Per decenni, gli scienziati si sono interrogati sull’esatto meccanismo alla base dei fulmini vulcanici: le drammatiche scariche elettriche osservate all’interno dei pennacchi di cenere che eruttano dai vulcani. Ora, i fisici credono di aver risolto il puzzle: la chiave non è la cenere stessa, ma le minuscole molecole contenenti carbonio che rivestono le sue particelle.
L’effetto triboelettrico e la cenere vulcanica
I fulmini vulcanici nascono dall’effetto triboelettrico, un fenomeno in cui i materiali acquisiscono carica elettrica quando vengono strofinati insieme. Nelle nubi di cenere vulcanica, innumerevoli particelle di biossido di silicio si scontrano e si scambiano elettroni, creando regioni di carica positiva e negativa. I fulmini si verificano quando questa separazione diventa abbastanza forte da generare scintille nell’aria.
Il mistero di lunga data era il perché alcune particelle diventassero positive mentre altre diventassero negative. Dato che entrambi erano biossido di silicio, l’asimmetria sembrava inspiegabile. Le teorie spaziavano dall’umidità alla ruvidità della superficie, ma nessuna teneva pienamente conto del comportamento.
La svolta nella contaminazione del carbonio
I ricercatori dell’Istituto di Scienza e Tecnologia Austria hanno scoperto che la presenza o l’assenza di molecole a base di carbonio sulle superfici delle particelle determina la direzione della carica. Pulendo attentamente i campioni con gli ultrasuoni, hanno invertito la polarità di carica: una particella pulita caricata in modo opposto rispetto a una rivestita di carbonio.
“Abbiamo visto che questo effetto supera tutto il resto”, spiega Galien Grosjean, il ricercatore capo. Anche l’esposizione all’aria di un giorno ha ripristinato il comportamento di carica originale poiché le particelle hanno riassorbito il carbonio dall’atmosfera.
Implicazioni per la fisica
La scoperta ha implicazioni per la ricerca triboelettrica. Daniel Lacks, fisico della Case Western Reserve University, suggerisce che ciò potrebbe significare che una previsione precisa del trasferimento di carica è fondamentalmente impossibile: “Se la contaminazione da carbonio determina la direzione di carica, calcolare con precisione come le particelle si caricano sarà molto difficile”.
Lo studio suggerisce che il mondo è molto più disordinato di quanto i fisici immaginassero in precedenza. I contaminanti non sono solo imperfezioni; sono motori fondamentali dei fenomeni fisici.
I fulmini vulcanici, un tempo uno spettacolo misterioso, ora evidenziano la sorprendente influenza dei contaminanti quotidiani su processi complessi. Il ruolo del carbonio nelle nubi di cenere ci ricorda che la natura raramente opera in condizioni sterili e che anche le molecole più piccole possono dare forma a eventi su larga scala.
