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May 16, 2023

Geração experimental de fulgurito sob condições realistas de descarga atmosférica

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11685 (2023) Citar este artigo 247 Acessos 1 Detalhes de métricas altmétricas Fulguritos foram documentados em depósitos geológicos de todo o planeta Terra.

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11685 (2023) Citar este artigo

247 acessos

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

Fulguritos foram documentados em depósitos geológicos ao longo da história da Terra. Eles também receberam um papel potencial na química prebiótica como fonte de reagentes. Os fulguritos são gerados na natureza por descargas atmosféricas nuvem-solo. A imprevisibilidade no espaço e no tempo da ocorrência de raios limitou a investigação tanto dos mecanismos como das condições em que os fulguritos se formam. Uma abordagem baseada em laboratório pode mitigar essas limitações. Aqui, descrevemos fulguritos gerados experimentalmente a partir de cinzas vulcânicas de Laacher See. Empregamos uma fonte CC com configuração de pulso de disparo em um laboratório de alta tensão, cujas capacidades permitem condições experimentais que correspondem intimamente às características elétricas dos relâmpagos naturais. Os fulguritos gerados experimentalmente se assemelham muito aos fulguritos que ocorrem naturalmente, tanto no estado quanto na textura. Estas investigações experimentais produzem uma alta reprodutibilidade das características dos fulguritos gerados sob condições bem restritas, permitindo que algumas inferências sejam feitas a respeito dos processos envolvidos na geração de fulguritos na natureza. Este trabalho fornece uma base para uma caracterização sistemática de fulguritos experimentais e a característica de descargas atmosféricas.

Fulguritos, da palavra latina para relâmpago – fulgur, geralmente assumem a forma de tubos irregulares vítreos naturais gerados por raios na areia, solo ou rocha. Os fulguritos naturais foram descritos pela primeira vez (em sedimentos arenosos) por Herman em 17061, e o fulgurito mais antigo encontrado até hoje foi especulado, com base nas rochas carboníferas fossilíferas que recobrem o hospedeiro, como sendo da idade Permiana2. Os fulguritos presentes na Terra se formam por descargas atmosféricas nuvem-solo (por tempestades ou erupções vulcânicas) ou como resultado de acidentes envolvendo linhas de transmissão elétrica3,4,5. Fulguritos naturais foram explorados em termos de seus estados morfológicos e químicos6,7,8,9, incluindo a descrição de mineralização em alta temperatura10, reconstrução da paleoecologia11 e avaliação da disponibilidade de fontes químicas para a química pré-biótica12,13,14 .

Fulguritos gerados experimentalmente também foram brevemente descritos em alguns estudos preliminares de viabilidade . Estas valiosas investigações científicas pioneiras geralmente não foram sujeitas aos protocolos padrão da comunidade de investigação sobre raios naturais e geralmente carecem da reprodutibilidade e precisão de uma abordagem sistemática. As razões geralmente residem nas tecnologias experimentais empregadas. A corrente gerada pela bateria do frasco de Leyden (cerca de 20–60 kV) foi, por exemplo, insuficiente para criar fulguritos muito semelhantes aos naturais . As configurações experimentais subsequentes não tinham indutividade e/ou produziram apenas um componente de curso de primeiro retorno (o componente da descarga atmosférica vital para quebrar a intensidade do campo dielétrico do material original) . O pulso gerado pela forma de onda senoidal auxilia na quebra dielétrica da amostra, gerando em última análise a fusão, mas não é suficiente para reproduzir a morfologia típica dos fulguritos . A corrente produzida (50 A) pelo simulador de eletrofusão por 200-300 ms usado por Castro et al.20 estava bem abaixo da condição atual do raio natural (∼30 kA para polaridade negativa e ∼300 kA para flashes de polaridade positiva22).

A configuração experimental usada em nosso estudo (fonte DC com pulso de disparo) foi projetada e construída para garantir a conformidade com as recomendações da comunidade de pesquisa de raios para estudos de descargas atmosféricas (por exemplo, formas de onda IEC 6230523) e está localizada na Universität der Bundeswehr (UniBw). , Munique, Alemanha. Uma grande vantagem desta configuração é que esses experimentos podem ser reproduzidos com facilidade e precisão.