Введение

Фулгуриты, обычно называемые "окаменелой молнией", – это природные трубки, скопления или массы спеченного, остеклененного или расплавленного грунта, песка, горных пород, органических остатков и других отложений, которые иногда образуются при ударе молнии в землю. Если фулгурит состоит из кремнезема, он классифицируется как разновидность минералоида лехателиерита. При обычных разрядах молнии отрицательной полярности от облака к земле преодолевается разность потенциалов более 100 миллионов вольт (100 МВ). Такой ток может распространяться в кварцевый песок, богатый кремнеземом, смешанную почву, глину или другие осадочные породы, быстро испаряя и расплавляя устойчивые материалы в типичном режиме рассеивания энергии. В результате формируются, как правило, полые и/или везикулярные, разветвленные структуры из стеклянных трубок, корок и сплошных масс. Фулгуриты не имеют фиксированного состава, поскольку их химический состав определяется физическими и химическими свойствами материала, в который ударила молния. По своей структуре фулгуриты схожи с фигурами Лихтенберга – разветвленными узорами, возникающими на поверхности изоляторов при диэлектрическом пробое под воздействием высоковольтных разрядов, таких как молния.

Описание

Фулгуриты образуются, когда молния ударяет в землю, сплавляя и витрифицируя минеральные зерна. Основной фазой SiO2 в обычных трубчатых фулгуритах является лехателиерит – аморфное стекло кремния. Многие фулгуриты демонстрируют признаки кристаллизации: помимо стекол, многие из них частично протокристаллические или микрокристаллические. Поскольку фулгуриты обычно имеют аморфную структуру, они классифицируются как минералоиды. Материальные свойства фулгуритов (размер, цвет, текстура) сильно варьируются в зависимости от силы удара молнии, а также состава и влажности поверхности, в которую она попала. Большинство природных фулгуритов имеют цвет от белого до черного. Железо – распространенная примесь, которая может придавать глубокий коричневато-зеленый оттенок. Лехателиерит, аналогичный фулгуритам, также может быть получен в результате контролируемого (или неконтролируемого) электрического дугового разряда в среде. Оборванные высоковольтные линии электропередач создали ярко окрашенные лехателиериты из-за включения меди или других материалов из самих линий. Ярко окрашенные лехателиериты, похожие на фулгуриты, обычно синтетические и отражают включение искусственных материалов. Однако молния может ударять в искусственные объекты, образуя цветные фулгуриты. Внутренняя поверхность фулгуритов типа I обычно гладкая или покрыта мелкими пузырьками, а внешняя – грубыми осадочными частицами или небольшими камнями. Другие типы фулгуритов обычно везикулярные и могут не иметь открытой центральной трубки; их внешняя поверхность может быть пористой или гладкой. Разветвленные фулгуриты демонстрируют фрактальное самоподобие и структурную масштабную инвариантность в виде макро- или микроскопической сети корнеподобных ветвей и могут проявлять такую текстуру без центральных каналов или явного отклонения от морфологии окружающей среды или объекта удара (например, слоистые расплавы, скальные фулгуриты). Фулгуриты обычно хрупкие, что затрудняет сбор крупных образцов в полевых условиях. Фулгуриты могут превышать 20 сантиметров в диаметре и проникать глубоко в подпочву, иногда встречаясь на расстоянии ниже поверхности удара, хотя они также могут образовываться непосредственно на осадочной поверхности. Один из самых длинных фулгуритов, найденных в наше время, имел длину чуть более и был обнаружен на севере Флориды. В музее естественной истории Йельского университета Пибоди экспонируется один из самых длинных известных сохранившихся фулгуритов, длиной около. Чарльз Дарвин в "Путешествии "Бигля" отметил, что трубки, подобные найденным в Дригге, Камберленд, Великобритания, достигали длины. Фулгуриты озера Уиненс (озеро Уиненс, округ Ливингстон, штат Мичиган) простирались прерывисто на протяжении 30 м и, вероятно, включают в себя самую большую массу фулгурита, когда-либо обнаруженную и описанную: ее самый большой участок имеет длину около 16 футов (4,88 м) и диаметр 1 фут (30 см). Пиковые температуры в канале молнии превышают 30 000 К, при достаточном давлении для образования плоскостных деформационных структур в SiO2 – разновидности полиморфизма, также известной как ударный кварц.

Палеоэкологический показатель

Наличие фулгуритов в определенной местности может быть использовано для оценки частоты молний за определенный период времени, что может помочь в понимании прошлых региональных климатов. Палеомолниеведение – это изучение различных индикаторов прошлых ударов молнии, прежде всего в форме фулгуритов и сигнатур остаточной намагниченности, вызванной молнией (LIRM). Впоследствии в фулгуритах были обнаружены и другие материалы, включая высоковосстановленные сплавы кремния (силициды), аллотропные модификации фуллерена C60 (букминстерфуллерены) и C70, а также высокотемпературные полиморфы SiO2. В фулгуритах также идентифицированы восстановленные фосфиды в виде шрайберсита (Fe3P и (Fe,Ni)3P) и фосфида титана(III). Эти восстановленные соединения в иных условиях редки на Земле из-за присутствия кислорода в земной атмосфере, создающего окислительные условия на поверхности.

История

Фулгуритные трубки были упомянуты еще персидскими учеными Авиценной и Аль-Бируни в XI веке, не зная об их истинном происхождении. На протяжении последующих столетий фулгуриты описывались, но неверно интерпретировались как результат подземных пожаров, и им ошибочно приписывались целебные свойства, например, Леонхардом Давидом Германном в 1711 году в его труде "Maslographia". Другие известные естествоиспытатели, среди которых были Чарльз Дарвин, Гораций Бенедикт де Соссюр и Александр фон Гумбольдт, обращали внимание на фулгуриты, но не обнаружили связи с молнией. Лишь в 1805 году земледелец Хенцен и минералог и горный инженер Иоганн Карл Вильгельм Войт установили истинный процесс образования фулгуритов в результате ударов молнии в землю, а в 1817 году это было опубликовано и подробно задокументировано минералогом и горным инженером Карлом Густавом Фидлером в "Annalen der Physik".