Кіріспе
Найзағай соққан кезде пайда болатын тау жынысы. Фулгуриттер, көбінесе "қатты найзағай" деп аталады, – табиғи түтікшелер, жиынтықтар немесе топырақ, құм, тау жынысы, органикалық қалдықтар және басқа шөгінділердің бірігіп, шыныланған немесе балқыған массалары. Бұл құбылыс найзағай жерге түскен кезде пайда болады. Фулгуриттер кремний қышқылынан тұрған жағдайда, олар минералоид – лехателиериттің бір түріне жатады. Көбінесе теріс полярлылықтағы бұлттан жерге түсетін найзағайда 100 миллион вольттан (100 МВ) астам потенциал айырмашылығы туындауы мүмкін. Мұндай ток кремнийге бай кварцты құмға, аралас топыраққа, сазға немесе басқа шөгінділерге таралып, олардың ішіндегі берік материалдарды жылдам буландырып, балқытады. Нәтижесінде, әдетте қуыс және/немесе көпіршікті, тармақталған шыны түтікшелердің, қабықшалардың және жиынтық массалардың пайда болуына әкеледі. Фулгуриттердің нақты құрамы жоқ, себебі олардың химиялық құрамы найзағай соққан материалдың физикалық және химиялық қасиеттерімен анықталады. Фулгуриттер құрылымдық тұрғыдан Лихтенберг фигураларына ұқсас, олар жоғары кернеулік разрядтар кезінде диэлектрлік бұзылуға ұшыраған оқшаулағыштардың бетінде пайда болатын тармақталған үлгілер.
Fulgurites , commonly called "fossilized lightning", are natural tubes, clumps, or masses of sintered, vitrified, or fused soil, sand, rock, organic debris and other sediments that sometimes form when lightning discharges into ground. When composed of silica, fulgurites are classified as a variety of the mineraloid lechatelierite. When ordinary negative polarity cloud ground lightning discharges into a grounding substrate, greater than 100 million volts (100 MV) of potential difference may be bridged. Such current may propagate into silica rich quartzose sand, mixed soil, clay, or other sediments, rapidly vaporizing and melting resistant materials within such a common dissipation regime. This results in the formation of generally hollow and/or vesicular, branching assemblages of glassy tubes, crusts, and clumped masses. Fulgurites have no fixed composition because their chemical composition is determined by the physical and chemical properties of whatever material is being struck by lightning. Fulgurites are structurally similar to Lichtenberg figures, which are the branching patterns produced on surfaces of insulators during dielectric breakdown by high voltage discharges, such as lightning.
Сипаттама
Фулгуриттер жерді шаңқа соққан кезде пайда болады, минералдық дәндерді балқытып, шыныландырады. Көбінесе түтік тәрізді фулгуриттердегі негізгі SiO2 фазасы – лехателиерит, аморфты кремний шынысы. Көптеген фулгуриттер кристалдану белгілерін көрсетеді: шыныдан басқа, олардың көпшілігі жартылай протокристаллды немесе микрокристаллды болады. Фулгуриттердің құрылымы көбінесе аморфты болғандықтан, олар минералоидтар класына жатқызылады. Фулгуриттердің материалдық қасиеттері (өлшемі, түсі, текстурасы) шаңқаның күшіне, соққан беттің құрамы мен ылғалдылығына байланысты кең ауқымда өзгереді. Көптеген табиғи фулгуриттер ақтан қараға дейінгі спектрде кездеседі. Темір – жиі кездесетін қоспа, ол терең қоңыр жасыл түске әкелуі мүмкін. Фулгуриттерге ұқсас лехателиеритті бақыланатын (немесе бақыланбайтын) жасанды электр аркасы арқылы да жасауға болады. Жоғары кернеулі электр сызықтарының үзілуі мыс немесе басқа материалдардың сызықтардан енуі нәтижесінде жарқын түсті лехателиериттерді тудырады. Фулгуриттерге ұқсайтын жарқын түсті лехателиериттер көбінесе жасанды және жасанды материалдардың енуін көрсетеді. Дегенмен, шаңқа адам жасаған нысандарға да тиіп, түрлі түсті фулгуриттерді құрауы мүмкін. I типті (құмды) фулгуриттердің ішкі беті әдетте тегіс немесе ұсақ көпіршіктермен жабылады, ал сыртқы беті орамды шөгінді бөлшектермен немесе кішкентай тастармен қапталады. Фулгуриттердің басқа түрлері көбінесе везикулярлы болады және ашық орталық түтігі болмауы мүмкін; олардың сыртқы беті тегіс немесе кедір-бұдыр болуы мүмкін. Тарамдалған фулгуриттер фрактал тәрізді өзіне ұқсастық пен құрылымдық масштабты инварианттылықты тамыр тәрізді тармақтардың макроскопиялық немесе микроскопиялық желісі ретінде көрсетеді және орталық арналарсыз немесе контекст немесе нысананың морфологиясынан айқын ауытқусыз осы текстураны көрсетуі мүмкін (мысалы, жапырақ тәрізді балқыма, тау жынысы фулгуриттері). Фулгуриттер көбінесе нәзік болады, сондықтан үлкен үлгілерді өрісте жинау қиынға соғады. Фулгуриттердің диаметрі 20 сантиметрден асып, жер астына терең бойлап енуі мүмкін, кейде соққан жердің астында кездеседі, бірақ олар тікелей шөгінді бетінде де пайда болуы мүмкін. Қазіргі кезде табылған ең ұзын фулгуриттердің бірі Флориданың солтүстігінде табылған. Йель университетінің Пибоди табиғи тарих мұражайында шамамен ең ұзақ сақталған фулгуриттердің бірі бар. Чарльз Дарвин "Биглдің саяхаты" еңбегінде Ұлыбританияның Камберленд аймағындағы Дриггте табылған осындай түтіктердің ұзындығына Винанс көлінің фулгуриттері (Винанс көлі, Ливингстон округі, Мичиган) жеткенін жазды. Бұл 30 метрлік аралықта үздіксіз жалғасып, ең үлкен фулгурит массасын құрайды деп есептеледі: оның ең ірі бөлігінің ұзындығы шамамен 4,88 метр, диаметрі 30 сантиметрге жетеді. Шаңқа арнасының ішіндегі температура 30 000 К-ден асып, SiO2-де жазықтық деформация белгілерін тудыруға жеткілікті қысым тудырады, бұл полиморфизмнің бір түрі. Бұл сонымен қатар шокталған кварц деп те аталады.
Палеоэкологиялық көрсеткіш
Аймақтағы фулгуриттердің болуы белгілі бір кезеңдегі найзағайдың жиілігін бағалауға мүмкіндік береді, бұл бұрынғы өңірлік климатты түсінуге көмектеседі. Палеожарық – бұл өткендегі найзағайдың әртүрлі көрсеткіштерін зерттеу, негізінен фулгуриттер және найзағайдың қалдырған магниттелуінің (LIRM) іздері түрінде. Фулгуриттерде басқа материалдар да табылды, оның ішінде жоғары деңгейде тотығудан төмендеген кремнийлі металл қорытпалары (силицидтер), C60 (букминстерфуллерендер) және C70 фуллерен аллотроптары, сондай-ақ SiO2 жоғары қысымдағы полиморфтары. Фулгуриттерде төмендеген фосфидтер де анықталды, олар шрайберсит (|Fe3P және |(Fe,Ni)3P) және титан(III) фосфиді түрінде кездеседі. Мұндай тотығудан төмендеген қосылыстар Жер атмосферасындағы оттегінің болуына байланысты Жер бетінде сирек кездеседі, себебі ол тотығу ортасын қалыптастырады.
Тарих
Фулгурит түтіктерін парсы ғалымдары Әбу Әли ибн Сина (Авиценна) мен әл-Бируни 11 ғасырда олардың нақты пайда болуын білмей-ақ айтқан. Келесі ғасырларда фулгуриттер сипатталған, бірақ олар жер астындағы өрттердің салдары деп қате түсіндірілді және оларға жалған емдік қасиеттер тағайындалды, мысалы, Леонхард Давид Герман 1711 жылы өзінің "Maslographia" еңбегінде. Чарльз Дарвин, Гораций Бенедикт де Соссюр және Александр фон Гумбольдт сияқты басқа да белгілі ғалымдар фулгуриттерге назар бөлген, бірақ олардың найзағаймен байланысын анықтай алмады. Тек 1805 жылы ауыл шаруашылығы маманы Хентцен мен минералог және тау-кен инженері Иоганн Карл Вильгельм Войт фулгуриттердің жерге найзағайдың тиюінен пайда болатындығын анықтады, ал 1817 жылы минералог және тау-кен инженері Карл Густав Фидлер бұл туралы "Annalen der Physik" журналында жариялап, толыққанды құжаттады.