中将水蒸气冷凝成云。幸运的是,拍摄视频的人离得足够远,压力波需要一段时间才能到达他们身边。爆炸发生约13秒后,当它最终撞上船只时,你会听到巨大的枪声伴随着突然的空气冲击声。用13秒乘以声速,我们就知道这艘船距离火山约4.4公里,或2.7英里。这有点像在喀拉喀托发生的事情,除了在三千英里以外的地方可以听到“枪声”,这是大自然可以释放出巨大破坏力的令人困惑的证明。

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参考文献:

[1] Judd、John Wesley等人。喀拉喀托火山喷发:及其后续现象Trübner&Company,1888年。(一份由皇家学会委托的关于喀拉喀托火山喷发的综合数据填充报告,可在公共领域免费获取)

[2] 西蒙·温切斯特。喀拉喀托:世界爆炸之日《企鹅英国》,2004年。

[3] Simkin、Tom和Richard S.Fiske。1883年喀拉喀托火山爆发及其影响史密森学会出版社,1983年。

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多亏了尼科尔·夏普威尔·斯莱顿关于喀拉喀托爆炸物理的有益讨论。

更正:

这篇文章最初声称罗德里格斯岛靠近马尔代夫而不是毛里求斯。

Aatish Bhatia是一位新近获得物理学博士学位的人在普林斯顿大学将科学和工程带给更广泛的受众。他写了获奖的科学博客经验主义热情,托管于有线,在推特上是@阿提什布.

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