閃電的力量有多大：能讓巖石粉身碎骨改變晶體結(jié)構(gòu)
在法國(guó)南部一個(gè)露出地表的巖石上，有一條長(zhǎng)長(zhǎng)的鋸齒狀斷裂帶。裂縫的表面和周圍是青黑色，好像是被打濕或被藻類覆蓋的樣子。但是，根據(jù)賓夕法尼亞大學(xué)的Reto Gieré合著的一篇新論文上，對(duì)這塊巖石獨(dú)特特征的真正解釋引起了廣泛關(guān)注：這是由一個(gè)強(qiáng)大的閃電造成的。
賓夕法尼亞大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院地球和環(huán)境科學(xué)系的教授和主任Gieré與他的同事，使用超高分辨率顯微鏡發(fā)現(xiàn)，閃電不僅熔化了巖石的表面，產(chǎn)生一種獨(dú)特的“黑釉”，而且傳遞出強(qiáng)大的壓力，使得巖石表面之下薄薄的一層石英晶體的發(fā)生變形，從而形成不同的原子水平結(jié)構(gòu)稱為沖擊頁(yè)理。
在這項(xiàng)研究之前，我們已知的唯一能夠產(chǎn)生這種類型頁(yè)理的自然事件是隕石撞擊。
“我認(rèn)為這項(xiàng)研究最令人興奮的就是，了解閃電能做什么”Gieré說(shuō)。“對(duì)我來(lái)說(shuō)，看到閃電真的能夠熔化巖石表面，并改變晶體結(jié)構(gòu)，這非常吸引我。”
Gieré說(shuō)這項(xiàng)研究提醒地址學(xué)家，不要急于把沖擊頁(yè)理解釋成隕石撞擊的一項(xiàng)指標(biāo)。
“大多數(shù)地質(zhì)學(xué)家都很謹(jǐn)慎，他們不會(huì)根據(jù)一項(xiàng)觀察來(lái)做出判斷，”他說(shuō)，“但這項(xiàng)研究是一個(gè)很好的提示，我們常常要進(jìn)行綜合的觀察來(lái)給出重要結(jié)論，也就是多種機(jī)制都引向類似的效果時(shí)。”
地質(zhì)學(xué)家早就知道，閃電通過(guò)快速提升溫度以及物理和化學(xué)效應(yīng)可以改變沉積物。例如，當(dāng)閃電擊在沙灘上，會(huì)把沙粒熔化，形成玻璃狀礦物管被稱作閃電熔巖。
當(dāng)閃電擊中其他物質(zhì)時(shí)也可以形成閃電熔巖，包括巖石和土壤。這項(xiàng)研究檢驗(yàn)了法國(guó)Les Pradals地區(qū)附近的閃電熔巖。Gieré和他的同事從巖石上采集了樣本，然后將其切成薄片并拋光。
在光學(xué)顯微鏡下，他們發(fā)現(xiàn)外面的那一層黑色——閃電熔巖本身出現(xiàn)了光澤，“很像陶瓷釉”，Gieré說(shuō)。
由于閃電的熱量蒸發(fā)了巖石表面，所以這一層是多孔狀的，好像泡沫一樣。對(duì)閃電熔巖層的化學(xué)分析顯示，二氧化硫和五氧化二磷的含量升高，對(duì)于這一現(xiàn)象，研究人員認(rèn)為可能因?yàn)楸焕纂姄糁袝r(shí)生活在巖石表面的地衣造成的。
研究團(tuán)隊(duì)還是用了透射電子顯微鏡對(duì)樣本進(jìn)行研究，這能夠讓研究者在原子水平上來(lái)檢測(cè)樣本。檢測(cè)結(jié)果表明，閃電熔巖沒(méi)有任何晶體結(jié)構(gòu)，這符合它被閃電擊中的熱量高溫熔化的特征。
但是，在樣本中緊鄰閃電熔巖而且比巖石顏色略深的那一層上，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)不同尋常的特點(diǎn)：存在一組被稱為沖擊頁(yè)理的直線，平行線。這個(gè)特征只有在石英或其他礦物的晶體結(jié)構(gòu)受到巨大的外力壓力波產(chǎn)生變形時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。
“這就好比有人推你，你必須調(diào)整身體讓自己能夠舒服點(diǎn)，”Gieré說(shuō)。“礦物也會(huì)做同樣的事情。”
出現(xiàn)在巖石層中的頁(yè)理只有3微米寬，表明閃電的能量在這個(gè)距離消散了。
晶體變形的特征此前僅僅在隕石撞擊地點(diǎn)的礦物中被發(fā)現(xiàn)。沖擊頁(yè)理的形成壓力超過(guò)10個(gè)吉帕斯卡，或是比一個(gè)拳擊手拳頭力量的2000萬(wàn)倍還要大。
Gieré和他的同事希望研究其他地方的閃電熔巖，從而更詳細(xì)地了解閃電對(duì)于巖石物理化學(xué)效應(yīng)的影響。
另一個(gè)對(duì)于地質(zhì)學(xué)家的啟示是，喜歡花時(shí)間攀巖或戶外活動(dòng)的登山者和徒步旅行者，當(dāng)他們看到有光澤的閃電熔巖的“黑釉”時(shí)可要當(dāng)心了，因?yàn)檫@表明這個(gè)地方容易被閃電擊中。
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