105데시벨 — 잔디깎이나 록 콘서트 소음에 견줄 굉음이, 인적 없는 사막 한복판에서 터져 나온다. 지구과학 교육 시리즈 어스데이트(EarthDate)는 일부 사구(모래언덕)가 105데시벨을 넘는 저음을 내며, 그 소리가 약 10km 밖까지 닿고 길게는 15분씩 이어진다고 소개한다.
낮게 우르릉거리는 이 현상을 '부밍 듄(booming dune)', 우는 모래언덕이라 부른다. 소리를 내는 사구는 드물어서, 어스데이트 집계로는 지구 전체에서 약 36곳에 그친다. 13세기 마르코 폴로가 고비사막에서 악기 소리 같은 모래 소리를 들었다고 적었다는 이야기가 전해질 만큼 역사는 길지만, 소리의 정체가 물리학의 정식 논쟁거리가 된 것은 최근 20년 사이의 일이다.
확인은 2026년 9월에 했다. 캘리포니아공대 연구진의 현장 측정 논문(GRL, 2007)과 이를 반박한 프랑스 물리학자들의 공개 코멘트(2007)를 맞대어 정리했으며, 주파수를 정하는 주인이 무엇인지는 학계가 아직 합의하지 못한 지점으로 열어 두었다.
마른 모래, 고른 알갱이, 무너져 내리는 모래 사태 — 세 조건이 겹치는 날에만 사구는 105데시벨을 넘는 저음을 10km 밖까지 보낸다.
부밍 듄은 어떤 조건에서 우는가
부밍 듄이 울려면 바싹 마른 모래, 크기가 고르게 걸러진 둥근 알갱이, 그리고 경사면을 타고 무너져 내리는 모래 사태가 한꺼번에 갖춰져야 한다. 비가 다녀가 표층에 습기가 남으면 같은 언덕도 침묵하고, 건조한 계절이 돌아와야 다시 운다.
소리는 바람이 능선 너머로 모래를 밀어 사태를 일으킬 때, 또는 사람이 슬립페이스(사태가 흘러내리는 가파른 면)에서 모래를 쓸어내릴 때 시작된다. 어스데이트는 이 저음을 첼로의 낮은 음역대에 비유한다. 해변 모래가 발밑에서 내는 짧은 '삑' 소리와는 별개 현상으로, 부밍은 수 분 동안 일정한 음을 유지한다는 점이 독특하다.
사태 자체에도 조건이 있다. 마른 모래가 쌓일 수 있는 최대 경사인 안식각을 넘길 때 표층이 판처럼 미끄러져 내리는데, 이 흐름이 소리의 방아쇠가 된다. 그래서 부밍은 바람이 능선에 모래를 부지런히 쌓아 올리는 크고 오래된 사구에서 주로 관측된다.
두아디의 실험실은 모래를 어떻게 악기로 만들었나
프랑스 물리학자 스테판 두아디 연구진은 모로코 사구에서 가져온 '노래하는 모래'를 실험실 용기에 담고 금속 날을 꽂아 모터로 밀며, 사구 없이도 지속적인 소리를 재현해 냈다(Physical Review Letters, 2006, doi:10.1103/PhysRevLett.97.018002). 언덕 전체가 없어도 모래알만으로 소리가 난다는 뜻이다.
핵심 발견은 주파수를 정하는 변수가 알갱이 층에 걸리는 전단(층밀림)이라는 점이다. 미는 속도나 모래의 양을 바꿔도 전단 조건이 같으면 음높이가 유지됐다. 연구진은 수많은 알갱이가 서로 박자를 맞춰 미끄러질 때, 즉 충돌이 동기화될 때 공기로 퍼지는 소리가 만들어진다고 결론지었다.
논문 제목부터 '스스로 박자를 맞추는 악기'였다. 낱알 하나는 아무 소리도 내지 못하지만, 수십억 개가 같은 박자로 구르면 층 전체가 하나의 진동판처럼 공기를 밀어낸다는 그림이다. 이 관점에서 사구라는 지형은 무대일 뿐, 연주자는 어디까지나 모래알들이다.
캘텍 연구진이 사구에서 잰 것 — 마른 표층이라는 울림통
캘리포니아공대(캘텍)의 나탈리 브린트와 멜라니 헌트 연구진은 네바다·캘리포니아의 사구에 지진계를 묻고 부밍을 실측해, 지배 주파수가 70~105Hz 대역이고 모래 알갱이 지름은 0.18~0.32mm 범위였다고 보고했다(Geophysical Research Letters, 2007, doi:10.1029/2007GL030276).
브린트 팀의 해석은 사구 자체가 울림통이라는 것이다. 여름내 마른 표층이 아래쪽의 단단하고 축축한 층 위에 얹히면 두 층의 경계가 소리를 가두는 천연 도파관(waveguide)이 되어 특정 주파수만 증폭한다. 이 모형대로라면 음높이를 정하는 것은 알갱이 크기보다 마른 표층의 두께다.
🔊 조율되는 언덕 도파관 해석을 따르면 마른 모래층의 두께가 달라질 때 사구의 음높이도 함께 달라진다. 사구가 스스로 조율되는 악기인 셈이다.
부밍 듄 주파수의 주인은 왜 아직 논쟁거리일까
측정과 해석이 정면으로 갈리기 때문이다. 물리학자 브뤼노 안드레오티 연구진은 브린트 팀의 논문에 공개 반론 코멘트를 내고, 사구 표층에서 소리는 분산되는 표면 모드로만 전파되므로 도파관 공명 모형이 성립하지 않으며, 실측 주파수와 공명 예측치 사이에 상관도 보이지 않는다고 주장했다.
브린트는 이후 케임브리지대로 옮겨 데이터를 더 쌓았다. 2015년 Physics of Fluids에 실린 후속 연구는 크게 울리는 '부밍'과 발걸음에 반응하는 짧은 '버핑'이 서로 다른 파동임을 보였다. 부밍은 사구 내부 층에 반사되는 P파(압축파), 버핑은 표면을 따라가는 레일리파였다(doi:10.1063/1.4931971). 두 진영 모두 자기 데이터로는 설명이 서는 만큼, 사구마다 답이 다를 가능성도 열려 있다.
논쟁은 망치 하나로도 이어졌다. 2015년 실험에서 연구진이 사구 표면에 댄 판을 망치로 두드리자 부밍 주파수 부근의 자연 공명이 사구 내부에서 관측됐다. 문헌에 보고된 적 없던 현상이라고 연구진은 밝혔는데(ScienceDaily, 2015), 사구 내부 구조가 소리에 관여한다는 정황인 동시에, 알갱이 동기화만으로 전부를 설명하기 어렵다는 숙제이기도 하다.
켈소·둔황·오만 — 우는 모래를 만날 수 있는 사구들
미국 캘리포니아의 켈소 사구와 유레카 사구, 네바다의 빅 듄, 데스밸리 남쪽의 두몬트 사구는 브린트 팀이 지진계를 묻었던 실측지다. 두아디 연구진은 모로코·칠레·중국·오만의 사구를 비교했는데, 중국 둔황의 밍사산(鳴沙山)은 이름 자체가 '우는 모래 산'이라는 뜻일 만큼 오래 알려진 명소다.
명단은 길지 않다. 약 36곳으로 꼽히는 후보지는 대륙마다 흩어져 있지만, 대부분 건조한 내륙 사막의 크고 오래된 사구라는 공통점을 갖는다.
사구마다 내는 음도 제각각이다. 어스데이트는 이를 첼로 저음역의 계이름으로 소개하는데, 낮은 시(B)에서 도샤프(C#)에 해당하는 60~70Hz를 내는 곳이 있는가 하면 90~150Hz의 레(D) 음역까지 올라가는 사구도 있다. 브린트 팀 실측치(70~105Hz)와 폭이 조금 다른 것은 조사한 사구와 측정 시기가 서로 다르기 때문이다.
👣 여행자용 한 줄 능선에서 발로 모래를 쓸어내리면 수 초짜리 낮은 '버핑'은 비교적 쉽게 재현된다. 수 분짜리 부밍은 규모 있는 사태가 필요해, 바람이 만드는 자연 사태를 기다리는 편이 빠르다.
부밍 듄을 둘러싼 궁금증 풀이
Q. 부밍 듄 소리를 직접 들으려면 언제 찾아가야 하나요?
A. 표층이 바싹 마르는 건기가 유리하다. 사태를 일으킬 바람이나 가파른 슬립페이스가 필요하므로, 비가 온 직후라면 모래가 마를 때까지 며칠 기다리는 편이 낫다.
Q. 아무 사구에서나 모래를 미끄러뜨리면 소리가 나나요?
A. 소리를 내는 사구는 지구 전체에서 약 36곳 안팎으로 알려져 있다. 알갱이 크기가 고른 특정 사구에서만 저음이 만들어지며, 같은 사막 안에서도 우는 언덕과 침묵하는 언덕이 나뉜다.
Q. 해변에서 밟을 때 나는 '삑삑' 소리와 같은 현상인가요?
A. 해변의 짧은 고음은 '스퀴킹'으로 구분해 부른다. 지속 시간이 몇 초 이내로 짧고 음이 훨씬 높아, 수 분간 이어지는 사막의 저음 부밍과는 소리의 성격이 다르다.
Q. 젖은 모래언덕은 왜 소리를 내지 못하나요?
A. 습기가 표층 모래의 움직임과 층 구조를 바꿔 놓기 때문으로 설명된다. 알갱이가 매끄럽게 미끄러지지 못하면 동기화가 깨지고, 도파관 해석에서는 마른 표층이라는 울림통 자체가 사라진다. 어느 해석을 따르든 건조함은 공통 전제다.
사막에서 낮은 우르릉 소리를 만난다면 지진도 비행기도 아닌, 모래 알갱이 수십억 개가 함께 연주하는 소리일 수 있다. 그 악기의 작동 원리를 두고 물리학자들이 여전히 악보를 다투고 있다는 사실이, 부밍 듄을 계속 들여다보게 만든다.
