Tientallen jaren lang hebben wetenschappers zich verbaasd over het exacte mechanisme achter vulkanische bliksem: de dramatische elektrische ontladingen die te zien zijn in aspluimen die uit vulkanen losbarsten. Nu denken natuurkundigen dat ze de puzzel hebben opgelost: de sleutel is niet de as zelf, maar de kleine koolstofhoudende moleculen die de deeltjes omhullen.
Het triboelektrische effect en vulkanische as
Vulkanische bliksem ontstaat door het tribo-elektrisch effect, een fenomeen waarbij materialen elektrische lading krijgen wanneer ze tegen elkaar worden gewreven. In vulkanische aswolken botsen talloze deeltjes siliciumdioxide en wisselen elektronen uit, waardoor gebieden met positieve en negatieve lading ontstaan. Bliksem ontstaat wanneer deze scheiding sterk genoeg wordt om door de lucht te vonken.
Het al lang bestaande mysterie was waarom sommige deeltjes positief werden terwijl andere negatief werden. Aangezien beide siliciumdioxide waren, leek de asymmetrie onverklaarbaar. Theorieën varieerden van vochtigheid tot oppervlakteruwheid, maar geen enkele kon het gedrag volledig verklaren.
De doorbraak op het gebied van koolstofverontreiniging
Onderzoekers van het Institute of Science and Technology Austria ontdekten dat de aan- of afwezigheid van op koolstof gebaseerde moleculen op deeltjesoppervlakken de richting van de lading dicteert. Door monsters zorgvuldig te reinigen met ultrageluid, keerden ze de oplaadpolariteit om: een schoon deeltje dat tegengesteld geladen was dan een deeltje bedekt met koolstof.
“We zagen dat dit effect al het andere overwint”, legt Galien Grosjean, de hoofdonderzoeker, uit. Zelfs een dag blootstelling aan lucht herstelde het oorspronkelijke oplaadgedrag, aangezien deeltjes koolstof uit de atmosfeer opnieuw absorbeerden.
Implicaties voor de natuurkunde
De ontdekking heeft implicaties voor tribo-elektrisch onderzoek. Daniel Lacks, natuurkundige aan de Case Western Reserve University, suggereert dat dit zou kunnen betekenen dat precieze voorspelling van ladingsoverdracht fundamenteel onmogelijk is: “Als koolstofvervuiling de oplaadrichting bepaalt, zal het heel moeilijk zijn om precies te berekenen hoe deeltjes geladen worden.”
Uit het onderzoek blijkt dat de wereld veel rommeliger is dan natuurkundigen zich eerder hadden voorgesteld. Verontreinigingen zijn niet alleen maar onvolkomenheden; het zijn fundamentele aanjagers van fysieke verschijnselen.
Vulkanische bliksem, ooit een mysterieus schouwspel, benadrukt nu de verrassende invloed van alledaagse verontreinigingen op complexe processen. De rol van koolstof in aswolken herinnert ons eraan dat de natuur zelden in steriele omstandigheden opereert, en dat zelfs de kleinste moleculen grootschalige gebeurtenissen kunnen beïnvloeden.
