Когда молния ударяет в землю, она высвобождает столько энергии, что расплавляет или даже испаряет материалы (землю, песок, камни и органические остатки) на своем пути. Она оставляет после себя трубки из стеклообразного и/или сплавленного материала, называемые фульгуритами. Один из таких "молниевых окаменелостей", образовавшийся после грозы летом 2012 года, был внимательно изучен геологами. Они обнаружили в нем ранее не описанный минерал.
Фульгурит происходит из Нью-Порт-Ричи, штат Флорида. Он был получен от частных лиц, которые нашли его на своем участке после урагана летом 2012 года. Фульгурит длиной около 7 сантиметров и шириной 2 сантиметра, весом 500 граммов, образовался в частично дренированной песчаной почве, состоящей в основном из кварцевого песка и глины, сообщают исследователи в журнале Communications Earth & Environment. Это фульгурит типа II, с массивной, стеклообразной стенкой, окружающей центральную пустоту. Его цвет варьируется от белого до темно-серого.
Мэтью Пасек, геофизик из Университета Южной Флориды (USF), и его коллеги заметили наличие крупных сферул диаметром около одного сантиметра, состоящих из материала с тускло-серым металлическим блеском, вкрапленных в стеклообразную матрицу фульгурита. Эти сферулы имеют плотность около 5 г/см3 и не притягиваются магнитом. "Мы никогда не видели, чтобы этот материал встречался на Земле в естественных условиях. Похожие минералы встречаются в метеоритах и в космосе, но мы никогда и нигде не видели такого материала", — говорится в заявлении Мэтью Пасека.
Высокоэнергетическое событие, приведшее к восстановлению фосфора
Пасек исследовал фульгурит в сотрудничестве с Лукой Бинди, профессором минералогии и кристаллографии из Университета Флоренции, Италия. Оба хотели изучить необычные минералы, состоящие из элемента фосфора, особенно те, которые образовались в результате удара молнии, чтобы лучше понять высокоэнергетические явления - и таким образом иметь возможность предвидеть потенциальный ущерб, причиненный молнией.
Во влажной среде, например, во Флориде, железо имеет тенденцию накапливаться и встраиваться в корни деревьев. Поэтому, когда молния ударила в дерево, она сожгла железо в корнях и углерод, естественно присутствующий в дереве. Эти два элемента привели к химической реакции, в результате которой в фульгурите образовался "цветной, кристаллоподобный материал", сообщают исследователи.
В фульгурите видны области силикатного и восстановленного состава. Силикатная фракция состоит из стекла с двумя основными составами: один исключительно SiO2, а другой состоит в основном из оксидов кальция, алюминия и кремния. В этой фракции присутствуют крошечные капли (менее 15 мкм), состоящие из металлического железа, богатого фосфором.
Крупные металлические сферулы состоят из силицидов (FeSi и FeSi2) и материала, содержащего кальций (Ca) и фосфор (P). Внутри последнего ученые обнаружили очень редкие кристаллические фрагменты (менее 20 мкм), которые оказались ранее неизвестным материалом формулы CaHPO3 - первым кристаллическим материалом из фульгурита, в котором элемент P не является фосфатом или фосфидом, отмечает команда.
Тянь Фэн, выпускник программы геологии USF и соавтор исследования, попытался воссоздать материал в лаборатории, добавив CaHPO4 в смесь железа и кремния, но эксперимент не удался. Исследователи считают, что материал, вероятно, образуется быстро (менее чем за 5 минут) при определенных условиях, которые трудно воспроизвести. При нагревании смеси до 1000 °C в течение 8 часов образовались только различные виды фосфора.
Кристаллический материал CaHPO3 фульгурита может быть первым минералом, содержащим фосфитную группу (HPO3 2-). Пасек считает "маловероятным", что этот новый тип фосфорного материала может быть использован для применения, аналогичного другим фосфатам, например, для удобрений, учитывая редкость его появления в естественном состоянии.
Предыдущие исследования показали, что быстрое восстановление фосфатов было широко распространенным явлением на ранней Земле. По словам Фенга, это исследование может предположить, что возможны и другие формы восстановленных минералов, образовавшихся таким же образом, и что многие из них могли сыграть важную роль в развитии жизни на Земле. Они хотят изучить другие фульгуриты, чтобы проверить эту теорию.
Команда также планирует изучить, можно ли официально объявить этот материал новым минералом и, если да, то как его назвать.
Отметим, что это не первый случай обнаружения неизвестного соединения в фульгурите: в декабре 2022 года Бинди и Пасек уже сообщали об открытии квазикристалла - кристалла с непериодической структурой, созданного электрическим разрядом. Этот додекагональный квазикристалл был обнаружен в фульгурите, найденном в Песчаных холмах Небраски.