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鳴き砂はなぜ鳴くの？

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ふしぎな鳴き砂の音。そのメカニズムは長年謎とされてきましたが、実は、最先端の科学によって完全に解明されています。 教授は「発音メカニズムの説明は面倒だから、一般マスコミには謎にしてある」とおっしゃっておられますが、 ここはウェブサイトですから、少しだけ詳しく、その秘密を覗いてみましょう。

X線で見る、砂の中の世界

上の写真は、普通の砂と鳴き砂、それぞれに棒を突き刺した瞬間を、特殊なX線カメラで撮影したものです。 一目瞭然ですね！普通の砂（左）には何の変化もありませんが、鳴き砂（右）の中には、くっきりと白い線が何本も現れています。 この白い線は、砂の中で瞬間的に発生した、いわば**「小さな断層」**です。専門用語では「すべり帯」と呼びます。 棒がグッと押し込まれる力で、砂の層が規則正しくズレて隙間ができたために、白く写っているのです。 このドラマチックな砂の動きこそが、あの美しい音の源でした。

音を生み出す「スティック・スリップ現象」 では、なぜこの「すべり帯」ができると音が出るのでしょう？ それは、**「静止摩擦」と「運動摩擦」**の大きな違いが引き起こす、「スティック・スリップ現象」というものです。 少し難しい言葉ですが、黒板を爪でひっかいた時の「キーッ！」という音や、バイオリンの弦を弓でこする原理と似ています。 スティック（Stick / 止まる）: 棒を押し込むと、砂粒同士が静止摩擦の力で「動くものか！」と踏ん張ります。 スリップ（Slip / 滑る）: しかし、力が限界を超えると、砂は耐えきれずに一気にズレ（剪断崩壊）を起こします。 これが「すべり帯」です。一度滑り出すと、摩擦はより小さな運動摩擦に変わるため、棒はさらにスッと中に入ります。 再びスティック: しかし、動いて力が解放されると、砂はすぐにまた静止摩擦の状態に戻って踏ん張ります。 この「踏ん張る → 一気に滑る → また踏ん張る」という細かい振動が、棒を通じて砂全体をリズミカルに震わせ、美しい音色となって私たちの耳に届くのです。 博士が解き明かした数式 この神秘的な現象は、数式によって完全に説明することができます。以下の式は、すべり帯の幅(Δh)と音の周波数(f)が、砂の摩擦や棒の太さなどと、どう関係しているかを示しています。

	Δh= 2 B ​ {tan( 4 π ​ + 2 Φ s ​ ​ )−tan( 4 π ​ + 2 Φ e ​ ​ )} f=(NT+1) Δh V p

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この数式が証明しているのは、「静止摩擦と運動摩擦の差が大きいほど、音は低くなる」ということです。そして、周波数が整数倍の音（倍音）を持つ、心地よい響きになることも示しています。

では、なぜ普通の砂は鳴かないの？

答えは、砂粒の「清潔さ」にあります。 鳴き砂の主成分は水晶と同じ石英です。汚染のない綺麗な環境で、石英の粒の表面が自然に磨かれることで、摩擦の差が大きくなり、鳴く準備が整います。 一方、普通の砂は、様々な不純物で汚れているため、粒の表面が滑りやすくなっています。そのため、X線写真のようなダイナミックな振動が起こらず、音が出ないのです。

鳴き砂の鉱物組成分析結果

北海道・小清水町小清水海岸
成分鉱物	含有個数％
斜長石	36.9
堆積岩片	29.2
単斜輝石	12.5
石英	7.0
火山岩片	6.6
斜方輝石	5.2
不透明鉱物	2.2
角閃石	0.4
	Σ 100.0
北海道・室蘭市イタンキ浜
成分鉱物	含有個数％
斜長石	51.5
堆積岩片	18.5
火山岩片	13.2
石英	7.9
単斜輝石	4.3
貝殻片	3.0
斜方輝石	0.7
角閃石	0.3
ザクロ石	0.3
不透明鉱物	0.3
	Σ 100.0

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山形県西置賜郡飯豊町遅谷
成分鉱物	含有個数％
石英	98
堆積岩片	2
	Σ 100.0

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新潟県巻町角海浜の砂
成分鉱物	含有個数％
石英	28.9
堆積岩片	23.0
火山岩片	17.2
斜長石	16.2
カリ長石	14.2
斜方輝石	0.5
	Σ 100.0

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京都府竹野郡網野町琴引浜
成分鉱物	含有個数％
石英	43
カリ長石	33
堆積岩片	15
斜長石	6
火山岩片	2
貝殻片	1
	Σ 100.0

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島根県邇摩郡仁摩町琴ケ浜
成分鉱物	含有個数％
石英	50
カリ長石	22
斜長石	14
堆積岩片	9
角閃石	2
単斜輝石	1
貝殻片	1
火山岩片	0.5
緑簾岩	0.5
	Σ 100.0

福岡県二丈町姉子の浜
成分鉱物	含有個数％
石英	75
斜長石	15
カリ長石	2
角閃石類	1＞
黒雲母	1＞
岩石片	7
貝殻片	1

丹吉林沙漠の砂
成分鉱物	含有個数％
石英	50.5
堆積岩片	26.2
カリ長石	12.3
斜長石	7.1
火山岩片	3.0
ジルコン	0.3
緑レン岩	0.3
不透明鉱物	0.3
	Σ 100.0

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