Benjamin Franklin, oprichter van de Universiteit van Pennsylvania, wordt verondersteld te hebben geëxperimenteerd met de krachtige eigenschappen van bliksem met behulp van een vlieger en sleutel, waarschijnlijk in de buurt komen van zichzelf te elektrocuteren in het proces.

In een nieuwe reeks experimenten bij Penn, onderzoekers hebben de kracht van bliksem op een minder riskante maar veel meer technologisch geavanceerde manier onderzocht.

Chiara Elmi, een postdoctoraal onderzoeker in Penn's Department of Earth and Environmental Science in de School of Arts &Sciences, leidde het werk, die een reeks technieken gebruikte om een ​​fulguriet te onderzoeken, een dunne laag glas die zich op het oppervlak van de rots vormt wanneer de bliksem erop valt. Onder andere bevindingen, de studie ontdekte dat, op basis van het kristallijne materiaal in het monster, de minimumtemperatuur waarbij het fulguriet werd gevormd was ongeveer 1, 700 graden Celsius.

"Mensen hebben morfologische en chemische benaderingen gebruikt om rotsfulgurieten te bestuderen, maar dit was de eerste keer dat een rotsfulguriet werd geclassificeerd vanuit een mineralogisch oogpunt, "Zei Elmi. "Ik was in staat om een ​​benadering aan te passen die ik eerder heb gebruikt om de effecten van meteorietinslag in rotsen en sedimenten te bestuderen om een ​​kleine hoeveelheid materiaal te analyseren om de faseovergangen te begrijpen die optreden wanneer een bliksem een steen."

Elmi werkte aan het werk samen met senior auteur Reto Gieré, hoogleraar en voorzitter van de afdeling Aard- en Milieuwetenschappen, samen met de afdeling Jiangzhi Chen, een postdoctoraal onderzoeker, en David Goldsby, een universitair hoofddocent.

Hun paper zal worden gepubliceerd in het tijdschrift Amerikaanse mineraloog .

In een vorig jaar gepubliceerd onderzoek Gieré karakteriseerde een rotsfulguriet gevonden in Zuid-Frankrijk, ontdekken dat de bliksemschicht die erop sloeg de rotslaag onder het fulguriet op atomair niveau veranderde, producerende verklikkerstructuren die schoklamellen worden genoemd.

Het team wilde in het nieuwe werk een andere studierichting volgen.

"In dit geval, " zei Giere, "In plaats daarvan wilden we de glaslaag in meer detail bestuderen om erachter te komen wat de aanwezige mineralen ons kunnen vertellen over de temperatuur van bliksem."

Om dit te doen, Elmi voerde een röntgendiffractieanalyse uit, die informatie verzamelt over de manier waarop röntgenstralen interageren met kristallijne materialen om het mineraalgehalte van een bepaald monster af te leiden. De uitdaging in dit geval echter, was dat een typische röntgendiffractieanalyse ongeveer een gram materiaal vereist, en de hoeveelheid van het 10 micrometer dikke fulguriet was lang niet zo groot.

Om de techniek aan te passen voor een kleinere hoeveelheid monster, Elmi stopte het materiaal in een smalle, roterende capillaire buis en de diffractie-optica aangepast om uit te lijnen, concentreer en richt de röntgenstraal op het monster. De analyse van het fulguriet onthulde de aanwezigheid van zowel glas als cristobaliet, een mineraal met dezelfde chemische samenstelling van kwarts maar met een duidelijke kristalstructuur. Cristobaliet vormt zich alleen bij zeer hoge temperatuur, en het glas gaf aan dat de bovenste laag graniet smolt tijdens de blikseminslag. Dankzij Elmi's analyse kon ze voor het eerst het glas en de resterende mineralen in een gesteente fulguriet kwantificeren.

"Deze twee handtekeningen duiden op een systeem dat een schok van hoge temperatuur ontving, "zei Elmi. "Deze analyse geeft ook de minimale temperatuur aan die je nodig hebt om het glas te maken, omdat cristobaliet zich rond de 1 vormt. 700 Celsius, dus je weet dat deze temperatuur werd bereikt toen de bliksem de rots raakte."

De gemeten temperatuur van bliksem in de lucht is in feite veel hoger - gemeten rond de 30, 000 graden Celsius, maar deze analyse geeft aan dat het gesteente zelf is verhoogd van omgevingstemperatuur tot ten minste 1, 700 Celsius.

Het team voerde aanvullende analyses uit op het fulgurietmonster. Ze vonden organisch materiaal in het monster, wat aangeeft dat de bliksem korstmos of mos dat op het oppervlak van de rots groeide verbrandde en het vervolgens in het materiaal opsloot.

"Dit is een extreem snel evenement, Gieré zei. "De steen warmt heel snel op en koelt ook heel snel af. Dat vangt gassen op in het glas en sommige van deze gassen zijn gevormd door de verbranding van organisch materiaal."

In toekomstige studies, het team hoopt een compleet model te ontwikkelen van wat er met stenen gebeurt tijdens een blikseminslag, waarin chemische stoffen zijn verwerkt, fysiek, biologische en mineralogische waarnemingen. Ze merken op dat mensen zoals Franklin die bijna-ongevallen met bliksem ervaren, inderdaad geluk hebben.

"Het is verbazingwekkend dat een bliksemschicht graniet kan doen smelten en de structuur volledig kan veranderen. toch overleven sommige mensen blikseminslagen, ' zei Giere.