تم حل لغز كيفية حدوث البرق البركاني

لقد نجح الفيزيائيون في حل لغز طويل الأمد حول العملية التي تنتج البرق البركاني: عندما تحتك الجسيمات المتشابهة ببعضها البعض، لماذا يصبح بعضها مشحونًا بشحنة موجبة بينما يصبح البعض الآخر مشحونًا بشحنة سالبة؟

إن تبادل الشحنات الكهربائية عند تلامس جسمين، والذي يسمى التأثير الكهربائي الاحتكاكي، هو ما يتسبب في انجذاب الشعر نحو البالون بعد فركه.

في سحابة من الرماد البركاني، تتبادل جزيئات ثاني أكسيد السيليكون الشحنات الكهربائية أثناء تصادمها. تنفصل الجسيمات المشحونة إيجابيا وسلبيا ويحدث البرق عندما يتدفق التيار بينهما.

لكن الفيزيائيين لم يتمكنوا من تفسير ما الذي يكسر التماثل بين جسيمين من نفس المادة ويتسبب في تدفق الشحنة بطريقة أو بأخرى.

يقول جاليان جروجان، الذي يعمل الآن في جامعة برشلونة المستقلة: “هناك الكثير من المرشحين”. “يشك الناس في أن الرطوبة مهمة، أو الخشونة، أو البنية البلورية.”

أثناء عمله في معهد العلوم والتكنولوجيا في النمسا في كلوسترنيوبورج، تساءل جروجان عما إذا كانت الإجابة تكمن في الجزيئات التي تحتوي على الكربون على سطح الجسيمات. مثل هذه الجزيئات موجودة في كل مكان في الطبيعة، ويحاول علماء المواد إبقاء هذه الملوثات عند الحد الأدنى. لكن جروجان وزملائه تابعوا ما فعله تنظيف عيناتهم بالكهرباء.

باستخدام الموجات فوق الصوتية، قاموا برفع جسيم صغير من ثاني أكسيد السيليكون، وتركوه يرتد مرة واحدة على لوحة مستهدفة مصنوعة من نفس المادة، ثم قاموا بقياس شحنته. يقول جروجان: “قد تكون شحنته موجبة أو سالبة. وإذا كانت موجبة، فسنخبزها أو ننظفها ونعيد التجربة – ومن ثم تصبح شحنتها سالبة”.

وأظهر تحليل العينات أن إزالة الجزيئات المحتوية على الكربون كانت بالفعل العامل المسيطر. يقول جروجان: “لقد رأينا أن هذا التأثير يتغلب على كل شيء آخر”.

والأمر الآخر هو أن العينة التي تم تنظيفها ستصبح مشحونة بشكل إيجابي مرة أخرى بعد حوالي يوم، وهو أيضًا مدى سرعة اكتسابها لطبقة جديدة من جزيئات الكربون من الهواء.

أبدى دانييل لاكس، من جامعة كيس ويسترن ريزيرف في كليفلاند بولاية أوهايو، إعجابه بالدراسة. يقول: “يعرف الناس أن الأسطح بها الكثير من الفضلات. لكنني لم أر قط هذا يحدث في الشحن الكهربائي الاحتكاكي”.

ويخشى أن يكون هذا الاكتشاف بمثابة أخبار سيئة للفيزيائيين. إذا كان التلوث الكربوني هو الذي يحدد اتجاه الشحن، فإن الحساب الدقيق لكيفية شحن الجسيمات سيكون أمرًا صعبًا للغاية. يقول لاكس: “قد يكون التنبؤ شيئًا لن يحدث أبدًا”.

جولات الاستكشاف: الجيولوجيا وعلم البراكين

من البراكين الأيسلندية إلى الكهوف الفيتنامية، اكتشف العلم وراء بعض المواقع الأكثر تطرفًا على وجه الأرض.