На протяжении многих лет загадочные огни, словно «танцующие» над болотами, вызывали страх у людей, склонных к суевериям, и порождали рассказы о зловещих духах, завлекающих путешественников в опасную трясину. Специалисты давно пытаются найти объяснение этим таинственным вспышкам света и доказать, что их появление связано не с мистикой, а с естественными процессами. Группа ученых-физиков и химиков из разных стран, вероятно, приблизилась к разгадке того, как возникают эти огни.
Блуждающие огни, их еще называют болотными или бесовскими огоньками, — свечение болот – нечастое природное явление, которое чаще всего можно увидеть по ночам. Эти огни синеватого или голубовато-бледного цвета, бесшумно возникающие и исчезающие в темноте, исторически ассоциировались с мистическими сущностями – душами грешников, призраками, духами леса. Более поздняя научная интерпретация явления дала другое объяснение.
Исследователи предполагали, считалось, что причиной свечения является горение газов, образующихся в процессе разложения органических веществ в слоях болотного ила. Основными предполагаемыми веществами стали метан и фосфин. Однако эта гипотеза содержала существенное противоречие: оставалось неясным, какой механизм вызывает возгорание этих газов над водной поверхностью. Представленные версии, связанные со статическим электричеством или ударами молнии, не получили убедительных подтверждений и не могли объяснить все случаи возникновения таинственных огней. Загадка сохраняла свою актуальность, предоставляя возможности для мистических интерпретаций и научных дискуссий.
Значительный успех в данной области достигнут международной группой физиков и химиков, возглавляемой Ричардом Заре ( Richard Zare) из Стэнфордского университета в США. Внимание ученых привлекло свойство обычной воды. В предыдущих исследованиях ученые уже наблюдали, микроскопические капли воды, не превышающие по размеру крупинку соли, способны накапливать электрический заряд и создавать миниатюрные искры. Это побудило исследователей задуматься о возможности аналогичного процесса с пузырьками газа.
Заре и его соавторы провели исследование. В лабораторных условиях они пропускали через воду микроскопические пузырьки метана и воздуха. Для регистрации процесса использовали высокоскоростную камеру, счетчик фотонов и спектрометр – устройство, предназначенное для фиксации даже самых незначительных вспышек света.
Выяснилось, что пузырьки метана, поднимаясь к поверхности, изменяют свою форму, соприкасаются друг с другом и с водой, и в результате этого накапливают электрический заряд. При слиянии двух таких заряженных пузырьков разность потенциалов между ними становится настолько значительной, что возникает крошечная электрическая искра. Этот феномен получил от ученых название «микромолнии».
Ученые не только фиксировали вспышки между пузырьками, но и проводили анализ их спектров. Полученные спектральные характеристики вспышек соответствовали излучению, свойственному возбужденным молекулам и радикалам, вовлеченным в реакции окисления. Это означает, что микромолнии генерировали энергию, достаточную для возбуждения молекул газа и их свечения».
Заре и ее коллеги установили, что подводный разряд инициирует окисление метана, приводящее к образованию возбужденных молекул или радикалов. По мере подъема пузырьков реакция продолжается у поверхности и сопровождается видимым холодным свечением. Имеются в виду низкотемпературные химические процессы, сопровождающиеся видимым свечением и тепловыделением, то есть представляющие собой «холодную» форму окисления.
По сути, процесс, инициированный микроразрядом, происходит у самой поверхности. Когда пузырек достигает границы раздела между водой и воздухом, реакция проявляется в виде заметной вспышки холодного свечения. Именно это свечение и фиксируют наблюдатели, называя его «блуждающим огоньком», а самой искрой, образовавшейся между пузырьками под водой, служит своего рода «триггером».
Работа команды Заре получила положительную оценку в научном сообществе, однако специалисты отнеслись к ней с определенной долей осторожности. Эксперты полагают, что предложенный механизм способен объяснить многие случаи болотных огоньков, в особенности в местах, где выделяется метан. Тем не менее, делать вывод о его универсальности пока преждевременно. В некоторых ситуациях он оказывается неприменимым, в частности, там, где возможна роль других факторов, таких как фосфин или другие химические и физико-химические процессы. Несомненно, это открытие стимулирует других ученых к проведению новых экспериментов и проверок.
Выводы исследователей представлены в журнале PNAS.