После ударов молний на земле образуются редкие кристаллы
В атмосфере Земли и ряда других планет иногда возникают молнии — электрические разряды, напряжение которых составляет от десятков миллионов до миллиарда вольт. Это одна из самых мощных сил в природе, которая ударяет со скоростью 100 000 километров в секунду и разогревает воздух до 27 тысяч градусов Цельсия — это в пять раз больше, чем температура поверхности Солнца.
Если молния попадает в человека, он в тот же миг умирает, конечно, если ему не повезло родиться Роем Салливаном, который пережил 7 ударов молний. Молнии часто попадают по высоким жирафам, а также деревьям, становясь причиной лесных пожаров. Если молния ударяет по песку или кварцу, они спекаются и образуют из себя фульгурит. Недавно ученые выяснили, что внутри фульгуритов встречаются очень редкие квазикристаллы — ранее считалось, что они образуются только в метеоритах. В будущем исследователи надеются искусственно выращивать их при помощи мощных разрядов тока, но зачем эти редкие металлы нужны?
Если говорить коротко, фульгурит — это спекшийся в результате удара молнии песок, кварц или кремнезем. Он представляет собой полую ветвистую трубку с гладкой, а иногда покрытой маленькими пузырьками внутренней поверхностью. Внешняя часть фульгурита покрыта песчинками и имеет коричневый, серый, черный или зеленоватый цвет. Зачастую размер фульгурита небольшой — это конусообразная трубка толщиной с палец. Но бывают фульгуриты и большого размера, и иногда аккуратно выкопанный из земли фульгурит можно сравнить с корнем или веткой дерева.
Фульгуриты образуются только при попадании молнии в песок. Дело в том, что между песчинками всегда находятся воздух и влага. Когда мощная молния попадает в песок, электричество за доли секунд расплавляет песчинки, а также разогревает воздух и влагу, тем самым вызывая взрывообразный рост давления воздуха между песчинками.
Расширяющийся воздух делает так, что внутри расплавленного песка образуется полость цилиндрической формы. После этого, форма быстро охлаждается — в итоге получается твердый фульгурит.
Фульгуриты встречаются крайне редко. Чаще всего их находят на вершинах гор или в регионах с повышенной грозовой активностью.
Образующиеся после ударов молний фульгуриты представляют для ученых большой интерес. Недавно исследователи изучили фульгуриты, обнаруженные на песчаной местности в штате Небраска. Внутри них они обнаружили квазикристаллы — очень редкие образования, существование которых раньше считалось невозможным. Их обнаруживали только в упавших на землю метеоритах, и наличие квазикристаллов в фульгуритах для ученых было большой неожиданностью.
В чем особенность квазикристаллов
В природе кристаллические тела вроде частиц поваренной соли интересны тем, что их атомы располагаются в решетчатой структуре, которая повторяется в трехмерном пространстве.
Если твердое тело не имеет повторяющуюся структуру атомов, они называются аморфными твердыми телами — в качестве примера можно привести стекло. Квазикристаллы нельзя отнести ни к одной из этих двух групп — и атомы расположены в решетчатой структуре, но она не повторяется.
Ученые начали задумываться о существовании квазикристаллов только в 1980-е годы, и тогда эта концепция считалась невозможной. Считалось, что твердые тела могут быть кристаллическими или аморфными, без чего-то среднего.
Однако, впоследствии квазикристаллы были обнаружены внутри метеоритов, которые нагреваются до высоких температур во время прохождения через атмосферу Земли. Ученые пришли к выводу, что квазикристаллы могут образовываться только в экстремальных условиях, при невероятно высокой температуре и давлении.
После этого ученым удалось найти квазикристаллы на месте испытания ядерной бомбы в 1945 году. И, наконец, недавно стало известно, что квазикристаллы могут возникать и в результате удара молнии по песку. Ученые нашли такое образование в районе Сандхиллс, штат Небраска — там прошла гроза и молния ударила по линии электропередач.
На данный момент они затрудняются ответить, чем было вызвано образование фульгурита: молнией или электричеством из ЛЭП. Но, по расчетам авторов научной работы, для получения фульгурита, песок должен быть нагрет минимум до 1710 градусов Цельсия.
По мнению ученых, новое открытие позволяет разработать технологию создания редких квазикристаллов в лабораторных условиях. Квазикристаллы нужны ученым потому, что могут быть полезны в электронике и прочей технике.
Вот самые важные свойства квазикристаллов:
- при низких температурах квазикристаллы обладают высоким электрическим сопротивлением, а с ростом температуры оно уменьшается;
- большинство квазикристаллических сплавов являются диамагнетиками, то есть материалами, которые выталкиваются из магнитного поля. Но сплавы с марганцем являются парамагнетиками, которые втягиваются в магнитное поле;
- квазикристаллы менее пластичны, чем кристаллы, поэтому могут использоваться для повышения прочности металлических изделий.
В будущем у квазикристаллов может найтись еще больше уникальных свойств, что расширит область их применения.