stringtranslate.com

Фульгурит

Фульгурит
Типичные фрагменты сломанных фульгуритов

Фульгуриты (от лат. fulgur  'молния' и -ite ), обычно называемые " окаменевшей молнией ", представляют собой естественные трубки, комки или массы спеченной , остеклованной или расплавленной почвы , песка , камня, органических остатков и других осадков, которые иногда образуются при ударе молнии в землю. Когда фульгуриты состоят из кремнезема, их классифицируют как разновидность минералоида лешательерита .

Когда обычные отрицательные полярности грозовые разряды облако-земля разряжаются в заземляющий субстрат, может быть шунтировано более 100 миллионов вольт (100 МВ) разности потенциалов. [ 2] Такой ток может распространяться в кварцевый песок, смешанную почву, глину или другие отложения, богатые кремнием, быстро испаряя и плавя стойкие материалы в таком общем режиме рассеивания. [ 3] Это приводит к образованию, как правило, полых и/или пузырьковых, разветвленных скоплений стекловидных трубок, корок и комковатых масс. [4] Фульгуриты не имеют фиксированного состава, поскольку их химический состав определяется физическими и химическими свойствами любого материала, пораженного молнией.

Фульгуриты структурно похожи на фигуры Лихтенберга , которые представляют собой разветвленные узоры, образующиеся на поверхности изоляторов во время пробоя диэлектрика высоковольтными разрядами, такими как молния. [5] [6]

Описание

Фульгуриты образуются, когда молния ударяет в землю, сплавляя и остекловывая минеральные зерна. [7] Первичная фаза SiO 2 в обычных трубчатых фульгуритах - это лешательерит , аморфное кварцевое стекло. Многие фульгуриты демонстрируют некоторые признаки кристаллизации: в дополнение к стеклам, многие из них частично протокристаллические или микрокристаллические . Поскольку фульгуриты, как правило, имеют аморфную структуру, фульгуриты классифицируются как минералоиды . Пиковые температуры в канале молнии превышают 30 000 К, при достаточном давлении для образования плоских деформационных особенностей в SiO 2 , своего рода полиморфизма . Это также известно в разговорной речи как ударный кварц . [8]

Свойства материала (размер, цвет, текстура) фульгуритов сильно различаются в зависимости от размера молнии, а также состава и влажности поверхности, пораженной молнией. Большинство природных фульгуритов имеют спектр от белого до черного. Железо является распространенной примесью, которая может привести к глубокой коричневато-зеленой окраске. Лешательерит, похожий на фульгуриты, также может быть получен путем контролируемого (или неконтролируемого) образования дуги искусственного электричества в среде. Обрушенные высоковольтные линии электропередач произвели ярко окрашенные лешательериты из-за включения меди или других материалов из линий электропередач. [9] Ярко окрашенные лешательериты, напоминающие фульгуриты, обычно являются синтетическими и отражают включение синтетических материалов. Однако молния может ударять в искусственные объекты, в результате чего образуются цветные фульгуриты.

Внутренняя часть фульгуритов типа I (песчаных) обычно гладкая или покрыта мелкими пузырьками, в то время как их внешняя часть покрыта грубыми осадочными частицами или небольшими камнями. Другие типы фульгуритов обычно везикулярны и могут не иметь открытой центральной трубки; их внешняя часть может быть пористой или гладкой. Ветвящиеся фульгуриты демонстрируют фрактальное самоподобие и структурную масштабную инвариантность как макроскопическую или микроскопическую сеть корневидных ветвей и могут демонстрировать эту текстуру без центральных каналов или очевидного отклонения от морфологии контекста или цели (например, листообразный расплав, каменные фульгуриты). Фульгуриты обычно хрупкие, что затрудняет полевой сбор крупных образцов.

Фульгуриты могут превышать 20 сантиметров в диаметре и могут проникать глубоко в недра , иногда встречаясь на глубине до 15 м (49 футов) ниже поверхности, на которую был нанесен удар, [10] хотя они также могут образовываться непосредственно на осадочной поверхности. [11] Один из самых длинных фульгуритов, найденных в наше время, имел длину чуть более 4,9 м (16 футов) и был найден в северной Флориде . [12] В Музее естественной истории Пибоди Йельского университета выставлен один из самых длинных известных сохранившихся фульгуритов, длиной около 4 м (13 футов). [13] Чарльз Дарвин в «Путешествии «Бигля»» записал, что трубки, подобные этим, найденным в Дригге , Камберленд , Великобритания, достигали длины 9,1 м (30 футов). [14] [15] Фульгериты в озере Уайнанс, округ Ливингстон, штат Мичиган , простирались прерывисто на протяжении 30 м и, возможно, включают в себя самую большую зарегистрированную массу фульгурита, когда-либо извлеченную и описанную: ее самая большая часть простирается приблизительно на 16 футов (4,88 м) в длину и на 1 фут в диаметре (30 см). [4] [16]

Классификация

Фульгуриты были классифицированы [17] на пять типов, связанных с типом осадка, в котором они образовались, а именно:

Значение

Наличие фульгуритов в области может быть использовано для оценки частоты молний за определенный период времени, что может помочь понять прошлые региональные климаты. Палеомолния — это изучение различных индикаторов прошлых ударов молний, ​​в первую очередь в форме фульгуритов и сигнатур остаточной намагниченности, вызванных молниями. [1]

В фульгуритах наблюдалось множество материалов высокого давления и высокой температуры. Известно также, что многие из этих минералов и соединений образуются в экстремальных условиях, таких как испытания ядерного оружия , гиперскоростные удары и межзвездное пространство . Ударный кварц был впервые описан в фульгуритах в 1980 году . [20] С тех пор в фульгуритах были идентифицированы и другие материалы, включая сильно восстановленные сплавы кремния с металлами ( силициды ), аллотропы фуллерена C 60 ( бакминстерфуллерены ) и C 70 , а также полиморфы SiO 2 высокого давления . [4] [8] [16] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] Восстановленные фосфиды были обнаружены в фульгуритах в форме шрейберзита ( Fe3P и ( Fe,Ni) 3P ) и фосфида титана(III) . [4] [27] [31] Эти восстановленные соединения в остальном редки на Земле из-за присутствия кислорода в атмосфере Земли , который создает окислительные условия на поверхности.

История

Фульгуритовые трубки упоминались уже персидскими энциклопедистами Авиценной и Аль-Бируни в XI веке, не зная их истинного происхождения. [32] В последующие столетия фульгуриты описывались, но неверно истолковывались как результат подземных огней, ложно приписывая им целебные свойства, например, Леонардом Давидом Германом в 1711 году в его «Маслографии» . [33] Другие известные естествоиспытатели, среди которых Чарльз Дарвин , Гораций Бенедикт де Соссюр и Александр фон Гумбольдт, уделяли внимание фульгуритам, не обнаружив их связи с молнией.

В 1805 году агроном Хентцен и минералог и горный инженер Иоганн Карл Вильгельм Фойгт раскрыли истинный процесс образования фульгуритов при ударах молнии в землю . [34] В 1817 году минералог и горный инженер Карл Густав Фидлер опубликовал и подробно описал это явление в Annalen der Physik . [35]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Sponholz, B.; Baumhauer, R.; Felix-Henningsen, P. (1 июня 1993 г.). «Фульгуриты в южной части Центральной Сахары, Республика Нигер и их палеоэкологическое значение». Голоцен . 3 (2): 97–104. Bibcode :1993Holoc...3...97S. CiteSeerX  10.1.1.549.8976 . doi :10.1177/095968369300300201. S2CID  56110306.
  2. ↑ Энн Купер, Мэри (1 марта 1980 г.). «Поражения молнией: прогностические признаки смерти». Annals of Emergency Medicine . 9 (3): 134–138. doi :10.1016/S0196-0644(80)80268-X. PMID  7362103. Получено 16.06.2019 .
  3. ^ Джозеф, Майкл Л. (январь 2012 г.). «Геохимический анализ фульгуритов: от внутреннего стекла до внешней коры» ( PDF ) . Scholarcommons.usf.edu . Получено 16 августа 2015 г.
  4. ^ abcd "Классификация фульгуритов, петрология и их значение для планетарных процессов – Репозиторий кампуса Университета Аризоны" ( PDF ) . Arizona.openrepository.com. Архивировано (PDF) из оригинала 21.12.2019 . Получено 16.08.2015 .
  5. ^ "SGSMP: цифры Лихтенберга". Sgsmp.ch. 28 июля 2005 г. Архивировано из оригинала 2015-08-02 . Получено 2015-08-16 .
  6. ^ Уэллетт, Дженнифер (23 июля 2013 г.). «Физик из Фермилаба создает искусство «замороженной молнии» с помощью ускорителей». Блог Scientific American . Получено 11 августа 2015 г.
  7. ^ Эссен, Э. Дж.; Фишер, Д. К. (10 октября 1986 г.). «Сплав при ударе молнии: экстремальное восстановление и несмешиваемость металл-силикатной жидкости». Science . 234 (4773): 189–193. Bibcode :1986Sci...234..189E. doi :10.1126/science.234.4773.189. PMID  17746479. S2CID  37215332.
  8. ^ ab Gieré, Reto; Wimmenauer, Wolfhard; Müller-Sigmund, Hiltrud; Wirth, Richard; Lumpkin, Gregory R.; Smith, Katherine L. (1 июля 2015 г.). "Ударные ламели в кварце, вызванные молнией". American Mineralogist . 100 (7): 1645–1648. Bibcode :2015AmMin.100.1645G. doi :10.2138/am-2015-5218. S2CID  130973907 . Получено 16 августа 2015 г. .
  9. ^ «Агателади: Приключения и события: Подробнее о фульгуритах». 18 сентября 2014 г.
  10. ^ W. Wright Jr., Fred (1 июля 1988 г.). "Фантастическая находка фульгурита во Флориде" (PDF) . Weatherwise . 51 (4) . Получено 16.06.2019 .
  11. ^ Рипли, Джордж; Дэна, Чарльз Андерсон (1859). Новая американская энциклопедия. Эпплтон. стр. 2.
  12. ^ Grapes, RH (2006). Пирометаморфизм . Springer. стр. 28. ISBN 978-3-540-29453-5.
  13. ^ "Новый зал Пибоди предлагает высокотехнологичные уроки о Земле и космосе". Yale Bulletin & Calendar . 34 (30). 9 июня 2006 г. Архивировано из оригинала 2014-11-06 . Получено 2013-12-26 .
  14. ^ "Представляем... Фульгуриты". Oum.ox.ac.uk . Получено 2015-08-16 .
  15. ^ Популярный педагог. 1860. Получено 16 августа 2015 г.
  16. ^ ab Essene, EJ; Fisher, DC (10 октября 1986 г.). «Слияние при ударе молнии: экстремальное восстановление и несмешиваемость металл-силикатной жидкости». Science . 234 (4773). Science-AAAS: 189–193. Bibcode :1986Sci...234..189E. doi :10.1126/science.234.4773.189. PMID  17746479. S2CID  37215332.
  17. ^ abc Pasek, Matthew A.; Block, Kristin; Pasek, Virginia (24 апреля 2012 г.). «Морфология фульгурита: схема классификации и ключи к формированию – Springer». Вклад в минералогию и петрологию . 164 (3): 477–492. Bibcode :2012CoMP..164..477P. doi :10.1007/s00410-012-0753-5. S2CID  129095919.
  18. ^ Пляшкевич, А.А.; Минюк, П.С.; Субботникова, Т.В.; Альшевский А.В. (декабрь 2006 г.). «Докл. наук о Земле 411 (2006)». Доклады наук о Земле . 411 : 380–383. дои : 10.1134/S1028334X16040139. S2CID  132342955.
  19. ^ Пляшкевич, А.А.; Минюк, П.С.; Субботникова, Т.В.; Альшевский А.В. (апрель 2016 г.). «Доклады наук о Земле 467, № 2 (2016)». Доклады наук о Земле . 467 (2): 1431–1434. дои : 10.1134/S1028334X06090212. S2CID  140703063.
  20. ↑ Gailliot, Mary Patricia (1 января 1980 г.). «Окаменевшая молния». Rocks & Minerals . 55 (1): 13–17. doi :10.1080/00357529.1980.11764615.
  21. ^ Daly TK, Buseck PR, Williams P, Lewis CF (20 апреля 2015 г.). «Фуллерены из фульгурита». Science . 259 (5101): 1599–601. Bibcode :1993Sci...259.1599D. doi :10.1126/science.259.5101.1599. PMID  17733026. S2CID  7298670.
  22. ^ Хейманн, Д. (1996). "Химия фуллеренов на Земле и в Солнечной системе: обзор 1995 года" (PDF) . LPS . XXVII : 539. Bibcode :1996LPI....27..539H . Получено 16.08.2015 .
  23. ^ Macdonald, FA; Mitchell, K.; Cina, SE (2004). "Доказательства происхождения стекла Эдеови от удара молнии" (PDF) . Лунная и планетарная наука . XXXV . 1406. Bibcode :2004LPI....35.1406M . Получено 16.08.2015 .
  24. ^ Pasek, MA; Collins, GS; Melosh, HJ; Atlas, Z. (2010). "Shocked Quartz in a Fulgurite" (PDF) . Meteoritics and Planetary Science . 73 : 5211. Bibcode :2010M&PSA..73.5211P . Получено 16.06.2019 .
  25. ^ Carter EA, Pasek MA, Smith T, Kee TP, Hines P, Edwards HG (20 апреля 2015 г.). «Быстрое рамановское картирование фульгурита». Anal Bioanal Chem . 397 (7): 2647–2658. doi :10.1007/s00216-010-3593-z. PMID  20229006. S2CID  23476732.
  26. ^ Carter EA, Hargreaves MD, Kee TP, Pasek MA, Edwards HG (7 июня 2010 г.). "Исследование фульгурита методом спектроскопии Рамана | Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences". Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 368 (1922): 3087–3097. doi : 10.1098/rsta.2010.0022 . PMID  20529946.
  27. ^ ab Block, Kristin; Pasek, Matthew (август 2009). «Восстановление степени окисления фосфора под действием молнии». Nature Geoscience . 2 (8): 553–556. Bibcode : 2009NatGe...2..553P. doi : 10.1038/ngeo580.
  28. ^ Шеффер, AA; Дьяр, MD; Склют, EC (2006). «Очки для защиты от ударов молнии как аналог очков для ударов» (PDF) . Лунная и планетарная наука . XXXVII . 2009 . Получено 16 августа 2015 г.
  29. ^ Кочемасов, ГГ (1985). "Фульгурит" (PDF) . Лунная и планетарная наука . 1226 . Получено 16.08.2015 .
  30. ^ Парнелл, Дж.; Тэкри, С.; Мьюирхед, Д.; Райт, А. (2008). "Транзиентная высокотемпературная обработка силикатов в фульгуритах как аналогов метеоритных и ударных расплавов" (PDF) . Лунная и планетарная наука . XXXIX (1391). 1286. Bibcode :2008LPI....39.1286P . Получено 16.08.2015 .
  31. ^ Pasek MA, Kee TP, Carter EA, Hargreaves MD, Edwards HG, Atlas Z (2010). "Fried Phosphate and Organic Survival: Lightning in Biogeochemical Cycles" (PDF) . Astrobiology Sciences Conference . 1538 : 5261. Bibcode : 2010LPICo1538.5261P . Получено 16.08.2015 .
  32. ^ Хашми, Мохамед Яхия (1966). «Die геологические и минералогические знания Ибн Сины». Zeitschrift der Deutschen Morgenländischen Gesellschaft (на немецком языке). 116 (1): 44–59. ISSN  0341-0137 . Проверено 23 апреля 2024 г.
  33. ^ Германн, Леонард Дэвид (1711). Maslographia oder Beschreibung Des Schlesischen Massel Im Oelß-Bernstädtischen Fürstenthum mit seinen Schauwürdigkeiten [ Маслография или описание Силезского Маслова в княжестве герцога Ольс-Бернштадтского вместе с его достопримечательностями ] (на немецком языке). Бреслау: Verlag von Christian Brachvogel . Проверено 23 апреля 2024 г.
  34. ^ Фойгт, Иоганн Карл Вильгельм (1805). «Nachricht von den Blitzröhren» [Информация о громовых трубках]. Magazin für den neuesten Zustand der Naturkunde (на немецком языке). 10 : 491–495 . Проверено 23 апреля 2024 г.
  35. ^ Фидлер, Карл Густав (1817). «Ueber die Blitzröhren und ihre Entstehung» [О трубках молний и их происхождении]. Аннален дер Физик (на немецком языке). 55 (цвайтес Штюк). Лейпциг: Людвиг Вильгельм Гильберт: 121–164. Бибкод : 1817AnP....55..121F. дои : 10.1002/andp.18170550202 . Проверено 23 апреля 2024 г.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме:
Фульгуриты (категория)