Benjamin Franklin, fundador de la Universidad de Pennsylvania, se cree que experimentó con las poderosas propiedades de los rayos utilizando una cometa y una llave, probablemente acercándose a electrocutarse a sí mismo en el proceso.

En un nuevo conjunto de experimentos en Penn, Los investigadores han probado el poder de los rayos de una manera menos arriesgada pero mucho más avanzada tecnológicamente.

Chiara Elmi, investigador postdoctoral en el Departamento de Ciencias de la Tierra y el Medio Ambiente de Penn en la Facultad de Artes y Ciencias, dirigió el trabajo, que utilizó un conjunto de técnicas para examinar una fulgurita, una fina capa de vidrio que se forma en la superficie de la roca cuando la golpea un rayo. Entre otros hallazgos, el estudio descubrió que, basado en el material cristalino en la muestra, la temperatura mínima a la que se formó la fulgurita fue aproximadamente 1, 700 grados centígrados.

"La gente ha estado utilizando enfoques morfológicos y químicos para estudiar las fulguritas de roca, pero esta fue la primera vez que se clasificó una fulgurita de roca desde un punto de vista mineralógico, ", Dijo Elmi." Pude adaptar un enfoque que he usado antes para estudiar los efectos del impacto de meteoritos en rocas y sedimentos para analizar una pequeña cantidad de material a fin de comprender las transiciones de fase que ocurren cuando un rayo golpea un Roca."

Elmi colaboró ​​en el trabajo con el autor principal Reto Gieré, profesor y presidente del Departamento de Ciencias de la Tierra y el Medio Ambiente, junto con Jiangzhi Chen del departamento, un investigador postdoctoral, y David Goldsby, un profesor asociado.

Su artículo se publicará en la revista. Mineralogista estadounidense .

En un estudio publicado el año pasado, Gieré caracterizó una fulgurita de roca encontrada en el sur de Francia, encontrar que el rayo que lo golpeó transformó la capa de roca debajo de la fulgurita en el nivel atómico, produciendo estructuras reveladoras llamadas laminillas de choque.

El equipo quería seguir una línea de estudio diferente en el nuevo trabajo.

"En este caso, "Gieré dijo, "En su lugar, queríamos estudiar la capa de vidrio con más detalle para averiguar qué podrían decirnos los minerales presentes sobre la temperatura de los rayos".

Para hacerlo Elmi realizó un análisis de difracción de rayos X, que recopila información sobre la forma en que los rayos X interactúan con los materiales cristalinos para inferir el contenido mineral de una muestra determinada. El desafío en este caso, sin embargo, fue que un análisis típico de difracción de rayos X requiere aproximadamente un gramo de material, y la cantidad de fulgurita de 10 micrómetros de espesor no era tan sustancial.

Para adaptar la técnica a una cantidad menor de muestra, Elmi puso el material en un estrecho, tubo capilar giratorio y ajustó la óptica de difracción para alinear, concentrar y dirigir el haz de rayos X hacia la muestra. El análisis de la fulgurita reveló la presencia de vidrio y cristobalita, un mineral con la misma composición química del cuarzo pero que posee una estructura cristalina distinta. La cristobalita solo se forma a temperaturas muy altas, y el vidrio indicó que la capa superior de granito se derritió durante el rayo. El análisis de Elmi le permitió cuantificar el vidrio y los minerales residuales en una fulgurita de roca por primera vez.

"Estas dos firmas indican un sistema que recibió un impacto de alta temperatura, "Elmi dijo." Este análisis también indica la temperatura mínima que tiene para crear el vidrio porque la cristobalita se forma alrededor de 1, 700 grados centígrados para que sepas que esta temperatura se alcanzó cuando el rayo golpeó la roca ".

La temperatura medida de los relámpagos en el aire es de hecho mucho más alta, medida alrededor de 30, 000 grados Celsius, pero este análisis indica que la propia roca se elevó de la temperatura ambiente a al menos 1, 700 grados centígrados.

El equipo realizó análisis adicionales en la muestra de fulgurita. Encontraron material orgánico en la muestra, lo que indica que el rayo quemó el liquen o musgo que crecía en la superficie de la roca y luego lo atrapó dentro del material.

"Este es un evento extremadamente rápido, "Dijo Gieré." La roca se calienta muy rápido y también se enfría muy rápidamente. Eso atrapa los gases en el vidrio y algunos de estos gases se formaron por la combustión de material orgánico ”.

En estudios futuros, el equipo espera desarrollar un modelo completo de lo que sucede con las rocas durante un rayo, incorporando productos químicos, físico, observaciones biológicas y mineralógicas. Señalan que las personas como Franklin, que experimentan casi accidentes con un rayo, son realmente afortunadas.

"Es sorprendente que un rayo pueda convertir el granito en fundido y cambiar por completo su estructura, sin embargo, algunas personas sobreviven a los rayos, "dijo Gieré.