Po desetiletí si vědci lámali hlavu nad přesným mechanismem sopečného blesku – velkolepými elektrickými výboji, které lze vidět v oblacích popela vybuchujících sopek. Nyní fyzici věří, že tuto záhadu vyřešili: klíč není v samotném popelu, ale v malých molekulách obsahujících uhlík, které obalují jeho částice.
Triboelektrický efekt a sopečný popel
Sopečný blesk vzniká v důsledku triboelektrického jevu, jevu, při kterém materiály získávají elektrický náboj, když se o sebe tírají. V oblacích sopečného popela se nesčetné částice oxidu křemičitého srážejí a vyměňují si elektrony a vytvářejí oblasti s kladným a záporným nábojem. Blesk nastane, když se toto oddělení stane dostatečně silným, aby způsobilo jiskru ve vzduchu.
Dlouhou dobu bylo záhadou, proč se některé částice nabijí kladně a jiné záporně. Vzhledem k tomu, že oba byly vyrobeny z oxidu křemičitého, zdála se tato asymetrie nevysvětlitelná. Teorie sahaly od vlhkosti po drsnost povrchu, ale žádná nedokázala plně vysvětlit chování.
Průlom v oblasti uhlíkového znečištění
Vědci z Institutu vědy a technologie v Rakousku zjistili, že přítomnost nebo nepřítomnost molekul obsahujících uhlík na povrchu částic určuje směr náboje. Po pečlivém čištění vzorků pomocí ultrazvuku obrátili polaritu nabíjení – čistá částice byla nabita opačně než částice potažená uhlíkem.
„Viděli jsme, že tento efekt byl lepší než všechno ostatní,“ vysvětluje Galen Grosjean, vedoucí výzkumník. Dokonce i jednodenní vystavení vzduchu obnovilo původní chování při nabíjení, protože částice znovu absorbovaly uhlík z atmosféry.
Důsledky pro fyziku
Tento objev má důsledky pro triboelektrický výzkum. Daniel Lacks, fyzik z Case Western Reserve University, naznačuje, že to může znamenat, že přesná předpověď přenosu náboje je v zásadě nemožná: “Pokud znečištění uhlíkem určuje směr nabíjení, pak bude velmi obtížné přesně vypočítat, jak se částice nabijí.”
Studie ukazuje, že svět je mnohem nepořádnější, než si fyzici dříve mysleli. Kontaminanty nejsou jen defekty; to jsou základní motory fyzikálních jevů.
Sopečné blesky, kdysi tajemná podívaná, nyní zvýrazňují překvapivý vliv každodenních znečišťujících látek na složité procesy. Role uhlíku v oblacích popela nám připomíná, že příroda zřídka pracuje ve sterilních podmínkách a dokonce i ty nejmenší molekuly mohou formovat události velkého rozsahu.
