Het hardste geluid ter wereld zou je ter plekke doden

De vragen die kinderen stellen over wetenschap zijn niet altijd gemakkelijk te beantwoorden. Soms leiden hun kleine hersentjes naar grote plaatsen die volwassenen vergeten te verkennen. Met dat in gedachten zijn we een serie begonnen onder de titel Wetenschapsvragen van een kleuter, waarin we de nieuwsgierigheid van kinderen gebruiken als uitgangspunt om wetenschappelijke wonderen te onderzoeken waar volwassenen niet eens aan denken. De antwoorden zijn voor volwassenen, maar ze zouden niet mogelijk zijn zonder de verwondering die alleen een kind kan brengen. Ik wil dat de peuters in je leven er deel van uitmaken! Stuur me hun wetenschapsvragen en ze kunnen dienen als inspiratie voor een column. En nu, onze peuter …

Q: Ik wil horen wat het hardste ding ter wereld is! – Kara Jo, 5 jaar

Nee. Nee, dat wil je echt niet. Weet je, zelfs wij volwassenen vergeten dat geluid niet zomaar een regenboog van glitter is die rondzweeft zonder verband met de fysieke wereld. Geluid is mechanisch. Een geluid is een duw – een kleine, een tik op het strak gespannen membraan van je trommelvlies. Hoe harder het geluid, hoe zwaarder de klop. Als een geluid hard genoeg is, kan het een gat in je trommelvlies scheuren. Als een geluid hard genoeg is, kan het als een linebacker op je inbeuken en je plat op je kont slaan. Als de schokgolf van een bom een huis platgooit, is dat geluid dat bakstenen uit elkaar trekt en glas versplintert. Geluid kan dodelijk zijn.

Het oplossen van de kubus van Rubik is sinds de jaren ’80 veel sneller geworden

Kijk eens naar dit stukje geschiedenis: Op de ochtend van 27 augustus 1883 hoorden veeboeren in een schapenkamp buiten Alice Springs, Australië, een geluid als twee schoten uit een geweer. Op dat moment blies het Indonesische vulkaaneiland Krakatoa zich 233 km verderop in stukken. Wetenschappers denken dat dit waarschijnlijk het hardste geluid is dat mensen ooit nauwkeurig hebben gemeten. Niet alleen zijn er gegevens van mensen die het geluid van de Krakatoa duizenden kilometers verderop hebben gehoord, er is ook fysiek bewijs dat het geluid van de explosie van de vulkaan meerdere malen over de hele wereld heeft gereisd.

Nou, niemand hoorde de Krakatoa in Engeland of Toronto. Er was geen “boom” hoorbaar in St. Petersburg. In plaats daarvan registreerden die plaatsen pieken in de atmosferische druk – de lucht zelf die zich aanspande en vervolgens met een zucht weer losliet, toen de geluidsgolven van de Krakatoa er doorheen gingen. Er zitten twee belangrijke lessen in over geluid: Ten eerste, je hoeft het luidste ding ter wereld niet te kunnen zien om het te kunnen horen. Ten tweede, alleen omdat je een geluid niet kunt horen betekent niet dat het er niet is. Geluid is krachtig en alomtegenwoordig en het omringt ons de hele tijd, of we ons er nu van bewust zijn of niet.

In het algemeen is onze wereld veel drukker dan we denken dat hij is. We leven allemaal alsof we Maria von Trapp zijn, zwaaiend met onze armen in het rond in een leeg veld. In werkelijkheid zijn we meer als forenzen in de metro om 5 uur ’s middags – in alle richtingen ingesloten door de moleculen die de lucht om ons heen vormen. Knip met je vingers en je duwt de deeltjes naast je heen en weer. Als ze wiebelen, botsen ze tegen de deeltjes naast hen, die op hun beurt de deeltjes naast hen heen en weer bewegen.

Deze wiebelingen zijn wat de barometers van de wereld maten in de nasleep van de uitbarsting van de Krakatau. Nogmaals, denk aan een overvolle treinwagon. Als u de persoon die naast u staat een heupcontrole zou geven – wat ik niet aanbeveel – zou hij zich ontspannen en zich van u verwijderen. Daarbij zouden ze waarschijnlijk tegen de volgende persoon opbotsen, die zich zou opspannen en van hem weg zou schuiven. (Er zouden ook woorden worden gewisseld, maar dat is noch relevant voor ons gedachte-experiment, noch kindvriendelijk). Intussen is de oorspronkelijke persoon waar je tegenaan botste, ontspannen. Het patroon reist door de menigte – hobbel-spannende-wiebel-zucht, hobbel-spannende-wiebel-zucht.

Zo ziet een geluidsgolf eruit. Het is ook de reden waarom je geen geluiden hoort in de ruimte. In het luchtledige zijn is als in een lege wagon – er is geen moleculair medium waar het patroon van beweging, spanning en loslaten doorheen kan reizen. Evenzo verplaatst geluid zich in water een beetje anders dan in lucht, omdat de moleculen in water dichter opeengepakt zijn – een metro in Tokio vergeleken met een metro in New York.

Het luidste dier op aarde zou bijvoorbeeld wel eens in de oceaan kunnen leven. Potvissen gebruiken echolocatie om te navigeren, vergelijkbaar met wat vleermuizen gebruiken – ze maken een klikkend geluid en kunnen erachter komen wat er in de buurt is door de manier waarop die geluidsgolf op objecten weerkaatst en naar hen terugkeert. De klik van een potvis is 200 decibel, de eenheid die wordt gebruikt om de intensiteit van een geluid te meten, aldus Jennifer Miksis-Olds, universitair hoofddocent akoestiek aan Penn State. Om je een idee te geven van de schaal: het hardste geluid dat de NASA ooit heeft opgenomen was de eerste trap van de Saturnus V raket, die 204 decibel produceerde.

Maar de walvis is niet echt zo luid als de raket, vertelde ze me. Omdat water dichter is dan lucht, wordt geluid in water gemeten op een andere decibelschaal. In lucht zou de potvis nog steeds extreem luid zijn, maar aanzienlijk minder – 174 decibel. Dat komt ongeveer overeen met de decibelniveaus die zijn gemeten bij de dichtstbijzijnde barometer, op 100 mijl afstand van de Krakatau-uitbarsting, en is luid genoeg om de trommelvliezen van mensen te doen scheuren. Het volstaat te zeggen dat u waarschijnlijk niet veel tijd wilt doorbrengen met het zwemmen met de potvissen.

Omdat geluid alles te maken heeft met de beweging van onzichtbare objecten, is het ook mogelijk dat die beweging gebeurt en dat je het niet hoort. Dat komt omdat de moleculen precies goed moeten wiebelen als ze ons trommelvlies raken. Als de beweging te langzaam of te snel door de massa moleculen gaat, kan ons lichaam die beweging niet omzetten in signalen die onze hersenen begrijpen. Dit wordt frequentie genoemd, en het wordt gemeten in hertz. Mensen kunnen een vrij breed bereik horen – 64 hertz tot 23.000 hertz.1

Maar hertz en decibels staan los van elkaar. Een geluid kan heel hard zijn en toch een frequentie hebben die wij niet kunnen horen. Dat is wat er na de uitbarsting van de Krakatau tot in Engeland en verder reisde: geluidsgolven die voor mensen onhoorbaar waren. Omdat geluidsgolven met een extreem lage frequentie veel, veel verder kunnen reizen dan hogere frequenties, zijn het specifiek geluiden met een lage frequentie die dit soort epische reizen kunnen maken. Wetenschappers noemen dit infrageluid, en ze luisteren ernaar, om een heleboel redenen. De Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization heeft 60 meetstations in 35 landen en gebruikt infrageluid om illegale nucleaire detonaties op te sporen. De USArray, die wordt beheerd door een consortium van universiteiten en overheidsinstanties, meet infrageluid over het gehele Noord-Amerikaanse continent als een manier om meer te leren over seismologie. Beide netwerken maken gebruik van microbarometers en microfoons voor lage frequenties, waarmee ze het moderne infrageluid op dezelfde manier traceren als wetenschappers ooit het infrageluid van de Krakatau hebben getraceerd.

En er zijn heel veel geluiden te traceren, aldus Michael Hedlin. Hij en zijn vrouw, Catherine de Groot-Hedlin, leiden het Scripps Institution of Oceanography’s Laboratory for Atmospheric Acoustics en bestuderen infrageluidgegevens. Hedlin kan die gegevens verwerken – in wezen alleen maar versnellen – zodat ze voor menselijke oren hoorbaar worden. Spookgeluiden worden vlees.

Hedlin’s sensoren horen onweersbuien honderden kilometers verderop. Ze horen de geluiden van de kolenmijnbouw in de volgende staat. En dan zijn er nog de meer constante geluiden. De wind waait. Golven op de oceaan slaan tegen elkaar. De onhoorbare signalen reizen honderden kilometers, soms duizenden. Toen ik hem belde vanuit het aan zee grenzende Minneapolis, zei Hedlin tegen me: “Je wordt waarschijnlijk ondergedompeld in oceaangeluiden die je niet kunt horen.”

Milton Garces, de directeur van het Infrasound Laboratory van het Hawai’i Institute of Geophysics and Planetology, was het daarmee eens. In het bijzonder vertelde hij mij dat twee geluiden interfereren met het Nuclear Test-Ban Treaty netwerk, omdat ze zo constant, zo alomtegenwoordig en zo luid zijn. Het eerste is het microbaroom, dat ontstaat aan de rand van stormen op zee, wanneer twee oceaangolven die in tegengestelde richting reizen elkaar ontmoeten en elkaar versterken tot een golf die groter is dan elk van beide afzonderlijk. Het andere geluid is gewoon het geluid van de wind – die infrageluiddecibelniveaus kan bereiken die gelijkwaardig zijn aan die van een motorfiets. “We hebben onze gehoordrempel ontwikkeld zodat we niet gek worden,’ zei Garces. “Als we gehoorverlies hadden in die band zou het moeilijk zijn om te communiceren. Het is er altijd.”

Zelfs met die bescherming, kunnen extreem luide infrageluiden nog steeds een impact hebben op ons lichaam. Mensen die worden blootgesteld aan infrageluid van meer dan 110 decibel ervaren veranderingen in hun bloeddruk en ademhalingsfrequentie. Ze worden duizelig en hebben moeite hun evenwicht te bewaren. In 1965 bleek uit een experiment van de luchtmacht dat mensen die gedurende 90 seconden werden blootgesteld aan infrageluid in het bereik van 151-153 decibel, hun borstkas onbewogen begonnen te voelen bewegen. Bij voldoende decibel kunnen de atmosferische drukveranderingen van infrageluid longen opblazen en leeg laten lopen, en zo effectief dienen als een middel tot kunstmatige ademhaling.

En dat, Kara Jo, is waarom ik je vraag niet wil beantwoorden zonder je ook te vertellen over het hardste geluid dat je niet kunt horen. Dat is de meteoor van Chelyabinsk, die op 15 februari 2013 boven Zuid-Rusland, bij de grens tussen Europa en Azië, explodeerde. Sensoren van het kernstopverdrag pikten het infrageluid op meer dan 9.000 mijl van de bron op en de geluidsgolven cirkelden over de aardbol. De dichtstbijzijnde sensor was 435 mijl ver weg, vertelde Garces, en zelfs op die afstand bereikte het decibelniveau van het infrageluid 90. Het blijkt dat dingen niet “boem” hoeven te zeggen om boem te worden.