Ищем молнию в земле

Фульгуриты (англ. Fulgurite)‎ — полые трубки в песках, состоящие из переплавленного кремнезёма, и оплавленные поверхности на обнажениях пород, образовавшиеся под действием разряда молнии. Внутренняя поверхность гладкая и оплавленная, а наружная образована приставшими к оплавленной массе песчинками и посторонними включениями. Диаметр трубчатого фульгурита не более нескольких сантиметров, длина может доходить до нескольких метров, отмечались отдельные находки фульгуритов длиной 5-6 метров.

При разряде молнии выделяется 109-1010 джоулей энергии. Молния может разогреть канал, по которому она движется, до 30.000°С, в пять раз выше температуры на поверхности Солнца. Температура внутри молнии гораздо больше температуры плавления песка (1600-2000°C), но расплавится песок или нет, зависит от длительности молнии, которая может составлять от десятков микросекунд до десятых долей секунды. Амплитуда импульса тока молнии обычно равна нескольким десяткам килоампер, но иногда может превышать и 100 кА. Самые мощные молнии и вызывают рождение фульгуритов — полых цилиндров из оплавленного песка.

Появление стеклянной трубочки в песке при разряде молнии связано с тем, что между песчинками всегда находятся воздух и влага. Электрический ток молнии за доли секунд раскаляет воздух и водяные пары до огромных температур, вызывая взрывообразный рост давления воздуха между песчинками и его расширение. Расширяющийся воздух образует цилиндрическую полость внутри расплавленного песка, а последующее быстрое охлаждение фиксирует фульгурит — стеклянную трубочку в песке.

Часто аккуратно выкопанный из песка фульгурит по форме напоминает корень дерева или ветвь с многочисленными отростками. Такие ветвистые фульгуриты образуются, когда разряд молнии попадает во влажный песок, который, как известно, имеет бo’льшую электропроводность, чем сухой. В этих случаях ток молнии, входя в почву, сразу начинает растекаться в стороны, образуя структуру, похожую на корень дерева, а рождающийся при этом фульгурит лишь повторяет эту форму. Фульгурит очень хрупок, и попытки очистить от прилипшего песка часто приводят к его разрушению. Особенно это относится к ветвистым фульгуритам, образовавшимся во влажном песке.

Фульгуриты называют иногда также и оплавленности твёрдых горных пород, мрамора, лав и др. (петрофульгуриты), образованные ударом молнии; такие оплавленности иногда в большом количестве встречаются на скалистых вершинах некоторых гор. Так, например, андезит, образующий вершину Малого Арарата, пронизан многочисленными фульгуритами в виде зелёных стекловатых ходов, почему он и получил от Абиха название фульгуритового андезита.

Самые длинные из раскопанных фульгуритов уходили под землю на глубину более пяти метров. Фульгуритами также называют оплавленности твердых горных пород, образованные ударом молнии; они иногда в большом количестве встречаются на скалистых вершинах гор. Фульгуриты, состоящие из переплавленного кремнезема, обыкновенно представляют собой конусообразные трубочки толщиной с карандаш или с палец. Их внутренняя поверхность гладкая и оплавленная, а наружная образована приставшими к оплавленной массе песчинками. Цвет фульгуритов зависит от примесей минералов в песчаной почве. Большинство из них имеют рыжевато-коричневый, серый или черный цвет, однако встречаются зеленоватые, белые или даже полупрозрачные фульгуриты.

«Прошла сильная гроза, и небо над нами уже прояснилось. Я пошел через поле, которое отделяет наш дом от дома моей свояченицы. Я прошел ярдов десять по тропинке, как вдруг меня позвала моя дочь Маргарет. Я остановился секунд на десять и едва лишь двинулся дальше, как вдруг небо прорезала яркая голубая линия, с грохотом двенадцатидюймового орудия ударив в тропинку в двадцати шагах передо мной и подняв огромный столб пара. Я пошел дальше, чтобы посмотреть, какой след оставила молния. В том месте, где ударила молния, было пятно обожженного клевера дюймов в пять диаметром, с дырой посередине в полдюйма…. Я возвратился в лабораторию, расплавил восемь фунтов олова и залил в отверстие… То, что я выкопал, когда олово затвердело, было похоже на огромный, слегка изогнутый собачий арапник, тяжелый, как и полагается, в рукоятке и постепенно сходящийся к концу. Он был немного длиннее трех футов» (цитируется по В. Сибрук. Роберт Вуд. — М.: Наука, 1985, с. 285).

Сотрудники Автономного университета Мехико раскрыли новые подробности истории появления пустыни Сахара. По их данным, 15 тысяч лет назад Сахара (по крайней мере, та ее часть, что находится на юго-западе Египта) находилась в области умеренного климата и могла радовать глаз не песчаными дюнами, а разнообразием растительности. Для своего исследования команда химиков под руководством доктора Рафаэля Наварро-Гонсалеса нашла «замороженную» молнию, или фульгурит.

Фульгуриты (на фото) – это спёкшийся от удара молнии песок. Температура плавления песка – около 1700°С, мощи электрического заряда хватает, чтобы расплавить его. Поэтому в толще формируются полые ветвистые стеклянные трубки. Их внутренняя поверхность гладкая, зато наружная – шероховатая, т. к. образована приставшими к оплавленной массе песчинками. Кроме того, такие вмороженные в песок молнии фиксируют и множество других природных вкраплений, характерных для того или иного этапа геологической истории.

Обнаруженный Наварро-Гонсалесом фульгурит отличался от обычных следов молнии. Египетский фульгурит содержал в себе маленькие пузырьки.
С помощью лазера ученые вскрыли пузырьки и обнаружили в них газовую смесь из оксидов углерода, угарного газа и оксидов азота. Как отметил химик, эти вещества могли образоваться в результате окисления органических веществ при нагреве.

Анализ соотношения изотопов углерода в соединениях показал Наворро-Гонсалесу и его коллегам, что в момент удара молнии в зоне поражения должна была находиться трава, кустарники и прочая растительность, характерная для полузасушливой местности. Стоит отметить, что сейчас в данной области пустыни Сахара подобные растения ни в коем случае не могут расти. И ученые решили вычислить время, чтобы понять, когда на месте Сахары росла трава.

Для установления даты возникновения электрического разряда член команды исследователей геохронолог Шеннон Мэгэн из геологического исследовательского центра в Денвере (США) использовал метод термолюминисценции – нагрел фульгурит до 500°C и оценил энергию «разогретых» естественной радиацией электронов, которая при термообработке выделилась в виде света. Его количество прямо указывает на момент последнего нагревания. В данном случае оно произошло в момент удара молнии, который произошёл 15 тысяч лет назад.
Анализ фульгурита еще раз подтвердил теорию, согласно которой Сахара не так давно была вполне пригодной для жизни областью с умеренным климатом.
По словам Стива Формана, геохронолога из Университета Иллинойса в Чикаго, ученые из Мехико продемонстрировали новый подход к изучению экологической ситуации того периода и обратили внимание других исследователей на ранее не изученные возможности фульгуритов.

Что касается комментариев представителей российской науки, то, как отметил в разговоре с корреспондентом «Газеты.Ru» кфмн, сотрудник НИИ физики Земли РАН Сергей Тихоцкий, с точки зрения физики команда Наварро-Гонсалеса действовала грамотно: «Все, что было проделано учеными, входит в классическую модель определения состава и возраста вещества», – сказал он. Соответственно, никаких фальсификаций и мистификаций в ходе этого анализа изотопов отметить нельзя – скорее, это вполне традиционный способ исследования.
Сотрудники Института физики атмосферы РАН также подтвердили «Газете.Ru» правомерность теории международной команды ученых. По словам старшего научного сотрудника лаборатории теории климата Сергея Демченко, 15 тысяч лет назад на территории Юго-Западного Египта вполне могла существовать растительность.

Более того, даже в период голоцена (примерно 6 тысяч лет назад) эта область могла находиться в пределах умеренного климатического пояса.
Как уточнил коллега Демченко, кфмн Алексей Елисеев, растительность в различных областях пустыни Сахара присутствовала в разное время, а, например, на Аравийском полуострове растительность сохранялась вплоть до эпохи Александра Македонского.

Что же касается цифры 15 тыс. лет, то здесь ученые отметили, что примерно к этому времени относится завершение последнего ледникового периода. Что косвенно подтверждает теорию Наварро-Гонсалеса, так что в целом открытие мексиканских ученых можно отнести к разряду верифицируемых.
Подробности исследования команды доктора Наварро-Гонсалеса можно найти в журнале Американского геологического общества (Geological Society of America).

По-видимому, первое описание фульгуритов и их связи с ударами молнии было сделано в 1706 году пастором Д. Германом (David Hermann). Впоследствии многие находили фульгуриты вблизи людей, пораженных разрядом молнии. Чарльз Дарвин во время кругосветного путешествия на корабле «Бигль» обнаружил на песчаном берегу вблизи Мальдонадо (Уругвай) несколько стеклянных трубочек, уходящих в песок вертикально вниз более чем на метр. Он описал их размеры и связал их образование с разрядами молний. Известный американский физик Роберт Вуд получил «автограф» молнии, которая чуть не убила его