能量10000倍于原子弹的火山爆发，发出的声音有多
本文转载自公众号SME科技故事
大家应该都知道蒙克那副魔性的《呐喊》吧。我们今天关于“声音”的话题，就从这幅名画开始吧。
蒙克的《呐喊》
人类很容易过度解读艺术和文学作品背后蕴含的意义。于是，“蓝色的窗帘”就成了一个戏谑过度解读的梗。
蒙克的作品大多是表现主义，对于《呐喊》不少艺术家亦认为血橙色的天空和扭曲的线条，是蒙克内心压抑与恐惧的表现。
但是，《呐喊》很可能是一副写实成分很重的作品，灵感来源于一场火山爆发。
1883年印尼喀拉喀托火山大爆发 图源维基百科
Part.1
撕裂天空，并让画中男子发出尖锐呐喊的，其实是1883年8月27日的印尼喀拉喀托（krakatoa）火山大爆发。
这是近代史上，最大规模的火山爆发之一。尽管画中男子身处挪威，但这次火山喷发威力实在惊人，并带来了全球连锁的天气异象。
在世界范围内，各处的天空在好几个月内都出现了壮观的橘红色日落景象。而除了蒙克的《呐喊》以外，英国画家威廉·阿斯克罗夫特就一共创作了500多副日落的画作。
威廉·阿斯克罗夫特1883年的画作，他的一系列日落作品成了科学家研究喀拉喀托火山爆发的材料
除了影响文艺创作，这场火山爆发，还引起了一场致命海啸。高达30米的海浪，把165个沿海村庄被冲毁，共造成36417人死亡。
火山爆发之后，喀拉喀托岛几乎被夷为平地，只剩下南边的三分之一。
第二年，北半球夏季平均气温就直接下降了1.2摄氏度。当时，大量的火山灰混入大气中，过滤掉了大量地球表面的太阳辐射。直到1888年，全球气候才恢复了正常。
虚线部分是1883年8月26日火山爆发前的陆地
而这场惊天地泣鬼神的火山爆发，也发出了人类历史上可观测到的最大的声音。当时，全球十三分之一的区域，都听到了喀拉喀托岛发出的响声。
如果你在广州跟别人说，自己听到了北京传来的声音，别人一定以为你在做梦。但据纪录显示，喀拉喀托火山爆发时，5000公里开外的地方都能听到声音。要知道，从广州到北京的直线距离，不过2000公里。也就是说，这次火山爆发的声音，传了2.5倍的广州到北京的直线距离。
在距离喀拉喀托火山的160公里处，其音量仍然高达到了172分贝。这已是一种难以想象的巨大声音。绝大多数人这一辈子，都没有体会过。
那在更靠近喀拉喀托火山的地方，声音听起来是怎样的？这个地球上最大的声音，究竟有多大？另外，声音真的能杀死人吗？
Part.2
说到声音的单位，很多人第一时间想到的就是分贝（decibel，简写为dB）。其中deci-表示十分之一，-bel则是“贝尔”，以美国发明家亚历山大·格雷厄姆·贝尔的名字命名。
亚历山大·格雷厄姆·贝尔，电话的发明者
但分贝，并非是一个直接描述声音强度的物理量，和描述时间的秒、或描述长度的米等不同。因为，人能听到声音，必须涉及到双耳的主观感受。
声音由物体的振动产生，一切发声的物体都在振动。不过，振动的物体不一定就能发声，因为声音的传递需要介质。我们之所以能听到声音，是因为空气中的空气分子的振动传到了我们双耳。
当声音在空气中传递时，周围气压就会发生改变。所以，用于描述声音大小的物理量应该是声压，单位为帕斯卡（Pa）。
当造成更大压力变化，人耳能感受的声音响亮度则更高，而造成较小的压力变化，人耳能感受的声音响亮度则更弱。
正常人耳，能够听到的最微弱的声音，也即感受到最小的声压变化就叫做“听觉阈值”。例如，在1个标准大气静压强的情况下，当声压超过20μPa，大概是一只蚊子在3米外飞，人类双耳就能感受到了。
但一米外的一个气球爆炸，其声压却能达到了731Pa，一米外步枪射击声压则达到了7270Pa。从这里，我们也可以看出声压的变化范围是非常大的，自然界中的绝对声压差就达到了1000万倍。
所以，用帕斯卡（Pa）来表达声音或噪音强度是很不方便的。而这也并不符合我们在日常生活中的直观感觉。
为了方便使用，我们便根据人类的生理特性等因素，引入了“分贝”（dB）的概念来表示声压级，也即Sound pressure level（SPL）。
当刚好达到“听觉阈值”时，其声压级就定义为0分贝。这个0分贝就是一个基准值，再大的声压级，则可以通过以下公式计算，SPL=
其中， p（ref）是参考声压20μPa，也即1000Hz时人耳的“听觉阈值”。
因为分贝是对数比例的。这也意味着，110分贝比100分贝要响10倍，120分贝比100分贝要响100倍。
此外，0分贝也并不代表着没有声音，只是我们无法感知罢了。其实，最微弱的声音，也比人类能听到的声音要轻得多。所以，当你看到-20dB的声压级也不必惊慌。其对应着，不过是声压2×10^（-6）Pa而已。
Part.3
那么最大声的声音呢？从理论上来说，在1个标准大气压下能传播的最大的声压级极限为194dB。
当超过了这个极限，声音就不再只是通过空气传播了，而是将空气往外推开。这便是形成了我们所说的冲击波。
说回印尼的喀拉喀托火山爆发。当时，一艘英国船就在距离喀拉喀托火山的60公里处。在船长的日记中，他提到有一半以上的船员都发生了耳膜破裂。而他当时，还以为世界末日要来临了。另外，在更靠近喀拉喀托火山的地方，声音早已超过了最大声压级194分贝了。
其实，当声音超过130分贝时，人就会产生痛觉了，这也叫做“痛阈”。这时候，人们双耳除了感觉很响以外，双耳还会觉得疼痛。
而当超过150分贝时，人类的耳膜就会破裂，并产生永久损伤。这时，就算你用手指来捂住耳朵都不管用了。另外，大量实验已表明，强噪声场能引起动物的立即死亡。在170分贝下大约6分钟，就能使半数受试小白鼠死亡。
所以，当声音超过194分贝时，我们关心的就不再只是耳膜穿孔那么简单了。
在冲击波下，可直接引起严重的冲击伤。二战期间，在广岛和长崎遭核袭击的损伤中，除了烧伤和核辐射伤以外，最严重的便是冲击伤。
耳膜和听小骨等是人类能听到声音的关键，但在冲击波下这些零件会损坏，听力直接丧失。所以，也可以说人类能听到最大的声音，就是导致听力彻底失常时的声音。
在船上远处的一座小火山爆发
不过，我们还能通过其他途径感受“声音”的强大。例如，极严重的冲击伤可同时造成身体的多处严重损伤，包括颅脑脊髓损伤，胸、腹腔破裂，内脏破裂和严重的内出血并造成大血管破裂，软组织挤压伤乃至肢体离散等。如果抢救不及时，大部分人会当场死亡。
有研究显示，火山爆发出的能量是在日本广岛投下原子释放的能量的10000倍。
但幸好，喀拉喀托是一座无人岛，火山爆发时周围基本没有人。而更多的受害者是因为巨大的海啸而死亡的。与2004年印尼海啸一样，喀拉喀托火山爆发引起的海啸几乎摧毁了周围的一切。当时，一个重达600吨的珊瑚礁还直接被海啸甩上了陆地上。
被送上岸的巨型珊瑚礁，魔幻感十足。
Part.4
除了人类能听到的声音，喀拉喀托火山爆发还产生了强大的次声波。人耳能听到的频率大概是在20Hz~20000Hz之间，这也叫做可听声。频率高于20000Hz的声波，叫做超声波；而频率低于20Hz的则叫做次声波。
次声波的一个特点就是不容易衰减和不易被吸收，并能绕开大型障碍物。当时，科学家就记录到了喀拉喀托的次声波曾围绕地球三至四圈。
而次声波对人体的伤害，也是不容小觑的。尽管人耳听不到，但某些频率的次声波由于与人体器官的振动频率相近，很容易形成共振，对人体带来损伤。
例如，19Hz是眼球的振动频率。当遇到相同或相近的低频振动时，容易造成眼球变形，视网膜被挤压等。科学家就曾记载过一次诡异的闹鬼事件，有人称在实验室内见过了鬼影。但后来人们才发现，这是因为实验室风扇18.98Hz的共振频率引起的。一关掉风扇，共振消失，这种灵异现象当即消失。
但你也别以为不是遇上火山爆发、核弹爆炸等特殊情况，我们就能安然无恙了。其实噪音，比我们想象中的伤害还要大，特别是长时间处在噪音的环境下。日常请注意把耳机的音量调低，以及少蹦点迪。