Удивительное и простое природное явление привлекает внимание учёных. Новые исследования показывают, что распыление мельчайших капель воды может вызывать вспышки света и химические изменения в окружающем воздухе — и всё это без использования электрических устройств. Этот неожиданный результат может помочь объяснить некоторые погодные явления и дать представление о том, как могла зародиться жизнь на нашей планете.
Открытие микромолний
Профессор Ричард Заре и его коллеги из Стэнфордского университета обнаружили, что при распылении чистой воды она естественным образом разделяется на мелкие капли, которые несут либо положительный, либо отрицательный заряд. Когда такие противоположно заряженные капли сближаются, они выделяют разряд, похожий на искру, который команда называет «микромолнией». Их выводы опубликованы в журнале Science Advances.
Химические изменения
Этот светоизлучающий эффект — больше, чем просто визуальное явление. Когда капли разделяются в воздухе, более мелкие из них приобретают отрицательный заряд, а более крупные остаются положительно заряженными. Когда они приближаются друг к другу достаточно близко, происходит быстрая и энергичная реакция, которая вызывает свечение и может влиять на близлежащие молекулы газа. Проще говоря, эта мелкомасштабная молния может вызывать химические изменения, подобные тем, что происходят во время грозы, но в меньшем и более управляемом масштабе, который может происходить чаще.
Имитация условий ранней Земли
Творчески развивая свои исследования, учёные воссоздали условия ранней Земли, распыляя капли воды в пространство, наполненное такими газами, как азот, метан, углекислый газ и аммиак — газами, которые, как считается, были распространены в то время. В результате образовались основные органические вещества, важные для жизни, включая цианистый водород, глицин и урацил, которые являются строительными блоками белков и генетического материала. По словам команды, эти превращения происходили почти мгновенно, демонстрируя эффективность этого метода.
Влияние микромолний на окружающую среду
Используя чувствительные детекторы и высокоскоростные камеры, команда отслеживала изменения, вызванные этими каплями. Их контролируемые тесты подтвердили выделение света и создание электрически заряженных частиц — ионов, которые представляют собой атомы или молекулы с электрическим зарядом — в процессе образования капель. Примечательно, что небольшая молния обладала достаточной энергией, чтобы воздействовать на сложные газы, такие как бензол, химическое вещество, содержащееся в сырой нефти, и даже на редкие газы, такие как ксенон, благородный газ, используемый в освещении и визуализации. Это демонстрирует, насколько мощными могут быть эти миниатюрные искры.
Природные условия для микромолний
Подобные мелкие искры могут уже существовать в природных условиях. Такие явления, как разбивающиеся океанские волны или образование тумана возле водопадов, могут быть распространёнными местами возникновения микромолний. Хотя крупные молнии уже давно считаются основными факторами, повлиявшими на формирование ранней жизни, это исследование указывает на более частый и мягкий способ образования тех же химических строительных блоков. Как объясняют исследователи, это наблюдение предлагает интересное объяснение уникальной реакционной способности на границе раздела вода-газ — поверхности, где вода встречается с воздухом, зоне, известной необычной и часто повышенной химической активностью.
Перспективы исследований
Заре отметил: «Мы предполагаем, что этот распространённый источник энергии может обеспечить путь для создания связей C–N из абиотических газообразных молекул, которые, как ожидается, присутствовали на ранней Земле». Это добавляет ещё один уровень актуальности, связывая естественный и часто повторяющийся процесс с теориями происхождения жизни.Это исследование открывает захватывающие возможности в области наук об окружающей среде и происхождения жизни. Оно предполагает, что мощные силы, вызывающие изменения, не всегда драматичны или масштабны. Они могут тихо существовать в брызгах воды или влажном бризе. Это открытие даёт исследователям новый взгляд на то, как мельчайшие природные процессы могут привести к значительным изменениям — будь то очистка загрязнённого воздуха или понимание первых шагов к зарождению жизни.