O mistério das dunas cantantes do deserto, explicado

Introdução

Por volta de 1271, um jovem veneziano atravessou o deserto a leste da cidade-oásis de Lop, na borda meridional do Taklamakan, e ouviu a areia cantar: o ribombo sinistro e monocórdio daquilo que hoje chamamos de duna cantante, ou ribombante. Marco Polo registrou o episódio anos depois, numa cela de prisão em Gênova, ditando a um companheiro de cárcere. Um viajante que ficasse para trás da caravana depois do anoitecer, contou ele, ouviria vozes que tomaria por seus próprios companheiros, às vezes chamando-o pelo nome, e as seguiria para fora da trilha até se perder e nunca mais ser visto. À luz do dia, o deserto também fazia isso. Os homens ouviam o que juravam ser o som de muitos instrumentos, sobretudo tambores, e o estrépito de um exército que passava. As caravanas passaram a pendurar sinos no pescoço dos animais para que ninguém se desgarrasse em direção à música.

Cinco séculos e meio depois, do outro lado do mundo, Charles Darwin ouviu falar do mesmo fenômeno sob outro nome. Em 1835, trabalhando na costa do norte do Chile, Darwin passou algum tempo no deserto perto de Copiapó, e os moradores lhe falaram de uma colina próxima a que chamavam de El Bramador, o rugidor ou berrador. Darwin, como ele mesmo admitiu, não deu a devida atenção ao assunto na ocasião. Pelo que ele entendeu, a colina era coberta de areia e só produzia seu ruído quando as pessoas a escalavam e punham a areia em movimento. Ele anotou, quase de passagem, que, segundo os naturalistas Seetzen e Ehrenberg, o mesmo fenômeno havia sido relatado no monte Sinai, junto ao mar Vermelho, onde gerações de viajantes tinham ouvido a própria montanha parecer ressoar.

Polo culpava os espíritos. Os beduínos do Sinai culpavam os sinos de um mosteiro cristão engolido pelas dunas, ainda badalando em algum lugar debaixo da terra. Os chilenos tinham a sua colina que berrava. Durante a maior parte da história registrada, o ribombo dessas dunas cantantes pertenceu ao folclore, arquivado ao lado das sereias e dos sinos enterrados. A explicação real acaba sendo mais estranha que as lendas, e foram necessários quase dois séculos, além de uma disputa científica genuína e ainda em brasa, para defini-la com precisão. A versão curta é esta: sob as condições certas, algumas centenas de milhões de grãos de areia podem entrar brevemente em compasso e tocar uma única nota grave, forte o bastante para ser ouvida a milhas de distância. Por um ou dois minutos, a duna se torna um instrumento musical do tamanho de um prédio.

O que esse som realmente é

Comece pelo que você ouviria se estivesse ali. Não é um assobio nem um grito agudo, mas um ribombo grave e monocórdio, algo entre um órgão de tubos sustentando uma única nota no pedal e um avião a hélice passando baixo sobre a sua cabeça. Ele sobe pela sola dos pés tanto quanto chega aos ouvidos, uma vibração que se sente no peito. Quem já o provocou escorregando pela face de deslizamento de uma duna descreve um som tão físico e, ao mesmo tempo, tão aparentemente sem corpo que o primeiro instinto é procurar sua origem em qualquer lugar que não seja a areia em que se está sentado.

Os números por trás dessa impressão são específicos. Uma duna ribombante produz uma frequência dominante, em geral na faixa de 70 a 105 hertz, com um conjunto de harmônicos mais fracos empilhados acima dela. Essa fundamental fica cerca de duas oitavas abaixo do dó central do piano, nas regiões mais graves da extensão de um violoncelo, e é exatamente por isso que tantos ouvintes recorrem à palavra “musical” em vez de “ruído”. O som pode chegar a cerca de 105 decibéis, comparável ao de estar ao lado de máquinas pesadas, e, num dia sem vento, ele se propaga a distâncias surpreendentes. Um grande desabamento já foi ouvido a até dez quilômetros (seis milhas) de distância. Uma vez em curso, pode se manter por vários minutos e, este é um dos detalhes que durante anos mandaram os cientistas à caça de ressonadores, muitas vezes continua soando por até um minuto depois que todos os grãos visíveis pararam de se mover.

Dunas diferentes cantam notas diferentes, e são notavelmente constantes nisso. As dunas barcanas perto de Tarfaya, na borda atlântica do Saara, em Marrocos, mantêm um tom próximo de 105 Hz, perto de um sol sustenido grave, e o mantêm quer a avalanche seja grande ou pequena, e onde quer que ocorra na duna. O Sand Mountain, em Nevada, perto de Fallon, retumba em tom mais grave, com picos medidos em torno de 50 a 80 Hz, digamos do si ao dó sustenido graves, duas oitavas abaixo do dó central do piano. No Chile, o campo de dunas conhecido como Mar de Dunas canta um fá grave a cerca de 87 Hz. E nas areias de Sharqiya (Wahiba), em Omã, onde os grãos têm uma ampla variedade de tamanhos, as dunas não se fixam numa única nota, e sim emitem um acorde que abrange aproximadamente 90 a 150 Hz, perto de nove notas diferentes ao mesmo tempo. Esse último fato, como veremos, revelou-se uma pista decisiva.

O que impressiona os físicos nessas notas é o quanto são puras e estáveis. Um objeto golpeado costuma soar com um emaranhado confuso de frequências que se apagam em ritmos diferentes; uma duna ribombante, ao contrário, sustenta um tom dominante com uma escada ordenada de harmônicos acima dele, mais próxima de uma corda tocada com arco do que de um baque surdo. É tão estável que dá para dizer o nome da nota. E é reprodutível: volte às dunas de Tarfaya em outro dia seco e elas lhe darão o mesmo sol sustenido grave, não porque a duna tenha a mesma forma, já que o vento nunca para de rearranjá-la, mas porque os grãos têm o mesmo tamanho, e no fim são os grãos que decidem.

Se você cresceu com um certo tipo de ficção científica, a união entre deserto profundo e som profundo já deve lhe soar familiar. Frank Herbert construiu a ecologia de seu romance de 1965, Dune, exatamente em torno desse par. No planeta desértico Arrakis, os colossais vermes da areia são atraídos por vibrações constantes e rítmicas que se propagam pela areia, as quais interpretam como uma presa ou como um rival em seu território. Os Fremen, o povo do deserto do planeta, sobrevivem aprendendo a andar sem ritmo, um passo irregular, arrastado e arrítmico, pensado para se confundir com o marulho natural da areia soprada pelo vento, de modo que nada lá embaixo venha investigar. Quando querem chamar um verme de propósito, plantam um “martelador”, uma estaca acionada por mola que bate na superfície num ritmo constante, e se afastam dela depressa.

A frase sobreviveu ao livro. Em 2001, o produtor britânico Fatboy Slim lançou “Weapon of Choice”, com Bootsy Collins nos vocais e um videoclipe hoje lendário de Spike Jonze, em que um Christopher Walken impassível dança sozinho e, por fim, voa por um saguão de hotel deserto. O refrão, Caminhe sem ritmo, e isso não atrairá o verme, foi tirado diretamente do deserto de Herbert. (Numa pequena coincidência cósmica, Walken viria a interpretar o imperador Shaddam IV em Dune: Part Two, em 2024, e admitiu, bem-humorado, que nunca tinha percebido a ligação.) A imagem é quase redonda demais para um fenômeno que funciona pelo princípio oposto. Numa duna de verdade, o ribombo não é o perigo do ritmo, e sim o seu triunfo: o som existe porque milhões de grãos conseguem, por um instante, se mover em compasso uns com os outros. Os Fremen de Herbert suprimem o ritmo para continuar vivos. Uma duna cantante é o que acontece quando o ritmo vence.

Cantar, ribombar, chiar, latir: uma taxonomia rápida

Antes de avançar, convém separar dois fenômenos que a literatura popular vive confundindo, porque têm sons diferentes, cenários diferentes e, quase com certeza, mecanismos diferentes em seus detalhes mais finos.

O primeiro é a areia que chia ou areia que assobia, do tipo que se encontra em certas praias. Arraste os pés com força pela areia seca acima da linha da maré alta em Porth Oer, no País de Gales (a praia se chama, literalmente, Whistling Sands, ou “areias assobiadoras”), ou em Singing Beach, em Massachusetts, ou em Barking Sands, no Kauai, e você conseguirá arrancar dela um chiado ou latido curto, agudo, quase de desenho animado. O som é breve, acompanha o seu passo e tem tom agudo, tipicamente de várias centenas de hertz, muitas vezes acima de 500 Hz. Já foi relatado em dezenas de praias só nas Ilhas Britânicas. É um fenômeno real e compartilha alguns ingredientes com seu primo maior, mas é outro bicho.

O segundo é a areia que ribomba ou areia que canta, o fenômeno das dunas de deserto de que trata este artigo. É muito mais raro, muito mais alto, de tom muito mais grave, e é desencadeado não por um passo, mas por uma avalanche, uma massa de areia que desaba pela face de sotavento, abrupta, de uma grande duna, seja ela solta pelo vento, por uma encosta que ficou inclinada demais para se sustentar sozinha ou por uma pessoa que escorrega de propósito. O ribombo é sustentado, é grave e pode durar mais que a avalanche que o iniciou. Se o chiado é o som do seu sapato, o ribombo é o som de uma encosta que se solta.

A distinção importa porque os dois já foram confundidos repetidamente nos registros e porque um lugar pode ter um sem ter o outro. As Barking Sands do Havaí e as Whistling Sands do País de Gales são praias que chiam, não dunas que ribombam. As dunas de Tarfaya, o Sand Mountain, o Badain Jaran, na China, e as areias de Sharqiya, em Omã, são dunas ribombantes de verdade. Mantenha os dois separados e boa parte da aparente contradição nos relatos mais antigos se dissolve.

Onde as dunas cantam

As dunas ribombantes são escassas. As revisões modernas mais criteriosas estimam em cerca de três a quatro dúzias os locais do mundo onde o verdadeiro ribombo de baixa frequência foi documentado. Diante dos desertos do planeta, isso é quase nada. Os desertos cobrem aproximadamente um quinto das terras emersas do planeta, apenas cerca de um décimo desse deserto está de fato coberto de dunas, e só uma fração ínfima dessas dunas consegue cantar. Elas se concentram, como seria de esperar, nos lugares mais secos da Terra.

A América do Norte tem uma das melhores coleções, e é por isso que tanta ciência foi feita ali. Só a Califórnia abriga várias: as imponentes Kelso Dunes, no deserto de Mojave, as Eureka Dunes, num canto remoto do Vale da Morte (entre as mais altas do país, elevando-se cerca de 200 metros acima do fundo do vale), e as Dumont Dunes e as Panamint Dunes, ali perto. Do outro lado da divisa estadual, o Sand Mountain e a Big Dune, em Nevada, ribombam, e o mesmo fazem as dunas do Parque Nacional Great Sand Dunes, no Colorado, as dunas perto de Alamosa que inspiraram uma canção de Bing Crosby de 1947, “The Singing Sands of Alamosa”.

A Ásia tem os gigantes. O deserto de Badain Jaran, na Mongólia Interior, abriga algumas das maiores dunas estacionárias da Terra, bem acima de 450 metros, e elas são famosas por ribombar. Perto de Dunhuang, cidade da Rota da Seda, em Gansu, a crista de dunas chamada Mingsha Shan, literalmente “Montanha da Areia Cantante”, contorna o oásis do lago Crescente, alimentado por uma nascente; o som foi registrado ali em documentos chineses há bem mais de mil anos, descrito como semelhante a uma música ouvida num dia de céu limpo. A China reconhece quatro locais clássicos de “areia cantante”, e as dunas perto de Hami, em Xinjiang, teriam, segundo a fama, o tom mais refinado. A Mongólia tem a grande duna de Khongoryn Els, e o Cazaquistão tem a conhecida Duna Cantante de Altyn-Emel.

A Península Arábica canta por seus mares de areia: dunas perto de Mesaieed, no Catar, as grandes dunas lineares ao sul do oásis de Liwa, nos Emirados, e as areias de Sharqiya, em Omã, onde Simon Dagois-Bohy e seus colegas realizaram parte do trabalho de campo mais revelador. O norte da África tem as dunas barcanas ribombantes perto de Tarfaya, no Marrocos, além de locais na Mauritânia, no Deserto Ocidental do Egito e no Sinai, onde o Gebel Naqous, a “Montanha do Sino”, carrega a lenda do mosteiro soterrado de que Darwin ouvira falar de segunda mão. No hemisfério sul, a África Austral tem as dunas ribombantes do Namibe e as “Areias Rugidoras” de Witsands, no Kalahari, e o Chile tem suas colinas que berram no Atacama, entre elas o Mar de Dunas e a duna que os informantes de Darwin chamavam de El Bramador.

A receita de uma duna cantante

Nem toda duna consegue fazer isso, e as dunas que conseguem são seletivas. Décadas de amostragem, coletando areia “cantante”, levando-a de volta ao laboratório e descobrindo que ela muitas vezes silencia quando se faz isso, reduziram as exigências a um punhado de condições que precisam coincidir todas ao mesmo tempo.

Os grãos precisam ter o tamanho certo, e quase todos o mesmo tamanho. A areia que ribomba é fina, com grãos tipicamente entre cerca de 0,1 e 0,3 milímetro de diâmetro; nas dunas de Tarfaya, Bruno Andreotti mediu um diâmetro médio de cerca de 0,18 mm. Mais importante que o tamanho absoluto é a seleção: os grãos precisam ser notavelmente uniformes, todos dentro de uma faixa estreita de diâmetros. O vento é a peneira que consegue isso. O ar em movimento levanta e transporta grãos de uma faixa de tamanho específica e deixa o resto para trás, de modo que a face de uma duna madura pode acabar selecionada num grau que seria difícil de reproduzir de propósito. Quando os grãos são todos iguais, podem se mover juntos; quando não são, não podem. As dunas de Omã ilustram isso por contraexemplo. A areia delas abrange uma ampla variedade de tamanhos e produz aquele acorde confuso de nove notas, mas peneire essa mesma areia até uma única fração estreita, de cerca de 200 a 250 micrômetros, e ela passa a tocar de repente um único tom limpo.

Os grãos precisam ser arredondados, polidos e ricos em sílica. A areia que ribomba é, em sua esmagadora maioria, quartzo, o mesmo mineral duro e vítreo que compõe a areia de quartzo bem selecionado em todo o mundo e que, compactado ao longo do tempo geológico, forma as dunas antigas transformadas em pedra a que chamamos de arenito. Ao microscópio, os grãos de uma duna cantante são notavelmente lisos e bem arredondados, depois de rolados e fosqueados por incontáveis jornadas ao vento. James Lindsay e colegas, ao comparar areias que ribombam e areias que não ribombam, na década de 1970, concluíram que um polimento incomumente alto era uma das coisas que distinguiam as que cantam.

A areia precisa estar completamente seca. Isso é inegociável, e é por isso que as dunas ribombantes silenciam no inverno ou depois da chuva, às vezes por meses. Um vestígio de umidade basta para fazer os grãos grudarem uns nos outros em vez de deslizarem livremente, e uma duna que ribombou gloriosamente em agosto pode estar muda em janeiro porque a água de uma única tempestade ainda está retida na pilha. A secura é a condição mais fácil de cumprir num deserto e a mais fácil de perder.

E a encosta precisa ser íngreme o bastante para gerar avalanches. A face que ribomba é a face de sotavento, ou de deslizamento, da duna, o lado inclinado abrigado do vento, onde a areia soprada se acumula até atingir o ângulo de repouso, de cerca de 30 a 35 graus, o ângulo mais íngreme que a areia seca consegue sustentar antes de ceder. Ultrapasse esse limite, acrescentando areia no topo ou sentando-se e escorregando, e uma lâmina de grãos se solta e flui encosta abaixo. Essa lâmina em fluxo é o motor de todo o fenômeno. Sem avalanche, sem ribombo.

Há ainda um ingrediente que continua realmente em disputa, e vale ser honesto quanto à incerteza. Muitas areias cantantes trazem um fino revestimento superficial, uma espécie de fino verniz de deserto feito de sílica e umidade retida, às vezes chamado de “verniz do deserto”, formado ao longo de ciclos repetidos de umedecimento e secagem. Em 1997, um grupo liderado por David Goldsack relatou na Nature que as areias que ribombam eram cerca de 95% sílica e traziam justamente um revestimento desse tipo, semelhante a um gel, e argumentou que o revestimento aumentava o atrito entre os grãos e os ajudava a cantar. Outros se mostraram céticos desde o início, chamando a ligação de especulação interessante e nada mais. Um estudo chinês posterior foi além e concluiu que o som não tinha nada a ver com gel de sílica nem com a química dos grãos, atribuindo-o, em vez disso, a minúsculas depressões na superfície dos grãos que funcionariam como cavidades ressonantes. O resumo justo hoje é que um revestimento superficial está associado a muitas areias cantantes e plausivelmente ajuda, ao ajustar o modo como os grãos se agarram e se soltam uns dos outros, mas não se demonstrou que seja necessário, e o que exatamente ele faz continua em aberto.

Dois séculos de equívocos

Durante muito tempo, as areias cantantes foram uma curiosidade que a ciência séria manteve à distância, em parte porque são tão difíceis de estudar. Não se pode encomendar um ribombo sob demanda. A duna precisa estar seca, a estação precisa ser a certa, e você precisa estar na face correta quando alguns milhares de toneladas de areia resolvem ceder. Como disse um correspondente da Nature no século XIX, o problema nunca foi a falta de areias cantantes, e sim a falta de observadores no lugar certo e na hora certa.

Os vitorianos produziram teorias mesmo assim, e a maioria estava errada de maneiras instrutivas. Alguns imaginaram o ar sendo espremido para dentro e para fora dos vãos entre os grãos, como as câmaras de um minúsculo órgão. Outros recorreram à eletricidade, propondo que o atrito entre os grãos acumulava uma carga estática cuja descarga, de algum modo, produzia o som, uma ideia que ainda circula em relatos populares hoje, apesar de não haver boas evidências de que ela produza a nota. Uns poucos invocaram um vulcanismo subterrâneo. Lorde Curzon, o estadista britânico, ficou tão fascinado que dedicou um longo capítulo de seu Tales of Travel, de 1923, às “areias cantantes”, catalogando relatos de “areias cantantes, sonoras, retumbantes, musicais, latidoras e em movimento” dos desertos do mundo inteiro e confessando-se incapaz de explicar qualquer um deles.

A primeira pessoa a arrastar o assunto para a física foi Ralph Bagnold. Oficial do exército britânico que passou as décadas de 1920 e 1930 dirigindo Fords Modelo T pelo interior não mapeado dos desertos do Egito e da Líbia, Bagnold ficou fascinado pelo modo como a areia se move e, em 1941, publicou The Physics of Blown Sand and Desert Dunes, o livro que fundou a ciência moderna do sedimento transportado pelo vento, da saltação dos grãos que quicam, da reptação lenta da superfície, da arquitetura das dunas. Ele deu às areias cantantes um capítulo só delas. Registrou o folclore, as sereias, os sinos do mosteiro engolido, e depois registrou o que ele mesmo tinha ouvido. Numa noite calma no deserto, ouviu a areia começar de repente e com tanta força que, segundo seu relato, uma conversa normal se tornou difícil, e o ribombo prosseguiu por vários minutos sem interrupção.

Bagnold suspeitava que a resposta estava no atrito e no modo como grãos secos cisalham e se dilatam ao fluir uns sobre os outros, e continuou trabalhando no mecanismo até a década de 1960. Mas a primeira medição quantitativa sólida de uma duna ribombante veio em 1975, quando Dean Criswell, John Lindsay e David Reasoner levaram instrumentos até o Sand Mountain, em Nevada, e registraram diretamente os sinais sísmicos e acústicos do cisalhamento forçado. Eles encontraram a energia sísmica concentrada em picos agudos entre 50 e 80 hertz e observaram, quase de passagem, que dunas como essa vinham sendo descritas havia mais de mil e quinhentos anos. Pela primeira vez, o fenômeno tinha números associados a ele. A discussão, enfim, podia ser sobre dados.

A disputa moderna: duas respostas para uma pergunta

No início dos anos 2000, a pergunta já tinha se afiado até chegar à sua forma essencial. Todos concordavam que o som começava com uma avalanche de areia seca e bem selecionada. Todos concordavam que não era o vento assobiando nem a duna inteira vibrando como um sino golpeado: dunas de tamanhos muito diferentes no mesmo local produzem a mesma nota, o que descarta que a própria duna atue como corpo ressonante. A pergunta em aberto era mais estreita e mais difícil: o que define a frequência? Dois grupos de pesquisa, trabalhando em grande parte em paralelo, chegaram a duas respostas genuinamente diferentes, e vêm discutindo o assunto desde então, nos termos mais educados e técnicos possíveis.

A resposta de Paris: os grãos mantêm o compasso uns com os outros

A primeira resposta veio de um grupo de Paris associado a Stéphane Douady e Bruno Andreotti. Em dois artigos marcantes na Physical Review Letters, o de Andreotti, “The Song of Dunes as a Wave-Particle Mode Locking”, em 2004, e o de Douady e colegas, “Song of the Dunes as a Self-Synchronized Instrument”, em 2006, eles fizeram uma afirmação de aparência radical. O som, argumentaram, é produzido pelo movimento relativo dos próprios grãos, e sua frequência é simplesmente a taxa com que os grãos da camada em fluxo colidem.

O mecanismo funciona como um ciclo de retroalimentação. À medida que a camada superficial de areia cisalha encosta abaixo, os grãos se chocam e roçam uns nos outros. Essas colisões desencadeiam vibrações elásticas tênues que se propagam pela superfície da areia. Essas vibrações, por sua vez, empurram os grãos, de modo que, em vez de colidirem ao acaso, eles passam a colidir juntos, em fase, como uma multidão sobre uma passarela pode, sem perceber, entrar no mesmo passo e fazer toda a estrutura balançar. Quando os grãos se sincronizam, seu movimento combinado e coerente impulsiona o ar acima da encosta como o cone de um enorme alto-falante, e o resultado é um tom limpo e forte, em vez de um chiado de ruído aleatório. Andreotti mediu as ondas de superfície que se afastavam de uma avalanche marroquina a cerca de 40 metros por segundo e constatou que o som saturava em torno de 105 decibéis exatamente quando a vibração se tornava forte o bastante para começar a lançar grãos para fora da camada em fluxo, um limite natural de volume embutido na física.

A frequência, nesse quadro, é determinada pela taxa de cisalhamento da avalanche, que, para grãos em fluxo, é a mesma que a sua taxa de colisão. Isso leva a uma previsão nítida: a nota deve depender do tamanho dos grãos e da atração da gravidade, e essencialmente de nada mais. Em termos explícitos, a frequência varia aproximadamente com a raiz quadrada da gravidade dividida pelo diâmetro do grão, o que se resume na relação Γ ≈ 0,4 × √(g/d), em que g é a aceleração da gravidade e d é o tamanho médio do grão, uma escala que Andreotti mediu diretamente em seu trabalho de campo de 2004 e que Dagois-Bohy e colegas confirmaram depois, tanto em avalanches de campo quanto de laboratório. Grãos maiores, nota mais grave. Nenhuma duna é necessária, apenas uma camada em cisalhamento da areia certa. Andreotti gostava de descrever o resultado como um tipo completamente novo de instrumento musical.

A resposta do Caltech: a pele da duna é um guia de ondas

A segunda resposta veio em 2007, de um grupo do Caltech, Nathalie Vriend, Melany Hunt, Robert Clayton e colegas, num artigo de título confiante, “Solving the Mystery of Booming Sand Dunes”. Eles tinham ido a campo com equipamento sísmico, do tipo que os geofísicos usam para obter imagens das camadas sob a superfície, e estenderam longas linhas de geofones sobre dunas ribombantes em Dumont, Eureka, Big Dune e Kelso. O que relataram foi uma história diferente sobre a frequência.

Uma duna, observaram eles, não é uniforme. Tem uma camada superficial de areia solta e seca sobre uma areia mais antiga e mais compactada, e as ondas sísmicas viajam mais depressa pelo material mais rígido de baixo do que pelo material solto de cima. Esse arranjo, uma camada lenta encostada em material mais rápido, é, em física, um guia de ondas. Ele pode aprisionar ondas sonoras e fazê-las ricochetear de um lado para o outro, e em certas frequências essas reflexões se reforçam mutuamente e entram em ressonância, assim como um determinado comprimento de tubo de órgão favorece uma determinada nota. A equipe do Caltech argumentou que a frequência do ribombo era fixada não pelos grãos, mas pela espessura dessa camada superficial seca: algumas dezenas de centímetros de areia solta atuando como um canal ressonante natural. Suas medições situaram as velocidades de onda relevantes perto da superfície em cerca de 200 metros por segundo.

Isso tinha um apelo explicativo real. Oferecia uma razão elegante para uma duna continuar ribombando por até um minuto depois que a avalanche cessa, o som aprisionado ainda ressoa no guia de ondas, e para o ribombo ser tão exigente quanto ao local e à estação, já que a espessura e a rigidez dessa camada superficial mudam à medida que a duna seca ou se umedece. Fazia da estrutura interna da duna, e não apenas da sua areia, o fator que importava.

A troca de argumentos

Os dois campos não se contentaram em discordar em silêncio. Em 2008, Andreotti, Lénaïc Bonneau e Éric Clément publicaram um Comentário formal na Geophysical Research Letters contestando a análise do Caltech, e o grupo de Vriend respondeu no mesmo número. A objeção de Paris, despida de sua matemática, era que o tipo de propagação sonora simples e não dispersiva que o modelo do guia de ondas supunha não se sustenta de fato numa areia solta, comprimida apenas pelo próprio peso, onde as ondas relevantes correm ao longo da superfície e se comportam de modo bem diferente. Eles argumentaram que, ao se examinarem todos os dados, a frequência do ribombo não acompanhava a frequência de ressonância prevista para a camada superficial; que mudar a forma de desencadear a avalanche não mudava a nota, como uma explicação por ressonância poderia sugerir; e que a existência de uma camada superficial seca estabelecia um limiar para o ribombo, pois é preciso haver areia seca suficiente para que as vibrações de superfície consigam se propagar, sem que a espessura dessa camada fosse o que determinava a altura do som. O grupo do Caltech, por sua vez, defendeu o guia de ondas e apontou para suas medições de campo.

O experimento que inclinou a balança

O teste mais conclusivo veio em 2012. Se o ribombo realmente precisa de uma duna estratificada por baixo para ressoar, então não deveria ser possível produzir o som sem uma. Assim, Simon Dagois-Bohy, Sylvain Courrech du Pont e Stéphane Douady pegaram areia cantante das dunas do Marrocos e de Omã e a fizeram desabar em avalanche sobre uma placa rígida no laboratório, sem nenhuma duna por baixo, em um trabalho que publicaram na Geophysical Research Letters com o título “Singing-sand avalanches without dunes”. A areia continuou cantando. Uma camada em cisalhamento dos grãos certos, fluindo sobre uma superfície rígida, produziu o tom característico sem nada para ressoar por dentro.

O mesmo estudo amarrou as pontas soltas. Confirmou que uma duna de grãos bem selecionados toca uma única nota bem definida, enquanto uma duna com ampla variação de tamanhos de grão produz o espectro ruidoso, de várias notas, ouvido em Omã, e que peneirar a areia de Omã até um único tamanho restaurou um tom puro. Cravou a frequência na relação 0,4 × √(g/d) entre altura do som e tamanho do grão. O peso das evidências apontava com firmeza para uma conclusão: o som é gerado pela sincronização dos grãos em avalanche, e nenhum ressonador é necessário para produzi-lo.

Isso não apagou o quadro do Caltech tanto quanto o deslocou e, em certo sentido, deu razão a uma intuição que o grupo de Paris havia lançado já em 2006, a de que a ressonância poderia importar, ao mesmo tempo que a tira da duna e a leva para dentro da areia em fluxo. O estado atual da questão, para ser honesto, separa duas perguntas que o debate inicial havia embaralhado. A geração do som, isto é, por que existe um tom limpo e o que define a sua altura, é mais bem explicada pela sincronização dos grãos no fluxo em cisalhamento, e esse mecanismo funciona com ou sem uma duna. Mas, em campo, numa duna de verdade do tamanho de um prédio, um guia de ondas próximo da superfície ainda pode ajudar a aprisionar, sustentar e amplificar a emissão depois de gerada, e a espessura da areia seca estabelece um limiar abaixo do qual a duna simplesmente não ribomba. Os trabalhos posteriores do grupo do Caltech, incluindo um estudo detalhado de 2015 na Physics of Fluids, traçaram uma distinção útil entre o ribombo sustentado, de tom quase único, e as rajadas curtas de banda larga que eles chamaram de arrotos, os sons em forma de pulso que se obtêm ao cisalhar brevemente a superfície com a mão, antes que uma avalanche completa se fixe numa nota estável. Se a camada superficial desempenha algum papel na fixação da frequência em campo continua em disputa, e provavelmente é secundário. Muita coisa sobre o acoplamento microscópico que faz os grãos entrarem em compasso ainda é desconhecida, e o mesmo vale para o mistério mais profundo de por que duas areias quimicamente quase idênticas podem diferir tanto, uma cantando e a outra permanecendo muda.

Vale a pena parar um instante para notar como isso é incomum. Na maior parte da física moderna, o “o quê” e o “porquê” chegam juntos. Aqui, os cientistas podem dizer com confiança o que define a nota, o tamanho dos grãos, enquanto ainda discutem exatamente por que o tamanho do grão deveria importar da maneira como importa, e o que a estrutura da duna acrescenta. A areia guardou um de seus segredos mesmo depois de entregar o principal.

Por que uma duna que zumbe merece o tempo de um físico

Seria fácil arquivar tudo isso na categoria do encantamento inofensivo: um ruído estranho num lugar estranho, explicado, fim. Mas as dunas cantantes ficam na interseção de várias coisas que os cientistas querem muito entender, e é por isso que pesquisadores sérios continuam voltando a elas com sismômetros e câmeras de alta velocidade.

A primeira é a física do escoamento granular, um dos problemas genuinamente difíceis e não resolvidos da física cotidiana. Uma pilha de areia pode ficar parada como um sólido, escorrer como um líquido e se agitar em rajadas como um gás, às vezes no mesmo segundo, e ainda nos falta uma teoria completa que dê conta dos três comportamentos. Uma duna que ribomba é um fluxo granular que se organizou espontaneamente num movimento coerente e de grande escala, milhões de grãos independentes se comportando, por um instante, como um só. Esse tipo de sincronização emergente, em que interações locais se somam num único ritmo coletivo, aparece em toda a natureza, dos vaga-lumes que piscam ao balançar de pontes lotadas, e as dunas são um caso raro em que se pode ouvir o fenômeno acontecer e medi-lo com nitidez. A mesma família de física está por trás das avalanches e dos deslizamentos de terra que matam pessoas, e entender quando uma encosta granular passa de um rastejamento silencioso a um movimento súbito e coerente não é uma questão acadêmica numa montanha acima de uma cidade.

O trabalho fundador de Bagnold sobre como os grãos saltam e se arrastam continua sendo a base de todo modelo de como os desertos se movem, de como as tempestades de poeira carregam a atmosfera e de como litorais e terras agrícolas perdem seu solo para o vento. As dunas que cantam são simplesmente os membros mais teatrais de uma família de processos, os processos eólicos, que remodelam silenciosamente um quinto da superfície do planeta.

E há ainda o resto do Sistema Solar, porque a Terra está longe de ser o único mundo com dunas.

Dunas em outros mundos

Marte está coberto de dunas. Sondas em órbita fotografaram barcanas, cristas transversais, dunas lineares e grandes pilhas em forma de estrela que pareceriam perfeitamente à vontade no Saara, e as câmeras de alta resolução da Mars Reconnaissance Orbiter, da NASA, as flagraram em movimento: ondulações migrando, faces de deslizamento avançando, areia se deslocando visivelmente sob o ar rarefeito atual do planeta. As dunas são feitas sobretudo de grãos vulcânicos escuros, e não de quartzo claro, e a atmosfera marciana tem menos de um centésimo da densidade da nossa, de modo que a física de como um grão quica e de como o som se acopla ao ar é, em ambos os casos, muito diferente de tudo o que existe na Terra. Ninguém jamais registrou uma duna marciana cantando, e saber se alguma poderia é uma pergunta em aberto, não uma descoberta. É um pensamento tentador, e deve ser rotulado exatamente assim: um pensamento.

Ainda mais estranha é Titã, a lua gigante de Saturno. Quando a sonda Cassini voltou seu radar, capaz de atravessar nuvens, para Titã em 2006, encontrou vastos campos de dunas longas e paralelas que envolvem o equador da lua, algumas com uns dois quilômetros de largura e cerca de cem metros de altura, avançando por centenas de quilômetros de terreno. São dunas na forma, mas não na substância: Titã é frio demais para que rocha se intemperize em areia de quartzo, e suas dunas parecem ser construídas de grãos de material orgânico sólido, fuligem de hidrocarbonetos e gelo, a precipitação congelada de uma atmosfera repleta de metano e de química complexa do carbono. Curiosamente, as dunas correm na direção oposta à dos ventos superficiais dominantes e suaves de Titã, um enigma que os cientistas atribuíram a inversões breves e mais fortes do vento por volta dos equinócios da lua.

Uma duna alienígena poderia cantar? Em princípio, talvez: uma encosta suficientemente seca, bem selecionada e em avalanche, feita dos grãos certos, poderia se sincronizar em qualquer mundo com gravidade e atmosfera. Na prática, é pura especulação, nunca observada em nenhum corpo além do nosso. O que as dunas extraterrestres realmente oferecem é uma comparação. Pegue o mesmo processo básico, o vento selecionando e empilhando grãos soltos, e execute-o sob um décimo da gravidade da Terra, num quase vácuo, ou com hidrocarbonetos congelados a 180 graus abaixo de zero, e você descobre quais características de uma duna são universais e quais são acidentes de estar na Terra. O canto é, até onde sabemos, um dos talentos peculiares do nosso planeta.

Em pé sobre uma duna cantante

Vá ouvir uma, se algum dia tiver a chance, e a ciência tornará a experiência mais rica, e não menor. Você sobe pelo lado de barlavento, que é a encosta fácil, com os pés afundando e a areia escorregando de volta sob você. Na crista, passa para a face íngreme de sotavento, aquela mantida à beira do colapso, senta-se e começa a deslizar. Por um instante, há apenas o frescor da areia seca cedendo sob o corpo. Então o chão sob você começa a vibrar, a nota sobe da encosta, e a colina inteira zumbe um acorde grave que você sente no esterno. Você não está ouvindo espíritos, nem sinos enterrados, nem uma colina que berra. Você está ouvindo algumas centenas de milhões de grãos de quartzo, selecionados num único tamanho por dez mil anos de vento, entrarem brevemente em compasso e tocarem a única nota que ensaiaram.

Marco Polo ouviu e recorreu ao sobrenatural. Darwin ouviu falar e, como ele mesmo admitiu, não prestou atenção suficiente. Bagnold ouviu e começou a fazer as contas. Foram necessários quase dois séculos, dois grupos de pesquisa teimosos e uma bandeja de areia deslizando sobre uma placa nua de laboratório para descobrir que o som mais sinistro do deserto é também um dos mais banais: atrito, gravidade e tamanho de grão, organizados por um minuto em música. Os Fremen de Herbert tinham entendido exatamente o contrário. Andavam sem ritmo para manter o deserto em silêncio e o monstro longe. Fique de pé na duna certa numa tarde seca, deixe a encosta encontrar o seu ritmo, e a única coisa que sobe da areia é uma nota única, sustentada, impossivelmente grave: o deserto, por um minuto, tocando a si mesmo.

Perguntas frequentes

Por que as dunas de areia fazem barulho?

Uma grande duna ribomba quando uma camada de areia seca e bem selecionada desce em avalanche por sua íngreme face de sotavento. À medida que os grãos cisalham uns sobre os outros, eles entram em movimento sincronizado, colidindo em fase e não ao acaso, e esse movimento coerente impulsiona o ar como um alto-falante, produzindo um tom forte e grave. Não é o vento assobiando, nem a duna inteira vibrando como um sino; é o movimento organizado dos próprios grãos em avalanche.

Que nota cantam as dunas cantantes?

Em geral, uma única nota grave entre cerca de 70 e 105 hertz, aproximadamente duas oitavas abaixo do dó central do piano, nas regiões mais graves da extensão de um violoncelo. A altura exata depende principalmente do tamanho dos grãos de areia: as dunas perto de Tarfaya, no Marrocos, mantêm um tom próximo de 105 Hz (cerca de um sol sustenido grave), enquanto o Sand Mountain, em Nevada, retumba em tom mais grave, entre 50 e 80 Hz. Dunas com ampla variação de tamanhos de grão, como as de Omã, podem soar várias notas ao mesmo tempo.

A areia cantante é perigosa?

O som em si é inofensivo, embora, com até cerca de 105 decibéis, seja alto o bastante para ser sentido como vibração no peito. O verdadeiro perigo é a avalanche que o produz: provocar o ribombo significa pôr deliberadamente em movimento uma face de deslizamento íngreme e instável, portanto trate a face de uma grande duna com a cautela que você teria em qualquer encosta solta.

Por que a areia silencia quando chove ou no inverno?

Por que a areia silencia quando chove ou no inverno?

O ribombo exige areia completamente seca. Mesmo um vestígio de umidade faz os grãos grudarem em vez de deslizarem livremente, o que os impede de se sincronizar, de modo que uma duna que ribomba durante todo o verão pode ficar em silêncio por meses depois de uma tempestade, até que a água retida finalmente seque.

Qual é a diferença entre areia que canta e areia que chia?

São parentes, mas distintas. A areia que chia ou assobia é o som curto e agudo (muitas vezes acima de 500 Hz) que se consegue arrancar de certas praias secas ao caminhar sobre elas. A areia que ribomba ou canta é o raro fenômeno das dunas de deserto: um tom sustentado e de altura muito mais grave (70–105 Hz), desencadeado por uma avalanche de areia, alto o bastante para ser ouvido a quilômetros de distância. As Barking Sands do Havaí e as Whistling Sands do País de Gales são praias que chiam; Tarfaya e o Sand Mountain são dunas que ribombam.

Outros planetas têm areia cantante?

Outros mundos certamente têm dunas: Marte tem dunas de areia ativas que sondas em órbita já viram se mover, e Titã, a lua de Saturno, tem vastos campos de dunas formados por grãos orgânicos congelados. Mas nenhum “canto” jamais foi observado fora da Terra. Saber se uma duna alienígena poderia ribombar é uma pergunta em aberto e inteiramente especulativa; a gravidade, as atmosferas e os materiais dos grãos, todos diferentes, mudariam tanto o modo como a areia se move quanto o modo como o som viaja pelo ar.

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Se você achou isso fascinante, talvez goste também de nossos textos sobre por que a lava em resfriamento se fratura em colunas hexagonais, a lenta química do verniz do deserto e a geologia por trás do “Olho do Saara”, o alvo do Saara. Para a pesquisa primária por trás deste artigo, veja o artigo do Caltech na Geophysical Research Letters, de acesso aberto, a visão geral sobre dunas ribombantes publicada na Annual Review of Earth and Planetary Sciences e o JPL Photojournal, da NASA, para imagens de dunas em Marte e Titã. Para os fundamentos de como a areia transportada pelo vento se comporta, a visão geral dos processos eólicos do U.S. Geological Survey é um bom ponto de partida.