El misterio de las dunas que cantan, explicado

Introducción

Hacia 1271, un joven veneciano cruzó el desierto al este de la ciudad-oasis de Lop, en el borde meridional del Taklamakán, y oyó cantar a la arena: el retumbo inquietante y monótono de lo que hoy llamamos una duna cantora, o duna que retumba. Marco Polo lo dejó por escrito años después, en una celda de Génova, dictándoselo a un compañero de prisión. Un viajero que se rezagara de la caravana al anochecer, contaba, oiría voces que tomaría por las de sus propios compañeros, a veces llamándolo por su nombre, y las seguiría fuera del camino hasta perderse y no ser visto nunca más. A plena luz del día el desierto hacía lo mismo. Los hombres oían lo que juraban que eran los sones de muchos instrumentos, sobre todo tambores, y el estrépito de un ejército de paso. Las caravanas tomaron la costumbre de colgar campanillas del cuello de sus animales para que nadie se extraviara en dirección a la música.

Cinco siglos y medio más tarde, en el otro extremo del mundo, Charles Darwin dio con el mismo fenómeno bajo otro nombre. En 1835, mientras recorría la costa del norte de Chile, Darwin pasó un tiempo en el desierto cerca de Copiapó, y los lugareños le hablaron de un cerro cercano al que llamaban El Bramador, el que ruge o brama. Darwin, según confesión propia, no prestó entonces suficiente atención. Por lo que él entendió, el cerro estaba cubierto de arena y solo hacía ruido cuando la gente lo subía y ponía la arena en movimiento. Anotó, casi como una ocurrencia tardía, que lo mismo se había descrito, según la autoridad de los naturalistas Seetzen y Ehrenberg, en el monte Sinaí, junto al mar Rojo, donde generaciones de viajeros habían oído lo que parecía ser el tañido de la propia montaña.

Polo culpó a los espíritus. Los beduinos del Sinaí culpaban a las campanas de un monasterio cristiano tragado por las dunas, que seguían tañendo en algún lugar bajo tierra. Los chilenos tenían su cerro bramador. Durante la mayor parte de la historia escrita, el retumbo de estas dunas cantoras perteneció al folclore, archivado junto a las sirenas y las campanas enterradas. La explicación real resulta ser más extraña que las leyendas, y hicieron falta casi dos siglos, y una auténtica disputa científica que aún no se ha apagado del todo, para precisarla. La versión corta es esta: en las condiciones adecuadas, unos cuantos cientos de millones de granos de arena pueden, por un instante, ponerse a moverse al unísono y tocar una sola nota grave, lo bastante fuerte como para oírse a millas de distancia. La duna se convierte, durante un minuto o dos, en un instrumento musical del tamaño de un edificio.

Qué es en realidad el sonido

Empecemos por lo que oirías si estuvieras allí. No es un silbido ni un chillido, sino un retumbo grave y monótono, a medio camino entre un órgano de tubos sosteniendo una nota de pedal y un avión de hélice pasando a baja altura. Te sube por las plantas de los pies tanto como te llega a los oídos, una vibración que sientes en el pecho. Quienes lo han provocado deslizándose por una cara de deslizamiento describen un sonido tan físico y, a la vez, tan aparentemente incorpóreo que el primer instinto es buscar su origen en cualquier sitio menos en la arena sobre la que están sentados.

Los números detrás de esa impresión son concretos. Una duna que retumba produce una frecuencia dominante, normalmente en el rango de 70 a 105 hercios, con un conjunto de armónicos más débiles apilados por encima. Esa fundamental se sitúa aproximadamente dos octavas por debajo del do central del piano, en la zona grave del registro de un violonchelo, que es exactamente la razón por la que tantos oyentes recurren a la palabra «musical» y no a «ruido». El sonido puede alcanzar unos 105 decibelios, comparable a estar junto a maquinaria pesada, y en un día sin viento llega asombrosamente lejos. Un gran desprendimiento se ha oído hasta a diez kilómetros (seis millas) de distancia. Una vez en marcha puede mantenerse varios minutos y, este es uno de los detalles que tuvo a los científicos persiguiendo resonadores durante años, a menudo sigue sonando hasta un minuto después de que el último grano visible haya dejado de moverse.

Dunas distintas cantan notas distintas, y son notablemente constantes al hacerlo. Los barjanes cercanos a Tarfaya, en el borde atlántico marroquí del Sáhara, sostienen un tono cercano a 105 Hz, próximo a un sol sostenido grave, y lo mantienen tanto si la avalancha es grande como si es pequeña y en cualquier punto de la duna donde ocurra. Sand Mountain, en Nevada, cerca de Fallon, retumba más bajo, con picos medidos en torno a 50 a 80 Hz, digamos del si al do sostenido graves, dos octavas por debajo del centro del piano. En Chile, el campo de dunas conocido como Mar de Dunas canta un fa grave a unos 87 Hz. Y en las arenas de Sharqiya (Wahiba), en Omán, donde los granos presentan una amplia gama de tamaños, las dunas no se deciden por una sola nota, sino que lanzan un acorde que abarca aproximadamente 90 a 150 Hz, cerca de nueve notas distintas a la vez. Ese último dato, como veremos, resultó ser una pista crucial.

Lo que llama la atención de los físicos en estas notas es lo puras y lo estables que son. Un objeto golpeado suele resonar con un amasijo desordenado de frecuencias que se apagan a ritmos distintos; una duna que retumba, en cambio, sostiene un tono dominante con una ordenada escalera de armónicos por encima, más cerca de una cuerda frotada que de un golpe sordo. Es lo bastante estable como para que puedas nombrar la nota. Y es reproducible: vuelve a las dunas de Tarfaya otro día seco y te darán el mismo sol sostenido grave, no porque la duna tenga la misma forma, pues el viento la está reorganizando sin cesar, sino porque los granos tienen el mismo tamaño, y al final son los granos los que deciden.

Si creciste con cierto tipo de ciencia ficción, el matrimonio entre el desierto profundo y el sonido profundo ya te sonará de algo. Frank Herbert construyó la ecología de su novela de 1965 Dune precisamente en torno a esta pareja. En el planeta desértico Arrakis, los colosales gusanos de arena se sienten atraídos por las vibraciones rítmicas y constantes que viajan por la arena, que interpretan como una presa o como un rival en su territorio. Los Fremen, el pueblo del desierto del planeta, sobreviven aprendiendo a caminar sin ritmo, un paso irregular, arrastrado y arrítmico, concebido para confundirse con el vaivén natural de la arena movida por el viento, de modo que nada de lo que hay abajo venga a buscarlos. Cuando quieren llamar a un gusano deliberadamente, clavan un «martilleador», una estaca accionada por resorte que golpea la superficie a un ritmo constante, y se alejan de ella a toda prisa.

La frase sobrevivió al libro. En 2001 el productor británico Fatboy Slim publicó «Weapon of Choice», con Bootsy Collins a la voz y un vídeo de Spike Jonze, hoy legendario, en el que un Christopher Walken impasible baila solo, y acaba volando, por el vestíbulo desierto de un hotel. El estribillo, walk without rhythm, la consigna de caminar sin ritmo para no atraer al gusano, está sacado directamente del desierto de Herbert. (En una pequeña coincidencia cósmica, Walken acabó interpretando al emperador Shaddam IV en Dune: Parte dos en 2024, y admitió alegremente que nunca había reparado en la conexión.) La imagen es casi demasiado redonda para un fenómeno que funciona según el principio opuesto. En una duna real, el retumbo no es el peligro del ritmo, sino su triunfo: el sonido existe porque millones de granos consiguen, por un instante, moverse al compás unos de otros. Los Fremen de Herbert suprimen el ritmo para seguir vivos. Una duna que canta es lo que ocurre cuando el ritmo gana.

Cantar, retumbar, chirriar, ladrar: una taxonomía rápida

Antes de seguir, conviene separar dos fenómenos que la literatura divulgativa confunde constantemente, porque tienen sonidos distintos, escenarios distintos y, casi con seguridad, mecanismos distintos en su detalle fino.

El primero es la arena chirriante o arena silbante, la que puedes encontrar en ciertas playas. Arrastra con fuerza los pies por la arena seca por encima de la línea de pleamar en Porth Oer, en Gales, la playa se llama literalmente Whistling Sands («arenas silbantes»), o en Singing Beach, en Massachusetts, o en las Barking Sands de Kauai, y le sacarás un chirrido o un ladrido corto, agudo, casi de dibujos animados. El sonido es breve, sigue a tu pisada y su tono es agudo, típicamente de varios cientos de hercios, a menudo por encima de 500 Hz. Se ha descrito en docenas de playas solo en las islas Británicas. Es real, y comparte algunos ingredientes con su primo mayor, pero es otro animal.

El segundo es la arena que retumba o arena cantora, el fenómeno de las dunas desérticas del que trata este artículo. Es mucho más raro, mucho más ruidoso, mucho más grave, y no lo desencadena una pisada, sino una avalancha, una masa de arena que se desploma por la empinada cara de sotavento de una gran duna, ya sea porque el viento la suelta, porque la pendiente se ha vuelto demasiado escarpada para sostenerse o porque una persona se desliza por ella a propósito. El retumbo es sostenido, es grave y puede durar más que la avalancha que lo inició. Si el chirrido es el sonido de tu zapato, el retumbo es el sonido de una ladera que se desprende.

La distinción importa porque ambos se han confundido repetidamente en los registros, y porque un lugar puede tener uno sin el otro. Las Barking Sands de Hawái y las Whistling Sands de Gales son playas chirriantes, no dunas que retumban. Las dunas de Tarfaya, Sand Mountain, el Badain Jaran en China y las arenas de Sharqiya en Omán son el genuino artículo retumbante. Mantén los dos separados y buena parte de la aparente contradicción de los relatos antiguos se disuelve.

Dónde cantan las dunas

Las dunas que retumban son escasas. Las revisiones modernas más cuidadosas cifran en unas tres o cuatro docenas los lugares del mundo donde se ha documentado el verdadero retumbo de baja frecuencia. Comparado con los desiertos del planeta, eso es casi nada. Los desiertos cubren aproximadamente una quinta parte de las tierras emergidas de la Tierra, solo alrededor de una décima parte de ese desierto está realmente sepultada bajo dunas, y solo una fracción ínfima de esas dunas puede cantar. Se concentran, como es lógico, en los lugares más secos de la Tierra.

Norteamérica tiene una de las mejores colecciones, y por eso buena parte de la ciencia se hizo allí. Solo California alberga varias: las imponentes dunas de Kelso en el Mojave, las dunas de Eureka en un rincón remoto del valle de la Muerte (entre las más altas del país, con unos 200 metros sobre el fondo del valle), y las dunas de Dumont y las dunas de Panamint, cerca de allí. Al otro lado de la frontera estatal retumban Sand Mountain y Big Dune, en Nevada, y también las dunas del Parque Nacional Great Sand Dunes, en Colorado, las dunas cerca de Alamosa que inspiraron una canción de Bing Crosby de 1947, «The Singing Sands of Alamosa».

Asia tiene a los gigantes. El desierto de Badain Jaran, en Mongolia Interior, contiene algunas de las dunas estacionarias más altas de la Tierra, de bastante más de 450 metros, y son famosas por retumbar. Cerca de Dunhuang, ciudad de la Ruta de la Seda en Gansu, la cresta de dunas llamada Mingsha Shan, literalmente «montaña de la arena cantora», se enrosca alrededor del oasis del lago de la Media Luna, alimentado por un manantial; el sonido quedó anotado allí en registros chinos hace bastante más de mil años, descrito como parecido a una música oída en un día despejado. China reconoce cuatro lugares clásicos de «arena cantora», y las dunas cercanas a Hami, en Xinjiang, tienen fama de dar el tono más fino. Mongolia tiene la gran duna de Khongoryn Els, y Kazajistán la conocida duna cantora de Altyn-Emel.

La península arábiga canta a lo largo de sus mares de arena: dunas cerca de Mesaieed, en Catar, las grandes dunas lineales al sur del oasis de Liwa, en los Emiratos, y las arenas de Sharqiya, en Omán, donde Simon Dagois-Bohy y sus colegas realizaron parte del trabajo de campo más revelador. El norte de África tiene los barjanes retumbantes cerca de Tarfaya, en Marruecos, junto con lugares en Mauritania, el desierto Occidental de Egipto y el Sinaí, donde el Gebel Naqous, la «montaña de la campana», carga con la leyenda del monasterio enterrado de la que Darwin había oído hablar de segunda mano. Ya en el hemisferio sur, el África austral tiene las dunas retumbantes del Namib y las «arenas rugientes» de Witsands, en el Kalahari, y Chile tiene sus cerros bramadores en el Atacama, entre ellos el Mar de Dunas y la duna que los informantes de Darwin llamaban El Bramador.

La receta de una duna cantora

No todas las dunas pueden hacerlo, y las que pueden son exigentes. Décadas de muestreo, de recoger arena «cantora», llevarla al laboratorio y descubrir que a menudo enmudece en cuanto lo haces, han reducido los requisitos a un puñado de condiciones que tienen que cumplirse todas a la vez.

Los granos tienen que tener el tamaño adecuado, y casi todos el mismo tamaño. La arena que retumba es fina, con granos de entre aproximadamente 0,1 y 0,3 milímetros de diámetro; en las dunas de Tarfaya, Bruno Andreotti midió un diámetro medio de unos 0,18 mm. Más importante que el tamaño absoluto es la selección: los granos tienen que ser notablemente uniformes, todos dentro de una banda estrecha de diámetros. El viento es el tamiz que lo consigue. El aire en movimiento levanta y transporta los granos de un rango de tamaños concreto y deja atrás el resto, de modo que la cara de una duna madura puede acabar seleccionada hasta un grado que sería difícil reproducir a propósito. Cuando los granos son todos iguales, pueden moverse juntos; cuando no lo son, no pueden. Las dunas de Omán demuestran la idea por contraejemplo. Su arena abarca una amplia gama de tamaños y produce ese acorde turbio de nueve notas, pero tamiza la misma arena hasta una sola fracción estrecha, de unos 200 a 250 micrómetros, y de pronto toca un tono limpio.

Los granos tienen que ser redondeados, pulidos y ricos en sílice. La arena que retumba es abrumadoramente cuarzo, el mismo mineral duro y vítreo que forma la arena de cuarzo bien seleccionada en todo el mundo y, compactado a lo largo del tiempo geológico, las antiguas dunas convertidas en piedra que llamamos arenisca. Al microscopio, los granos de una duna cantora son llamativamente lisos y bien redondeados, tras haber sido volteados y esmerilados por incontables viajes a lomos del viento. James Lindsay y sus colegas, al comparar en la década de 1970 arenas que retumban y arenas que no, concluyeron que un pulido inusualmente alto era una de las cosas que distinguían a las cantoras.

La arena tiene que estar completamente seca. Esto no es negociable, y es la razón por la que las dunas que retumban enmudecen en invierno o después de la lluvia, a veces durante meses. Un rastro de humedad basta para que los granos se peguen unos a otros en lugar de deslizarse libremente, y una duna que retumbaba gloriosamente en agosto puede estar muda en enero porque el agua de una sola tormenta sigue atrapada en la pila. La sequedad es la condición más fácil de cumplir en un desierto y la más fácil de perder.

Y la pendiente tiene que ser lo bastante empinada como para producir avalanchas. La cara que retumba es la cara de sotavento, o de deslizamiento, de la duna, el lado empinado resguardado del viento, donde la arena transportada se acumula hasta alcanzar el ángulo de reposo, de unos 30 a 35 grados, el ángulo más empinado que la arena seca puede sostener antes de ceder. Fuérzala más allá, añadiendo arena en lo alto o sentándote y deslizándote, y una lámina de granos se suelta y fluye pendiente abajo. Esa lámina en movimiento es el motor de todo el fenómeno. Sin avalancha no hay retumbo.

Hay un ingrediente más que sigue siendo genuinamente discutido, y merece la pena ser honesto sobre la incertidumbre. Muchas arenas cantoras llevan un fino recubrimiento superficial, una especie de fino esmalte desértico de sílice y humedad atrapada, a veces llamado «esmalte del desierto», acumulado a lo largo de repetidos ciclos de humectación y secado. En 1997, un grupo dirigido por David Goldsack publicó en Nature que las arenas que retumban eran aproximadamente un 95 % sílice y llevaban justamente ese recubrimiento gelatinoso, y sostuvo que el recubrimiento aumentaba la fricción entre los granos y los ayudaba a cantar. Otros se mostraron escépticos desde el principio, calificando la relación de especulación interesante y nada más. Un estudio chino posterior fue más lejos y concluyó que el sonido no tenía nada que ver con ningún gel de sílice ni con la química de los granos, y lo atribuyó en cambio a diminutos hoyos en la superficie de los granos que actuarían como cavidades resonantes. El resumen justo hoy es que un recubrimiento superficial está asociado a muchas arenas cantoras y plausiblemente ayuda, al modificar cómo los granos se agarran y se sueltan unos a otros, pero no se ha demostrado que sea necesario, y qué hace exactamente sigue sin resolverse.

Dos siglos de equivocarse

Durante mucho tiempo, las arenas cantoras fueron una curiosidad que la ciencia seria mantuvo a distancia, en parte porque son muy difíciles de estudiar. No se puede pedir un retumbo a la carta. La duna tiene que estar seca, la estación tiene que ser la correcta y tienes que estar de pie en la cara adecuada cuando unos cuantos miles de toneladas de arena deciden soltarse. Como lo expresó un corresponsal de Nature en el siglo XIX, el problema nunca fue la escasez de arenas cantoras, sino la escasez de observadores en el lugar adecuado en el momento oportuno.

Los victorianos produjeron teorías de todos modos, y la mayoría eran erróneas de maneras instructivas. Algunos imaginaban aire comprimido que entraba y salía de los huecos entre los granos, como las cámaras de un órgano diminuto. Otros recurrieron a la electricidad, proponiendo que la fricción entre los granos acumulaba una carga estática cuya descarga producía de algún modo el sonido, una idea que todavía circula hoy en los relatos divulgativos, pese a que no hay buenas pruebas de que produzca la nota. Unos pocos invocaron el vulcanismo subterráneo. Lord Curzon, el estadista británico, quedó lo bastante cautivado como para dedicar un largo capítulo de sus Tales of Travel de 1923 a «las arenas cantoras», catalogando informes de «arenas que cantan, que suenan, que retumban, musicales, que ladran, que se mueven» de todos los desiertos del mundo y confesándose incapaz de explicar ninguno.

La primera persona que arrastró el tema hacia la física fue Ralph Bagnold. Oficial del ejército británico que pasó las décadas de 1920 y 1930 conduciendo Ford Modelo T por el interior sin cartografiar de los desiertos de Egipto y Libia, Bagnold quedó fascinado por cómo se mueve la arena, y en 1941 publicó The Physics of Blown Sand and Desert Dunes, el libro que fundó la ciencia moderna del sedimento eólico: la saltación de los granos que rebotan, la lenta reptación de la superficie, la arquitectura de las dunas. Dedicó a las arenas cantoras un capítulo propio. Registró el folclore, las sirenas, las campanas del monasterio engullido, y luego registró lo que él mismo había oído. En una noche en calma en el desierto, oyó a la arena arrancar tan de repente y con tanta fuerza que, según su relato, una conversación normal se volvió difícil, y el retumbo continuó durante varios minutos sin interrupción.

Bagnold sospechaba que la respuesta estaba en la fricción y en la manera en que los granos secos cizallan y se dilatan al fluir unos sobre otros, y siguió trabajando en el mecanismo hasta bien entrada la década de 1960. Pero la primera medición dura y cuantitativa de una duna que retumba llegó en 1975, cuando Dean Criswell, John Lindsay y David Reasoner acarrearon instrumentos hasta Sand Mountain, en Nevada, y registraron directamente las señales sísmicas y acústicas de un cizallamiento forzado. Encontraron la energía sísmica concentrada en picos nítidos entre 50 y 80 hercios, y señalaron, casi de pasada, que dunas como esta se habían descrito desde hacía más de mil quinientos años. Por primera vez el fenómeno tenía números asociados. La discusión por fin podía versar sobre datos.

La disputa moderna: dos respuestas a una pregunta

A principios de la década de 2000 la pregunta se había afilado hasta su forma esencial. Todo el mundo estaba de acuerdo en que el sonido empezaba con una avalancha de arena seca y bien seleccionada. Todo el mundo estaba de acuerdo en que no era el viento silbando ni la duna entera resonando como una campana golpeada: dunas de tamaños muy distintos en el mismo lugar producen la misma nota, lo que descarta que la propia duna actúe como cuerpo resonante. La pregunta abierta era más estrecha y más difícil: ¿qué fija la frecuencia? Dos grupos de investigación, trabajando en gran medida en paralelo, llegaron a dos respuestas genuinamente distintas, y desde entonces no han dejado de discutirlo, en los términos más corteses y técnicos posibles.

La respuesta de París: los granos llevan el compás unos con otros

La primera respuesta llegó de un grupo de París vinculado a Stéphane Douady y Bruno Andreotti. En un par de artículos de referencia en Physical Review Letters, «The Song of Dunes as a Wave-Particle Mode Locking» de Andreotti, en 2004, y «Song of the Dunes as a Self-Synchronized Instrument» de Douady y sus colegas, en 2006, hicieron una afirmación de aspecto radical. El sonido, sostenían, lo produce el movimiento relativo de los propios granos, y su frecuencia es simplemente la tasa a la que chocan los granos de la capa en movimiento.

El mecanismo funciona como un bucle de retroalimentación. Cuando la capa superficial de arena cizalla pendiente abajo, los granos chocan y rozan unos contra otros. Esas colisiones desencadenan débiles vibraciones elásticas que viajan a lo largo de la superficie de la arena. Esas vibraciones, a su vez, empujan a los granos, de modo que, en lugar de chocar al azar, empiezan a chocar juntos, en fase, igual que una multitud en una pasarela peatonal puede, sin darse cuenta, acompasar el paso y hacer que toda la estructura se balancee. Una vez que los granos se sincronizan, su movimiento combinado y coherente impulsa el aire sobre la pendiente como el cono de un altavoz gigantesco, y obtienes un tono limpio y potente en lugar de un siseo de ruido aleatorio. Andreotti midió las ondas superficiales que salían de una avalancha marroquí a unos 40 metros por segundo y descubrió que el sonido se saturaba en torno a 105 decibelios justo cuando la vibración se hacía lo bastante fuerte como para empezar a lanzar granos fuera de la capa en movimiento, un límite natural de volumen incorporado a la física.

La frecuencia, en esta imagen, la fija la tasa de cizalla de la avalancha, que para granos en flujo es la misma que su tasa de colisión. Eso conduce a una predicción limpia: la nota debería depender del tamaño de los granos y de la atracción de la gravedad, y de prácticamente nada más. Puesto por escrito, la frecuencia escala aproximadamente como la raíz cuadrada de la gravedad dividida por el diámetro del grano, recogido en la relación Γ ≈ 0,4 × √(g/d), con g la aceleración de la gravedad y d el tamaño medio de grano, un escalado que Andreotti midió directamente en su trabajo de campo de 2004 y que Dagois-Bohy y sus colegas confirmaron más tarde tanto en avalanchas de campo como de laboratorio. Granos más grandes, nota más grave. No hace falta duna, solo una capa en cizalla de la arena adecuada. A Andreotti le gustaba describir el resultado como un tipo de instrumento musical completamente nuevo.

La respuesta de Caltech: la piel de la duna es una guía de ondas

La segunda respuesta llegó en 2007 de un grupo de Caltech, Nathalie Vriend, Melany Hunt, Robert Clayton y colegas, en un artículo con el confiado título de «Solving the Mystery of Booming Sand Dunes». Habían salido al campo con equipo sísmico, del tipo que los geofísicos usan para obtener imágenes de las capas bajo la superficie, y habían tendido largas líneas de geófonos sobre las dunas retumbantes de Dumont, Eureka, Big Dune y Kelso. Lo que describieron fue una historia distinta sobre la frecuencia.

Una duna, señalaron, no es uniforme. Tiene una capa superficial de arena suelta y seca que descansa sobre arena más antigua y compactada, y las ondas sísmicas viajan más deprisa por el material más rígido de abajo que por el material suelto de arriba. Esa disposición, una capa lenta encajada contra un material más rápido, es, en física, una guía de ondas. Puede atrapar ondas sonoras y hacerlas rebotar de un lado a otro, y a ciertas frecuencias esas reflexiones se refuerzan mutuamente y resuenan, igual que un tubo de órgano de una longitud determinada favorece una nota determinada. El equipo de Caltech sostuvo que la frecuencia del retumbo no la fijaban los granos, sino el espesor de esa capa superficial seca: unas pocas decenas de centímetros de arena suelta actuando como un canal resonante natural. Sus mediciones situaban las velocidades de onda relevantes cerca de la superficie en torno a 200 metros por segundo.

Esto tenía un verdadero atractivo explicativo. Ofrecía una razón ordenada de por qué una duna puede seguir retumbando hasta un minuto después de que la avalancha se detenga, el sonido atrapado sigue resonando en la guía de ondas, y de por qué el retumbo es tan quisquilloso con el lugar y la estación, ya que el espesor y la rigidez de esa capa superficial cambian a medida que la duna se seca o se humedece. Convertía la estructura interna de la duna, y no solo su arena, en lo que importaba.

El intercambio

Los dos bandos no acordaron discretamente discrepar. En 2008, Andreotti, Lénaïc Bonneau y Éric Clément publicaron un Comentario formal en Geophysical Research Letters cuestionando el análisis de Caltech, y el grupo de Vriend respondió en el mismo número. La objeción de París, despojada de sus matemáticas, era que el tipo de propagación sonora simple y no dispersiva que asumía el modelo de guía de ondas no se cumple en realidad en arena suelta comprimida solo por su propio peso, donde las ondas relevantes corren a lo largo de la superficie y se comportan de manera muy distinta. Argumentaron que, al mirar todos los datos, la frecuencia del retumbo no seguía la frecuencia de resonancia predicha para la capa superficial; que cambiar la manera de desencadenar la avalancha no cambiaba la nota, como una explicación por resonancia podría sugerir; y que la existencia de una capa superficial seca fijaba un umbral para el retumbo, hace falta suficiente arena seca para que las vibraciones superficiales puedan propagarse siquiera, sin que el espesor de esa capa sea lo que selecciona el tono. El grupo de Caltech, por su parte, defendió la guía de ondas y remitió a sus mediciones de campo.

El experimento que inclinó la balanza

La prueba más limpia llegó en 2012. Si el retumbo necesita de verdad una duna estratificada debajo para resonar, entonces no debería ser posible producir el sonido sin ella. Así que Simon Dagois-Bohy, Sylvain Courrech du Pont y Stéphane Douady tomaron arena cantora de las dunas de Marruecos y Omán y la hicieron deslizarse en avalancha sobre una placa dura en el laboratorio, sin ninguna duna debajo, en un trabajo que publicaron en Geophysical Research Letters como «Singing-sand avalanches without dunes». La arena siguió cantando. Una capa en cizalla de los granos adecuados, fluyendo sobre una superficie rígida, produjo el tono característico sin nada en cuyo interior resonar.

El mismo estudio ató los cabos sueltos. Confirmó que una duna con granos bien seleccionados toca una sola nota bien definida, mientras que una duna con una amplia gama de tamaños de grano produce el espectro ruidoso y multinota oído en Omán, y que tamizar la arena omaní hasta un solo tamaño restauraba un tono puro. Clavó la frecuencia a la relación 0,4 × √(g/d) entre tono y tamaño de grano. El peso de las pruebas apuntaba con fuerza a una conclusión: el sonido se genera por la sincronización de los granos en avalancha, y no hace falta ningún resonador para producirlo.

Eso no borró la imagen de Caltech tanto como la reubicó, y, en cierto sentido, dio la razón a una intuición que el grupo de París había lanzado ya en 2006, que la resonancia podía importar, al tiempo que la sacaba de la duna y la metía en la arena en movimiento. El estado honesto de la cuestión hoy separa dos preguntas que el debate inicial había enredado. La generación del sonido, por qué hay siquiera un tono limpio, y qué fija su altura, se explica mejor por la sincronización de los granos en el flujo de cizalla, y ese mecanismo funciona con o sin duna. Pero en el campo, en una duna real del tamaño de un edificio, una guía de ondas cercana a la superficie puede seguir ayudando a atrapar, sostener y amplificar la emisión una vez generada, y el espesor de arena seca fija un umbral por debajo del cual una duna no retumba en absoluto. El trabajo posterior del grupo de Caltech, incluido un estudio detallado de 2015 en Physics of Fluids, trazó una distinción útil entre el retumbo sostenido y casi monótono y las ráfagas cortas de banda ancha que llamaron burping, «eructo», los sonidos pulsátiles que obtienes al cizallar brevemente la superficie con la mano, antes de que una avalancha completa se enganche a una nota estable. Si la capa superficial desempeña algún papel en la fijación de la frecuencia en el campo sigue en disputa, y probablemente sea secundario. Queda mucho por saber sobre el acoplamiento microscópico que permite a los granos acompasarse, y también sobre el misterio más profundo de por qué dos arenas químicamente casi idénticas pueden diferir tan por completo, una cantando y la otra muda.

Merece la pena detenerse en lo inusual que es esto. En la mayor parte de la física moderna, el «qué» y el «por qué» llegan juntos. Aquí, los científicos pueden decirte con confianza qué fija la nota, el tamaño de los granos, mientras siguen discutiendo exactamente por qué el tamaño de grano debería importar como importa, y qué aporta la estructura de la duna. La arena ha conservado uno de sus secretos incluso después de entregar el principal.

Por qué una duna que zumba merece el tiempo de un físico

Sería fácil archivar todo esto bajo la etiqueta de maravilla inofensiva, un ruido extraño en un lugar extraño, explicado, fin. Pero las dunas cantoras se sitúan en la intersección de varias cosas que los científicos quieren entender con urgencia, y por eso investigadores serios siguen volviendo a ellas con sismómetros y cámaras de alta velocidad.

La primera es la física del flujo granular, uno de los problemas sin resolver genuinamente difíciles de la física cotidiana. Una pila de arena puede quedarse inmóvil como un sólido, verterse como un líquido y arremolinarse como un gas, a veces en el mismo segundo, y todavía carecemos de una teoría completa que abarque las tres cosas. Una duna que retumba es un flujo granular que se ha organizado espontáneamente en un movimiento coherente a gran escala, millones de granos independientes comportándose por un instante como uno solo. Ese tipo de sincronización emergente, en la que las interacciones locales se suman en un único ritmo colectivo, aparece por toda la naturaleza, desde las luciérnagas que destellan hasta el balanceo de los puentes abarrotados, y las dunas son un caso raro en el que puedes oírla ocurrir y medirla con limpieza. La misma familia de la física subyace a las avalanchas y los deslizamientos de tierra que matan a personas, y entender cuándo una ladera granular pasa de una reptación silenciosa a un movimiento coherente repentino no es una cuestión académica en la ladera de una montaña sobre un pueblo.

El trabajo fundacional de Bagnold sobre cómo los granos saltan y reptan sigue siendo la base de todo modelo de cómo se mueven los desiertos, de cómo las tormentas de polvo cargan la atmósfera y de cómo las costas y las tierras de cultivo pierden su suelo con el viento. Las dunas que cantan son simplemente los miembros más teatrales de una familia de procesos, los procesos eólicos, que remodelan silenciosamente una quinta parte de la superficie del planeta.

Y luego está el resto del sistema solar, porque la Tierra está lejos de ser el único mundo con dunas.

Dunas en otros mundos

Marte está cubierto de dunas. Los orbitadores han fotografiado barjanes, crestas transversales, dunas lineales y grandes pilas en forma de estrella que parecerían perfectamente en casa en el Sáhara, y las cámaras de alta resolución de la Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA las han sorprendido moviéndose: rizaduras que migran, caras de deslizamiento que avanzan, arena que se desplaza visiblemente bajo el tenue aire actual del planeta. Las dunas están hechas en gran parte de granos volcánicos oscuros y no de cuarzo pálido, y la atmósfera marciana es menos de una centésima parte tan densa como la nuestra, de modo que la física de cómo rebota un grano y la de cómo el sonido se acopla al aire son ambas muy distintas de cualquier cosa en la Tierra. Nadie ha registrado nunca una duna marciana cantando, y si alguna podría hacerlo es una pregunta abierta, no un hallazgo. Es una idea tentadora, y debería etiquetarse exactamente como eso: una idea.

Más extraño aún es Titán, la luna gigante de Saturno. Cuando la sonda Cassini apuntó hacia Titán, en 2006, su radar capaz de atravesar las nubes, encontró vastos campos de dunas largas y paralelas que envuelven el ecuador de la luna, algunas de un par de kilómetros de ancho y unos cien metros de alto, desfilando a lo largo de cientos de kilómetros de terreno. Son dunas en la forma, pero no en la sustancia: Titán es demasiado frío para que la roca se meteorice en arena de cuarzo, y sus dunas parecen estar construidas con granos de material orgánico sólido, hollín de hidrocarburos y hielo, la precipitación congelada de una atmósfera cargada de metano y de una compleja química del carbono. Curiosamente, las dunas corren en dirección opuesta a los suaves vientos superficiales dominantes de Titán, un enigma que los científicos han atribuido a breves inversiones del viento, más fuertes, en torno a los equinoccios de la luna.

¿Podría cantar una duna alienígena? En principio, quizá: una ladera en avalancha suficientemente seca y bien seleccionada de los granos adecuados podría sincronizarse en cualquier mundo con gravedad y atmósfera. En la práctica es pura especulación, no observada en ningún cuerpo salvo el nuestro. Lo que las dunas extraterrestres ofrecen de verdad es una comparación. Toma el mismo proceso básico, el viento seleccionando y apilando granos sueltos, y hazlo funcionar bajo una décima parte de la gravedad terrestre, en un casi vacío, o con hidrocarburos congelados a 180 grados bajo cero, y aprendes qué rasgos de una duna son universales y cuáles son accidentes de estar en la Tierra. El canto es, hasta donde sabemos, uno de los talentos peculiares propios de nuestro planeta.

De pie sobre una duna que canta

Ve a oír una, si alguna vez tienes la oportunidad, y la ciencia hará la experiencia más rica, no más pequeña. Subes por el lado de barlovento, que es la pendiente fácil, con los pies hundiéndose y la arena resbalando bajo ellos. En la cresta pasas a la empinada cara de sotavento, la que se mantiene al borde del colapso, y te sientas y empiezas a deslizarte. Por un momento solo está el fresco ceder de la arena seca. Entonces el suelo bajo tu cuerpo empieza a vibrar, la nota surge de la pendiente y toda la ladera zumba un acorde grave que puedes sentir en el esternón. No estás oyendo espíritus, ni campanas enterradas, ni un cerro bramador. Estás escuchando a unos cuantos cientos de millones de granos de cuarzo, seleccionados a un único tamaño por diez mil años de viento, acompasarse por un instante y tocar su única nota ensayada.

Marco Polo lo oyó y recurrió a lo sobrenatural. Darwin oyó hablar de ello y, según confesión propia, no escuchó con suficiente atención. Bagnold lo oyó y se puso a hacer cuentas. Hicieron falta casi dos siglos, dos grupos de investigación obstinados y una bandeja de arena deslizándose sobre una placa desnuda de laboratorio para descubrir que el sonido más inquietante del desierto es también uno de los más ordinarios, fricción, gravedad y tamaño de grano, organizados durante un minuto en música. Los Fremen de Herbert lo tenían exactamente al revés. Caminaban sin ritmo para mantener el desierto en silencio y al monstruo lejos. Ponte de pie en la duna adecuada una tarde seca, deja que la pendiente encuentre su ritmo, y lo único que sube de la arena es una sola nota sostenida, imposiblemente grave: el desierto, durante un minuto, tocándose a sí mismo.

Preguntas frecuentes

¿Por qué hacen ruido las dunas de arena?

Una gran duna retumba cuando una capa de arena seca y bien seleccionada se desploma en avalancha por su empinada cara de sotavento. A medida que los granos cizallan unos sobre otros, entran en un movimiento sincronizado, chocando en fase y no al azar, y ese movimiento coherente impulsa el aire como un altavoz, produciendo un tono fuerte y grave. No es el viento silbando ni la duna entera resonando como una campana; es el movimiento organizado de los propios granos en avalancha.

¿Qué nota cantan las dunas de arena cantoras?

Normalmente una sola nota grave de entre unos 70 y 105 hercios, aproximadamente dos octavas por debajo del do central del piano, en el registro grave de un violonchelo. La altura exacta depende sobre todo del tamaño de los granos de arena: las dunas cercanas a Tarfaya, en Marruecos, sostienen un tono próximo a 105 Hz (más o menos un sol sostenido grave), mientras que Sand Mountain, en Nevada, retumba más bajo, en torno a 50 a 80 Hz. Las dunas con una amplia gama de tamaños de grano, como las de Omán, pueden hacer sonar varias notas a la vez.

¿Es peligrosa la arena cantora?

El sonido en sí es inofensivo, aunque con hasta unos 105 decibelios es lo bastante fuerte como para sentirse como una vibración en el pecho. El verdadero peligro es la avalancha que lo produce: desencadenar el retumbo significa poner deliberadamente en movimiento una cara de deslizamiento empinada e inestable, así que trata la cara de una gran duna con la cautela que darías a cualquier ladera suelta.

¿Por qué enmudece la arena cuando llueve o en invierno?

¿Por qué enmudece la arena cuando llueve o en invierno?

El retumbo necesita arena completamente seca. Incluso un rastro de humedad hace que los granos se peguen en lugar de deslizarse libremente, lo que les impide sincronizarse, así que una duna que retumba todo el verano puede enmudecer durante meses después de una tormenta, hasta que el agua atrapada por fin se seca.

¿Cuál es la diferencia entre la arena cantora y la arena chirriante?

Están relacionadas pero son distintas. La arena chirriante o silbante es el sonido corto y agudo (a menudo por encima de 500 Hz) que puedes arrancar a ciertas playas secas al caminar sobre ellas. La arena que retumba o cantora es el raro fenómeno de las dunas desérticas: un tono sostenido y mucho más grave (70–105 Hz) desencadenado por una avalancha de arena, lo bastante fuerte como para oírse a kilómetros. Las Barking Sands de Hawái y las Whistling Sands de Gales son playas chirriantes; Tarfaya y Sand Mountain son dunas que retumban.

¿Tienen otros planetas arena cantora?

Otros mundos tienen dunas, sin duda: Marte tiene dunas de arena activas que los orbitadores han visto moverse, y Titán, la luna de Saturno, tiene vastos campos de dunas construidos con granos orgánicos congelados. Pero nunca se ha observado ningún «canto» más allá de la Tierra. Si una duna alienígena podría retumbar es una pregunta abierta y enteramente especulativa; la distinta gravedad, las distintas atmósferas y los distintos materiales de los granos cambiarían tanto la forma en que se mueve la arena como la forma en que el sonido viaja por el aire.

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Si esto te ha fascinado, puede que también disfrutes de nuestros artículos sobre por qué la lava se agrieta en columnas hexagonales al enfriarse, la lenta química del barniz del desierto y la geología detrás del «Ojo del Sáhara», la diana del Sáhara. Para la investigación primaria en la que se basa este artículo, consulta el artículo de acceso abierto de Caltech en Geophysical Research Letters, la panorámica sobre las dunas que retumban de Annual Review of Earth and Planetary Sciences y el Photojournal del JPL de la NASA para imágenes de dunas en Marte y Titán. Para los fundamentos de cómo se comporta la arena transportada por el viento, la panorámica de los procesos eólicos del U.S. Geological Survey es un buen punto de partida.