Γιατί τα ηφαίστεια ξεσπούν με κεραυνούς; Λύση σε μυστήριο του στατικού ηλεκτρισμού

Ο ηλεκτρισμός πήρε το όνομά του από το αρχαιοελληνικό ήλεκτρο, δηλαδή το κεχριμπάρι, ένα υλικό που όταν τριφτεί σε ένα ύφασμα μπορεί να έλκει φτερά και άλλα ελαφρά αντικείμενα: το κεχριμπάρι αποσπά ηλεκτρόνια από το ύφασμα και φορτίζεται έτσι αρνητικά, οπότε τραβά προς το μέρος του τα θετικά φορτισμένα αντικείμενα.

Το φαινόμενο είναι γνωστό και, θα υπέθετε κανείς, καλά κατανοητό. Στην πραγματικότητα, όμως, το μυστήριο του στατικού ηλεκτρισμού συνεχίζει να σπινθηρίζει.

Το μεγαλύτερο ερώτημα αφορά την αδυναμία των φυσικών να εξηγήσουν την ανταλλαγή φορτίων ανάμεσα σε δείγματα του ίδιου υλικού, τα οποία υποτίθεται ότι δεν διαφέρουν ως προς την προθυμία τους να χάνουν ή να κερδίζουν ηλεκτρόνια.

Για παράδειγμα, τα σωματίδια τέφρας στις ηφαιστειακές εκρήξεις συσσωρεύουν με κάποιο τρόπο αρκετά μεγάλα φορτία για να πυροδοτούν κεραυνούς.

Ομοίως, η αιωρούμενη αλευρόσκονη μπορεί σε κάποιες περιπτώσεις να σπινθηρίζει από μόνη της και να εκρήγνυται, ένας σπάνιος αλλά σημαντικός κίνδυνος στη βιομηχανία τροφίμων. Απάντηση στο φαινόμενο δεν έχει δοθεί. Ακόμα και στο ίδιο εργαστηριακό πείραμα, το ίδιο δείγμα φορτίζεται θετικά τη μία φορά και αρνητικά στην επόμενη, φαινομενικά χωρίς λόγο.

Μελέτη που δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature υποστηρίζει τώρα ότι βρήκε τον μηχανισμό, τουλάχιστον για κάποια υλικά. Ενα έξυπνο, λεπτεπίλεπτο πείραμα έδειξε ότι η ροή φορτίων επηρεάζεται από μικροσκοπικά ίχνη ανθρακούχων ενώσεων, τα οποία επικάθονται στις επιφάνειες από τον αέρα και ευνοούν τα θετικά φορτία.

Η διεθνής ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε γυάλινα σφαιρίδια που φορτίζονταν όλο και περισσότερο από την επανειλημμένη επαφή με μια γυάλινη πλάκα πάνω στην οποία αναπηδούσαν. Ακόμα και πανομοιότυπα σφαιρίδια διαπιστώθηκε ότι φορτίζονταν τη μία θετικά, την άλλη αρνητικά.

Αυτό όμως άλλαξε όταν οι ερευνητές καθάρισαν τα σφαιρίδια με τις πιο δραστικές μεθόδους, πρώτα ψήνοντάς τα στους 300 βαθμούς Κελσίου και μετά βομβαρδίζοντάς τα με δέσμες ιόντων. Τα καθαρά δείγματα περιέργως αποκτούσαν πάντα αρνητικό φορτίο. Η απάντηση ήρθε με μια εξέταση στο μικροσκόπιο, οπότε αποκαλύφθηκε ότι τα σφαιρίδια συγκέντρωναν αόρατες επικαθήσεις από τον αέρα, αποτελούμενες από απλούς υδρογονάνθρακες όπως το μεθάνιο.

Το φαινόμενο φαίνεται ότι αφορά όλα τα οξείδια -υλικά όπως το γυαλί, η άμμος και πολλά πετρώματα- όμως οι ερευνητές παραδέχονται ότι δεν γνωρίζουν τον ακριβή μηχανισμό. Αν και η μελέτη δείχνει να εξηγεί μια συγκεκριμένη συμπεριφορά του στατικού ηλεκτρισμού, δεν μπορεί να αποκλείσει άλλους πιθανούς μηχανισμούς, όπως η παρουσία υγρασίας ή άλλων παραγόντων.

Ομως, παρά τις αναπάντητες ερωτήσεις, τα ευρήματα θα μπορούσαν να βρουν πρακτικές εφαρμογές, για παράδειγμα στην προστασία των αστροναυτών από την τραχιά, ηλεκτρικά φορτισμένη σκόνη της σεληνιακής επιφάνειας. Ο στατικός ηλεκτρισμός πιστεύεται επίσης ότι εμπλέκεται στη συσσωμάτωση της σκόνης από την οποία γεννιούνται τελικά οι πλανήτες.