Selgitusi raske leida: „maavärinatuledest” avastatakse uus füüsika
Karen Daniels uurib Põhja-Carolina ülikooli laboratooriumis väikeseid plastkettaid, mis libisevad üksteise peal sarnaselt Maa tektooniliste plaatidega. Daniels ja tema kolleegid uurivad, kas plastkettad ja võib-olla plaatide vahel leiduvad graanulid tekitavad liikumisel akustilisi signaale.
Nüüd on tema töö saanud uue suuna. Eelmisel aastal pöördus Danielsi poole Rutgersi füüsik Troy Shinbrot ja küsis, kas ta võiks katsete ajal mõõta plastketaste läheduses esinevat pinget.
Loomulikult võib kahe eri materjali vastamisi hõõrumisel hõõrdejõust tingituna tekkida elektrilaeng. Seda nimetatakse ka triboelektriliseks efektiks. Selle näiteks on staatiline elekter, mis tekib villases kampsunis, kui see hõõrdub vastu puuvillast T-särki. Kuid Daniels uurib samast materjalist graanuleid ja pole ilmset põhjust, miks plastketaste vastastikusel hõõrdumisel peaks tekkima elektriline pinge. „Kui oleksite [aasta eest] küsinud, kas minu katse käigus tekib pinge, oleksin vastanud, et ei, tõenäoliselt mitte,” ütles Daniels.
Kui ta ketaste üksteise peal libisemise ajal pinget mõõtis, avastas ta positiivse pinge, mis suurenes ketaste liikumiskauguse kasvades.
See katse ei ole anomaalia. Enne Danielsi poole pöördumist katsetas Shinbrot jahupüttide, atsetaminofeenipulbri, kipsi ja muude teraliste materjalidega, mis on teataval määral kohesiivsed. Mahuti horisontaalsuunaline jõnksatus tekitab materjali sisse vao, mis omakorda tekitab negatiivse pinge. Järgmine jõnksatus sulgeb selle vao, tekitades positiivse pinge.
„Kahtlustasime, et tegu peab olema veaga. Me teeme mingi rumaluse; laengu omandab mahuti ja on midagi muud, mida me arvesse ei võta,” ütles Shinbrot APS-i märtsikuise kokkusaamise aegsel pressikonverentsil Denveris. „Niisiis üritasime mitme katse käigus seda võltsefekti kõrvaldada, aga siiani pole see õnnestunud.” Meeskond mõõtis kõige rohkem 400-voldise pinge, aga leidis, et materjalides esinev voolutugevus on nullilähedane.
Heinrich Jaeger Chicago ülikoolist uurib läbi vaakumi langevaid laenguga graanuleid – see on uurimissuund, mis võib aidata selgitada, miks õhus lendlev granulaarne materjal võib mõnikord muutuda plahvatusohtlikuks. Jaeger on silma peal hoidnud nii Shinbroti tööl kui ka Daniel Lacksi samast materjalist graanulite elektrilaengu omandamist käsitlevatel uuringutel Case Westerni ülikoolis. Ta ütleb, et ehkki langevate graanulite ja triboelektrilise efekti kohta on kirjandust üsna palju, teatakse väga vähe graanulite sellisest laengu omandamisest, mida uurib Shinbrot.
„Isegi kui eirame praegu selle aluseks olevat mehhanismi, on siiski vaidlusküsimuseks kõige põhilisem probleem – mis tüüpi laengukandjad laengu tekkimist põhjustavad,” ütles Jaeger e-kirjas. „On teateid, et nendeks kandjateks võivad olla elektronid, augud, ioonid või isegi laetud materjali osakesed, ja tõenäoliselt sõltub see täpsetest asjaoludest.”
Shinbrot alustas oma uurimistööd lootuses, et see võib seletada mõistatuslikku nähtust, mida sageli nimetatakse maavärinatuledeks. Need ilmuvad erineval kujul, näiteks hõljuvate tulekerade või välgutaoliste nooltena, ja neid on märgatud enne maavärinaid, nende ajal ning harva ka pärast. Neid on nähtud ka laviinide läheduses, samuti kummastki sündmusest sõltumatult. Inimesed on välgu ja maavärinate võimalikku seost uurinud vähemalt 300 aastat ja Shinbrot hoiatas Denveri kokkusaamisel, et kui Internetist sel teemal teavet otsida, leiab ka palju spekulatiivseid teooriaid UFO-de kohta.
Ent Shinbrot pole ainuke, kes üritab spekulatsioone teadusest lahus hoida.
Quebeci loodusressursside ministeeriumi teadlaste juhitud koostööuuringu käigus võrreldi 65 maavärinatulede esinemiskorra kohta leiduvat põhilist teavet. Tulemused avaldati väljaande Seismological Research Letters 2014. a jaanuari/veebruarinumbris. Autorid avaldasid arvamust, et maavärinatulesid põhjustab pingetest tingitud elektrivool, kuid Shinbroti väitel viitavad tema nähtud katsetulemused, et laengu tekkimine „tundub olevat seotud üksikute graanulite, mitte materjali põhiosa omadustega”. See välistaks piesoelektri, mis tekib materjalis mehaanilise pinge mõjul.
Et maavärinatulesid graanulite elektrilaenguga seostada, on ilmselt vaja mõista, kuidas mastaabi suurenemine laengu tekkimist mõjutab. Shinbrot ütleb, et on koos kolleegidega „sellele küsimusele vastamiseks ehitamas suuremat versiooni mõnest niisugusest seadisest”.
„Tegelikult kobame neid nähtusi jälgides lihtsalt pimeduses,” ütles Shinbrot oma vestlusseansil Denveris. „Me tahame teada, mis toimub. Praegu me tõesti ei tea.”
