Maailman äänekkäin ääni tappaisi sinut siihen paikkaan

Lapset kysyvät tieteestä, eikä niihin ole aina helppo vastata. Joskus heidän pienet aivonsa voivat johtaa suuriin paikkoihin, joita aikuiset unohtavat tutkia. Tätä silmällä pitäen olemme aloittaneet sarjan nimeltä Tiedekysymys pikkulapselta, jossa lasten uteliaisuutta käytetään lähtökohtana tutkiessamme tieteellisiä ihmeitä, joita aikuiset eivät edes ajattele kysyä. Vastaukset ovat aikuisia varten, mutta ne eivät olisi mahdollisia ilman sitä ihmettelyä, jota vain lapsi voi tuoda mukanaan. Haluan, että elämäsi taaperot ovat mukana! Lähetä minulle heidän tiedekysymyksiään, ja ne voivat toimia inspiraationa kolumniin. Ja nyt meidän taaperomme …

K: Haluan kuulla, mikä on maailman äänekkäin asia! – Kara Jo, 5 vuotta

Ei, et todellakaan halua. Katsos, äänessä on eräs asia, jonka jopa me aikuiset unohdamme helposti – se ei ole mikään ympäriinsä leijuva kimalteleva sateenkaari, jolla ei ole mitään yhteyttä fyysiseen maailmaan. Ääni on mekaaninen. Ääni on tönäisy – vain pieni tönäisy, napautus tiukasti venytettyyn tärykalvoon. Mitä kovempi ääni, sitä voimakkaampi koputus. Jos ääni on tarpeeksi kova, se voi repiä reiän tärykalvoon. Jos ääni on tarpeeksi kova, se voi syöksyä sinuun kuin linebacker ja tyrmätä sinut takapuoleesi. Kun pommin paineaalto tasoittaa talon, ääni repii tiiliä ja lasinsiruja. Ääni voi tappaa sinut.

Rubikin kuution nopeusratkaisu on nopeutunut dramaattisesti 80-luvulta lähtien

Huomioi tämä pala historiaa: Elokuun 27. päivän aamuna 1883 karjatilalliset lammasleirillä Alice Springsin ulkopuolella Australiassa kuulivat äänen, joka muistutti kahta kiväärin laukausta. Juuri sillä hetkellä indonesialainen tulivuorisaari Krakatoa räjäytti itsensä kappaleiksi 2233 kilometrin päässä. Tutkijat uskovat, että tämä on luultavasti kovaäänisin ääni, jonka ihminen on koskaan mitannut tarkasti. Sen lisäksi, että on olemassa tallenteita siitä, että ihmiset kuulivat Krakatoan äänen tuhansien kilometrien päässä, on myös fyysisiä todisteita siitä, että tulivuoren räjähdyksen ääni kulki useita kertoja maapallon ympäri.

Nyt kukaan ei kuullut Krakatoaata Englannissa tai Torontossa. Pietarissa ei kuulunut ”pamausta”. Sen sijaan näissä paikoissa havaittiin piikkejä ilmakehän paineessa – itse ilma jännittyi ja sitten vapautui huokaisten, kun Krakatoan ääniaallot kulkivat sen läpi. Siinä on kaksi tärkeää opetusta äänestä: Ensinnäkin, sinun ei tarvitse nähdä maailman äänekkäintä asiaa, jotta voit kuulla sen. Toiseksi, se, että ääntä ei voi kuulla, ei tarkoita, ettei sitä olisi olemassa. Ääni on voimakas ja läpitunkeva, ja se ympäröi meitä koko ajan, olimmepa siitä tietoisia tai emme.

Yleisesti ottaen maailmamme on paljon ruuhkaisempi kuin luulemme sen olevan. Me kaikki elämme elämää kuin olisimme Maria von Trapp, joka heiluttelee käsiään tyhjällä pellolla. Todellisuudessa olemme pikemminkin kuin työmatkalaisia metrossa kello 17.00 – meitä ympäröivän ilman muodostavien molekyylien saartamina joka suunnasta. Kun napsautat sormiasi, tönäiset vieressäsi olevia hiukkasia. Kun ne heiluvat, ne törmäävät vieressä oleviin hiukkasiin, jotka puolestaan työntävät vieressä olevia hiukkasia.

Näitä heilahduksia maailman ilmapuntarit mittasivat Krakatoa-purkauksen jälkeen. Ajattele taas, että olet täpötäydessä junavaunussa. Jos lonkkatarkastaisit vieressäsi seisovan henkilön – mitä en suosittele – hän jännittyisi ja siirtyisi kauemmas sinusta. Samalla hän luultavasti törmäisi seuraavaan henkilöön, joka jännittyisi ja siirtyisi poispäin. (Myös sanoja vaihdettaisiin, mutta se ei ole ajatuskokeilumme kannalta olennaista eikä lapsiystävällistä.) Sillä välin kuitenkin se alkuperäinen henkilö, johon törmäsit, on nyt rentoutunut. Kuvio kulkee väkijoukon läpi – töyssy-kireä-huikkaus-huokaus, töyssy-kireä-huikkaus-huokaus.

Siltä ääniaalto näyttää. Se on myös syy, miksi avaruudessa ei kuule ääniä. Tyhjiössä oleminen on kuin tyhjässä metrovaunussa – siellä ei ole molekyylimediaa, jonka läpi liikkeen, jännityksen ja vapautumisen kuvio kulkisi. Samoin ääni kulkee vedessä hieman eri tavalla kuin ilmassa, koska vedessä molekyylit ovat tiiviimmin pakkautuneita – Tokion metrovaunu verrattuna New Yorkin metrovaunuun.

Vaikkapa maapallon äänekkäin eläin saattaa itse asiassa elää meressä. Spermavalaat käyttävät suunnistamiseen kaikuluotainta, joka on samankaltainen kuin lepakoilla – ne pitävät naksuvaa ääntä ja pystyvät päättelemään, mitä ympärillä on, sen perusteella, miten ääniaalto kimpoaa esineistä ja palaa niihin. Siittiövalaan naksahdus on 200 desibeliä, joka on äänen voimakkuuden mittaamiseen käytetty yksikkö, sanoo Jennifer Miksis-Olds, Penn Staten akustiikan apulaisprofessori. Jotta saisit käsityksen asteikosta, kovin NASA:n koskaan tallentama ääni oli Saturn V -raketin ensimmäinen vaihe, jonka ääni oli 204 desibeliä.

Mutta valas ei oikeastaan ole yhtä kovaääninen kuin raketti, hän kertoi minulle. Koska vesi on tiheämpää kuin ilma, ääni vedessä mitataan eri desibeliasteikolla. Ilmassa siitinvalas olisi edelleen erittäin kovaääninen, mutta huomattavasti hiljaisempi – 174 desibeliä. Se vastaa suunnilleen lähimmillään 100 kilometrin päässä Krakatoan purkauksesta mitattua barometrin desibelitasoa, ja se on riittävän kova puhkaisemaan ihmisten tärykalvot. Riittää, kun sanotaan, että et luultavasti halua viettää paljon aikaa spermavalaiden kanssa uiden.

Koska ääni on näkymättömien kohteiden liikettä, on myös mahdollista, että tuo liike tapahtuu ja sinä et kuule sitä. Se johtuu siitä, että molekyylien on heilahdettava juuri oikein, kun ne osuvat tärykalvoomme. Jos liike kulkee molekyylien joukossa liian hitaasti tai liian nopeasti, kehomme ei pysty siirtämään liikettä signaaleiksi, joita aivomme ymmärtävät. Tätä kutsutaan taajuudeksi, ja se mitataan hertseinä. Ihminen voi kuulla melko laajalla alueella – 64 hertsistä 23 000 hertsiin.1

Mutta hertsit ja desibelit ovat toisistaan riippumattomia. Ääni voi olla erittäin kovaääninen ja silti olla taajuudella, jota emme kuule. Juuri se kulkeutui Englantiin asti ja kauemmas Krakatoa-purkauksen jälkeen: ääniaaltoja, jotka eivät olleet ihmisten kuultavissa. Koska erittäin matalataajuiset ääniaallot voivat kulkea paljon, paljon kauemmas kuin korkeammat taajuudet, juuri matalataajuiset äänet voivat tehdä tällaisia eeppisiä matkoja. Tutkijat kutsuvat tätä infraääneksi, ja he kuuntelevat sitä monista syistä. Ydinkoekieltosopimusjärjestöllä (Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization) on 60 seuranta-asemaa 35 maassa, ja se käyttää infraääntä havaitakseen laittomat ydinräjäytykset. Yliopistojen ja valtion virastojen muodostaman yhteenliittymän hallinnoima USArray mittaa infraääntä koko Pohjois-Amerikan mantereella seismologian oppimiseksi. Molemmissa verkoissa käytetään mikrobarometrejä ja matalataajuusmikrofoneja, joilla seurataan nykyaikaista infraääntä samalla tavalla kuin tutkijat aikoinaan seurasivat Krakatoan aiheuttamaa infraääntä.

Ja seurattavia ääniä on paljon, paljon, sanoi Michael Hedlin. Hän ja hänen vaimonsa Catherine de Groot-Hedlin johtavat Scripps Institution of Oceanographyn ilmakehän akustiikan laboratoriota ja tutkivat infraäänitietoja. Hedlin voi käsitellä tätä dataa – periaatteessa vain nopeuttaa sitä – niin, että siitä tulee ihmiskorvan kuultavaa. Ghost sounds made flesh.

Hedlinin anturit kuulevat ukkosmyrskyt, jotka riehuvat satojen kilometrien päässä. Ne kuulevat hiilikaivostoiminnan äänet, kun se tapahtuu seuraavassa osavaltiossa. Ja sitten on niitä pysyvämpiä ääniä. Tuuli puhaltaa. Meren aallot lyövät toisiaan. Äänettömät signaalit kulkevat satoja, joskus tuhansia kilometrejä. Kun soitin hänelle Minneapolisin sisämaasta, Hedlin sanoi minulle: ”Olet luultavasti uppoutunut meren ääniin, joita et kuule.”

Milton Garces, Havaijin geofysiikan ja planetologian instituutin infraäänilaboratorion johtaja, oli samaa mieltä. Hän kertoi minulle erityisesti, että kaksi ääntä häiritsee ydinkoekieltosopimuksen verkostoa, koska ne ovat niin jatkuvia, niin läpitunkevia ja niin kovia. Ensinnäkin mikrobaromit, joita esiintyy merellä myrskyjen reunoilla, kun kaksi vastakkaisiin suuntiin kulkevaa valtameren aaltoa kohtaavat ja voimistavat toisiaan aalloksi, joka on suurempi kuin kumpikaan yksinään. Toinen on pelkkä tuulen ääni, joka voi saavuttaa moottoripyörän ääniä vastaavan infraäänen desibelitason. ”Kehitimme kuulokynnyksemme, jotta emme sekoaisi”, Garces kertoi minulle. ”Jos meillä olisi kuulokynnys tuolla taajuusalueella, olisi vaikea kommunikoida. Se on aina olemassa.”

Sen suojauksen jälkeenkin äärimmäisen kovat infraäänet voivat silti vaikuttaa kehoomme. Yli 110 desibelin infraäänille altistuneet ihmiset kokevat muutoksia verenpaineessaan ja hengitystaajuudessaan. Heitä huimaa ja heillä on vaikeuksia pitää tasapainoaan yllä. Vuonna 1965 ilmavoimien kokeessa havaittiin, että ihmiset, jotka altistuivat 151-153 desibelin infraäänille 90 sekunnin ajan, alkoivat tuntea rintakehänsä liikkuvan hallitsemattomasti. Tarpeeksi korkeilla desibeleillä infraäänen aiheuttamat ilmanpaineen muutokset voivat puhaltaa ja tyhjentää keuhkoja, mikä toimii tehokkaasti keinohengityksen välineenä.

Ja siksi, Kara Jo, en halua vastata kysymykseesi kertomatta sinulle myös kovimmasta äänestä, jota et voi kuulla. Se olisi Tšeljabinskin meteori, joka räjähti taivaalla Etelä-Venäjän yllä, lähellä Euroopan ja Aasian rajaa, 15. helmikuuta 2013. Testikieltosopimuksen anturit havaitsivat infraäänen yli 9 000 kilometrin päässä lähteestä, ja ääniaallot kiersivät maapallon. Lähin anturi oli 435 kilometrin päässä, Garces kertoi minulle, ja silläkin etäisyydellä infraäänen desibelitaso oli 90 desibeliä. Kävi ilmi, että asioiden ei tarvitse sanoa ”boom” räjähtääkseen.