Benjamin Franklin, fondatore dell'Università della Pennsylvania, si crede che abbia sperimentato le potenti proprietà dei fulmini usando un aquilone e una chiave, probabilmente si sta avvicinando a fulminarsi nel processo.

In una nuova serie di esperimenti a Penn, i ricercatori hanno sondato il potere dei fulmini in un modo meno rischioso ma molto più tecnologicamente avanzato.

Chiara Elmi, un ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Scienze della Terra e dell'Ambiente di Penn presso la School of Arts &Sciences, ha condotto i lavori, che utilizzava una serie di tecniche per esaminare una folgorite, un sottile strato di vetro che si forma sulla superficie della roccia quando viene colpita da un fulmine. Tra gli altri ritrovamenti, lo studio ha scoperto che, in base al materiale cristallino nel campione, la temperatura minima alla quale si è formata la fulgurite era di circa 1, 700 gradi Celsius.

"Le persone hanno utilizzato approcci morfologici e chimici per studiare le fulguriti delle rocce, ma questa era la prima volta che una fulgurite di roccia veniva classificata da un punto di vista mineralogico, " ha detto Elmi. "Sono stato in grado di adattare un approccio che ho usato prima per studiare gli effetti dell'impatto di meteoriti in rocce e sedimenti per analizzare una piccola quantità di materiale al fine di comprendere le transizioni di fase che si verificano quando un fulmine colpisce un musica rock."

Elmi ha collaborato al lavoro con l'autore senior Reto Gieré, professore e presidente del Dipartimento di Scienze della Terra e dell'Ambiente, insieme a Jiangzhi Chen del dipartimento, un ricercatore post-dottorato, e David Goldsby, un professore associato.

Il loro articolo sarà pubblicato sulla rivista Mineralologo americano .

In uno studio pubblicato lo scorso anno, Gieré ha caratterizzato una roccia fulgurite trovata nel sud della Francia, scoprendo che il fulmine che lo ha colpito ha trasformato lo strato di roccia sotto la fulgurite a livello atomico, producendo strutture rivelatrici chiamate lamelle d'urto.

Il team voleva perseguire una diversa linea di studio nel nuovo lavoro.

"In questo caso, "Giere ha detto, "volevamo invece studiare più in dettaglio lo strato di vetro per scoprire cosa potevano dirci i minerali presenti sulla temperatura dei fulmini".

Fare così, Elmi ha eseguito un'analisi di diffrazione di raggi X, che raccoglie informazioni sul modo in cui i raggi X interagiscono con i materiali cristallini per dedurre il contenuto minerale di un dato campione. La sfida in questo caso, però, era che una tipica analisi di diffrazione di raggi X richiede circa un grammo di materiale, e la quantità della folgurite spessa 10 micrometri non era così consistente.

Per adattare la tecnica a una minore quantità di campione, Elmi mise il materiale in uno stretto, tubo capillare rotante e regolato l'ottica di diffrazione per allineare, concentrare e dirigere il fascio di raggi X verso il campione. L'analisi della fulgurite ha rivelato la presenza di vetro oltre che di cristobalite, un minerale con la stessa composizione chimica del quarzo ma che possiede una struttura cristallina distinta. La cristobalite si forma solo ad altissima temperatura, e il vetro indicava che lo strato superiore di granito si era sciolto durante il fulmine. L'analisi di Elmi le ha permesso di quantificare per la prima volta il vetro ei minerali residui in una roccia fulgurite.

"Queste due firme indicano un sistema che ha ricevuto uno shock di alta temperatura, " ha detto Elmi. "Questa analisi indica anche la temperatura minima che devi creare il vetro perché la cristobalite si forma intorno a 1, 700 gradi centigradi, quindi sai che questa temperatura è stata raggiunta quando il fulmine ha colpito la roccia".

La temperatura misurata dei fulmini nell'aria è infatti molto più alta, misurata intorno a 30, 000 gradi Celsius, ma questa analisi indica che la roccia stessa è stata sollevata dalla temperatura ambiente ad almeno 1, 700 gradi centigradi.

Il team ha eseguito ulteriori analisi sul campione di fulgurite. Hanno trovato materiale organico nel campione, indicando che il fulmine ha bruciato il lichene o il muschio che cresceva sulla superficie della roccia e poi li ha intrappolati all'interno del materiale.

"Questo è un evento estremamente veloce, " Ha detto Gieré. "La roccia si riscalda molto rapidamente e si raffredda anche molto rapidamente. Ciò intrappola i gas nel vetro e alcuni di questi gas si sono formati dalla combustione di materiale organico".

Negli studi futuri, il team spera di sviluppare un modello completo di ciò che accade alle rocce durante un fulmine, incorporando prodotti chimici, fisico, osservazioni biologiche e mineralogiche. Notano che le persone come Franklin che sperimentano quasi incidenti con un fulmine sono davvero fortunate.

"È incredibile che un fulmine possa trasformare il granito fuso e cambiarne completamente la struttura, eppure alcune persone sopravvivono ai fulmini, " disse Gire.