Benjamin Franklin, fundador da Universidade da Pensilvânia, acredita-se que tenha experimentado as propriedades poderosas do relâmpago usando uma pipa e uma chave, provavelmente chegando perto de se eletrocutar no processo.

Em um novo conjunto de experimentos na Penn, os pesquisadores investigaram o poder do raio de uma forma menos arriscada, mas muito mais avançada tecnologicamente.

Chiara Elmi, um pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Ciências da Terra e Ambientais da Penn's School of Arts &Sciences, liderou o trabalho, que usava um conjunto de técnicas para examinar uma fulgurita, uma fina camada de vidro que se forma na superfície da rocha quando um raio a atinge. Entre outras descobertas, o estudo descobriu que, com base no material cristalino na amostra, a temperatura mínima na qual a fulgurita se formou foi de cerca de 1, 700 graus Celsius.

"As pessoas têm usado abordagens morfológicas e químicas para estudar fulguritos de rocha, mas esta foi a primeira vez que uma rocha fulgurita foi classificada do ponto de vista mineralógico, "Disse Elmi." Pude adaptar uma abordagem que usei antes para estudar os efeitos do impacto de meteoritos em rochas e sedimentos para analisar uma pequena quantidade de material a fim de compreender as transições de fase que ocorrem quando um raio atinge um pedra."

Elmi colaborou no trabalho com o autor sênior Reto Gieré, professor e presidente do Departamento de Ciências da Terra e Ambientais, junto com Jiangzhi Chen do departamento, um pesquisador de pós-doutorado, e David Goldsby, um professor associado.

Seu artigo será publicado na revista Mineralogista americano .

Em um estudo publicado no ano passado, Gieré caracterizou um fulgurito de rocha encontrado no sul da França, descobrir que o raio que o atingiu transformou a camada de rocha abaixo da fulgurita no nível atômico, produzindo estruturas reveladoras chamadas lamelas de choque.

A equipe queria seguir uma linha de estudo diferente no novo trabalho.

"Nesse caso, "Gieré disse, "Em vez disso, queríamos estudar a camada de vidro com mais detalhes para descobrir o que os minerais presentes poderiam nos dizer sobre a temperatura do relâmpago."

Para fazer isso, Elmi realizou uma análise de difração de raios-X, que coleta informações sobre a maneira como os raios X interagem com materiais cristalinos para inferir o conteúdo mineral de uma determinada amostra. O desafio neste caso, Contudo, foi que uma análise de difração de raios-X típica requer cerca de um grama de material, e a quantidade de fulgurita de 10 micrômetros de espessura não era tão substancial.

Para adaptar a técnica para uma quantidade menor de amostra, Elmi colocou o material em uma estreita, tubo capilar rotativo e ajustou a ótica de difração para alinhar, concentre e direcione o feixe de raios-X em direção à amostra. A análise da fulgurita revelou a presença de vidro e também de cristobalita, um mineral com a mesma composição química do quartzo, mas possuindo uma estrutura cristalina distinta. A cristobalita só se forma em temperaturas muito altas, e o vidro indicava que a camada superior de granito derreteu durante a queda do raio. A análise de Elmi permitiu que ela quantificasse o vidro e os minerais residuais em uma rocha fulgurita pela primeira vez.

“Essas duas assinaturas indicam um sistema que recebeu um choque de alta temperatura, "Elmi disse." Esta análise também indica a temperatura mínima necessária para criar o vidro, porque a cristobalita se forma em torno de 1, 700 Celsius, então você sabe que essa temperatura foi atingida quando o raio atingiu a rocha. "

A temperatura medida de um raio no ar é de fato muito mais alta - medida em torno de 30, 000 graus Celsius - mas esta análise indica que a própria rocha foi elevada da temperatura ambiente para pelo menos 1, 700 Celsius.

A equipe realizou análises adicionais na amostra de fulgurita. Eles encontraram material orgânico na amostra, indicando que o raio queimou líquen ou musgo crescendo na superfície da rocha e o prendeu dentro do material.

"Este é um evento extremamente rápido, "Gieré disse." A rocha aquece muito rapidamente e também esfria muito rapidamente. Isso retém gases no vidro e alguns desses gases foram formados pela combustão de matéria orgânica. ”

Em estudos futuros, a equipe espera desenvolver um modelo completo do que acontece com as rochas durante a queda de um raio, incorporando produtos químicos, fisica, observações biológicas e mineralógicas. Eles observam que pessoas como Franklin, que quase acertam os relâmpagos, têm muita sorte.

"É incrível que um raio possa derreter o granito e mudar completamente sua estrutura, no entanto, algumas pessoas sobrevivem a quedas de raios, "disse Gieré.