Λύθηκε το μυστήριο του ηφαιστειακού κεραυνού
Φυσικοί έλυσαν ένα μακροχρόνιο μυστήριο σχετικά με τη διαδικασία που δημιουργεί τον ηφαιστειακό κεραυνό: όταν παρόμοια σωματίδια τρίβονται μεταξύ τους, γιατί κάποια γίνονται θετικά φορτισμένα ενώ άλλα αρνητικά;
Η ανταλλαγή ηλεκτρικού φορτίου όταν δύο αντικείμενα αγγίζουν, γνωστή ως τριβοηλεκτρικό φαινόμενο, είναι αυτό που προκαλεί την έλξη των μαλλιών προς ένα μπαλόνι μετά το τρίψιμο.
Στο νέφος ηφαιστειακής στάχτης, τα περιστρεφόμενα σωματίδια διοξειδίου του πυριτίου ανταλλάσσουν ηλεκτρικό φορτίο καθώς συγκρούονται. Τα θετικά και αρνητικά φορτισμένα σωματίδια διαχωρίζονται και ο κεραυνός συμβαίνει όταν ρεύμα ρέει μεταξύ των δύο.
Όμως, οι φυσικοί δεν μπορούσαν να εξηγήσουν τι παραβιάζει τη συμμετρία μεταξύ δύο σωματιδίων του ίδιου υλικού και προκαλεί τη ροή φορτίου προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση.
«Υπάρχουν πολλοί υποψήφιοι», λέει ο Galien Grosjean, τώρα στο Αυτόνομο Πανεπιστήμιο της Βαρκελώνης. «Οι άνθρωποι υποψιάζονται ότι η υγρασία είναι σημαντική, ή η τραχύτητα, ή η κρυσταλλική δομή».
Ενώ εργαζόταν στο Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Αυστρίας στο Klosterneuburg, ο Grosjean αναρωτήθηκε αν η απάντηση βρισκόταν σε μόρια που περιέχουν άνθρακα στην επιφάνεια των σωματιδίων. Τέτοια μόρια είναι πανταχού παρόντα στη φύση, και οι επιστήμονες των υλικών προσπαθούν να διατηρούν αυτούς τους ρύπους στο ελάχιστο. Αλλά ο Grosjean και οι συνεργάτες του παρακολουθούσαν τι έκανε ο καθαρισμός των δειγμάτων τους στην ηλεκτροφόρηση.
Χρησιμοποιώντας υπερήχους, ανύψωσαν ένα μικρό σωματίδιο διοξειδίου του πυριτίου, το άφησαν να αναπηδήσει μία φορά σε μια πλάκα-στόχο από το ίδιο υλικό και στη συνέχεια μέτρησαν το φορτίο του. «Μπορεί να φορτιστεί θετικά ή αρνητικά. Αν ήταν θετικά, το ψήναμε ή το καθαρίζαμε και επαναλαμβάναμε το πείραμα – και τότε θα φορτιζόταν αρνητικά», λέει ο Grosjean.
Η ανάλυση των δειγμάτων έδειξε ότι η αφαίρεση μορίων που περιέχουν άνθρακα ήταν πράγματι ο καθοριστικός παράγοντας. «Είδαμε ότι αυτό το φαινόμενο υπερνικά τα πάντα», λέει ο Grosjean.
Μια άλλη ένδειξη ήταν ότι ένα καθαρό δείγμα γινόταν ξανά θετικά φορτισμένο μετά από περίπου μία ημέρα, που είναι επίσης πόσο γρήγορα αποκτούσε ένα νέο στρώμα μορίων άνθρακα από τον αέρα.
Ο Daniel Lacks στο Case Western Reserve University του Cleveland, Ohio, εντυπωσιάζεται από τη μελέτη. «Οι άνθρωποι γνωρίζουν ότι οι επιφάνειες έχουν πολλά σκουπίδια πάνω τους. Αλλά δεν έχω δει ποτέ κάτι τέτοιο να αναδύεται στην τριβοηλεκτρική φόρτιση», λέει.
Η ανακάλυψη μπορεί να είναι κακά νέα για τους φυσικούς, φοβάται. Εάν η μόλυνση από άνθρακα καθορίζει την κατεύθυνση της φόρτισης, ο ακριβής υπολογισμός του πώς φορτίζονται τα σωματίδια θα είναι πολύ δύσκολος. «Η πρόβλεψη μπορεί απλώς να είναι κάτι που δεν θα συμβεί ποτέ», λέει ο Lacks.