Физики разгадали давнюю загадку процесса, приводящего к возникновению вулканических молний: почему при трении одинаковых частиц одни становятся положительно заряженными, а другие — отрицательно? Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Nature.
Обмен электрическим зарядом при соприкосновении двух объектов, называемый трибоэлектрическим эффектом, — это то, что заставляет волосы притягиваться к воздушному шару после трения.
В облаке вулканического пепла вращающиеся частицы диоксида кремния обмениваются электрическим зарядом при столкновении. Положительно и отрицательно заряженные частицы разделяются, и молния возникает, когда между ними протекает ток.
Но физики не могли объяснить, что нарушает симметрию между двумя частицами одного и того же материала и заставляет заряд течь в ту или иную сторону.
«Существует множество кандидатов», — говорит Гальен Грожан из Автономного университета Барселоны. «Люди предполагают, что важна влажность, шероховатость или кристаллическая структура».
Работая в Австрийском институте науки и технологий в Клостернойбурге, Грожан задался вопросом, не кроется ли ответ в углеродсодержащих молекулах на поверхности частиц. Такие молекулы повсеместно распространены в природе, и материаловеды стараются свести к минимуму эти загрязнения. Но Грожан и его коллеги отслеживали, как очистка образцов влияла на электризацию.
С помощью ультразвука они левитировали небольшую частицу диоксида кремния, давали ей один раз отскочить от мишени, изготовленной из того же материала, а затем измеряли её заряд. «Она могла зарядиться положительно или отрицательно. Если положительно, мы нагревали или очищали её и повторяли эксперимент — а затем она заряжалась отрицательно», — говорит Грожан.
Анализ образцов показал, что удаление углеродсодержащих молекул действительно являлось определяющим фактором. «Мы увидели, что этот эффект перекрывает всё остальное», — говорит Грожан.
Ещё одним признаком было то, что очищенный образец снова становился положительно заряженным примерно через сутки, что также соответствует скорости его образования нового слоя углеродсодержащих молекул из воздуха.
Дэниел Лакс из Университета Кейс Вестерн Резерв в Кливленде, штат Огайо, впечатлен этим исследованием. «Люди знают, что на поверхностях много всякого мусора. Но я никогда не видел, чтобы это проявлялось в трибоэлектрической зарядке», — говорит он.
Он опасается, что это открытие может стать плохой новостью для физиков. Если загрязнение углеродом определяет направление зарядки, то точно рассчитать, как частицы заряжаются, будет очень сложно. «Предсказание может просто никогда не произойти», — говорит Лакс.
По информации https://planet-today.ru/novosti/nauka/item/191140-uchenye-razgadali-davnyuyu-zagadku-vozniknoveniya-vulkanicheskikh-molnij
Обозрение "Terra & Comp".
