Высокоскоростная камера фиксирует руке между пузырьками метана и воздуха в водяных емкостях, создавая ощущение «микропроцветания» и туманной дымки. Эти явления, известные как блуждающий огонь, часто называют «микропросветами», и они порождают образ питательного пламени блуждающего огня, появляющегося в воде.

Парящие голубые языки пламени, мерцающие над болотами, на протяжении веков вдохновляли народные сказки о видениях прих, перерастая в образ вечного странника света. Это глобальное явление, известное как «блуждающий огонек», «тыквенный фонарь», «мертвая свеча» и латинское ignis fatuus («глупый огонь»), имеет богатую и увлекательную историю. Но сегодня его происхождение можно объяснить с научной точки зрения: крошечные молнии, зажигающие микроскопические пузырьки метана.

Ученые давно подозревают, что призрачное свечение блуждающего огня возникает в результате химического режима газа в разложении органических веществ. Одним из таких газов является метан, бесцветный, без запаха и легко воспламеняющийся. Болотный газ примерно состоит из двух третей метана, и когда метан вступает в реакцию с кислородом, окисленный метан светится сине-фиолетовым светом. Однако метан не воспламеняется сам по себе в нормальных условиях. Новое исследование предполагает, что неуловимый блуждающий огонь возникает, когда между электрически заряженными пузырьками метана в водном потоке образуется «микроразрядная дуга». По словам авторов исследования, опубликованного 29 сентября в журнале PNAS, когда пузырьки метана окисляются и соединяются, они создают зловещий свет блуждающего огня.

«Здесь есть парадокс: если пожар возникнет, его можно потушить водой. Но маленькие капли воды могут вызвать пожар», — отметил старший автор, доктор Ричард Заре, профессор сложных наук и химии Стэнфордского университета.

С помощью высокоскоростной камеры, снимающей 24 000 кадров в секунду, авторы зафиксировали электрические разряды, возникающие между поверхностями микроскопических заряженных пузырьков. Когда столкнувшиеся противоположно заряженные пузырьки соединялись, электроны переходили с отрицательно заряженной поверхности на положительно заряженную, сопровождаясь частичной искрой, объяснил Заре CNN. «Это молния», — сказал он. Несмотря на скромные размеры, «она обладает достаточной энергией для осуществления типичных моделей». Будущие эксперименты с этим механизмом могут помочь исследователям разработать более устойчивые методы для обычных процессов, связанных с пищевыми технологиями, добавил он.

Воссоздание микроосвещения в лаборатории

Другие версии объяснений блуждающих огней оказались нерелевантными, сказал Заре CNN. Предположения о насекомых или птицах, переносящих светящиеся грибы, быстро опровергались. Для возникновения статического электричества необходимы сухие условия, которые недоступны в болотистых экосистемах. Историк догадок Алессандро Вольта, открывший метан в болотном газе еще в 1776 году, предположил, что молния воспламеняет метан, зажигая блуждающие огни — он оказался ближе к истине, чем просто наблюдатель.

Призрачное свечение блуждающего огня детально изображено на гравюре Джозайи Уода Уимпера, опубликованной в 1849 году в книге «Явления природы». Теперь возможно научное объяснение: крошечные молнии зажигают микроскопические пузырьки метана. «Он думает, что это молния в небе», — сказал Заре. «Но нет. Это микропросветление».

На предыдущем этапе Заре и его коллеги заметили, что заряженные капли воды диаметром от 1 до 20 микрон — меньше толщины человеческого волоса — могут привести к микропросветлению, которое достаточно мощно, чтобы образовать определенные молекулы. Миллиарды лет назад этот процесс, возможно, породил блоки самой ранней жизни на Земле.

Новые эксперименты проводятся в заполненном водой контейнере. Микропузырьковый генератор подталкивал пузырьки метана в воду через сопло. По мере погружения пузырьков метана в водную среду, ученые наблюдали сквозь микропомехи проскакивающие между поверхностными слоями возникающих пузырьков искры микропомощей, образующие пузырьки микропросветления, наблюдаемые в более ранних работах по заряженным каплям воды. «В статье выдвигается очень интересная гипотеза и приводятся доказательства в ее поддержку», — пояснил CNN доктор Алексей Хализов, физикохимик и профессор химии и наук об окружающей среде Технологического института Джерси. Однако, по его словам, данная интерпретация феномена вызывает множество вопросов. Например, в экспериментах использовалась чистая деионизированная вода, тогда как болотная вода богата органическими и неорганическими соединениями, включая соли — электролиты, которые могут препятствовать разделению зарядов между пузырьками газа. «Деионизированная вода — хороший изолятор. Обычная вода — нет», — отметил он. «Будет ли описанное явление происходить в неионизированной воде?»

И все же в экспериментах наличие микропросветов между пузырьками не сопровождалось воспроизведением свечения на уровне болотного пейзажа. Тем не менее Хализов отметил, что «процесс остается крайне интригующим», и что дальнейшее изучение микроосвещений может указать на их роль в окислении остаточных газов, присутствующих на поверхности океанических вод, что имеет связи с глобальным потеплением.

Помимо блуждающих огнеков

По словам автора, применение микроосвещения может дать более устойчивые подходы к химической обработке. «Мы можем осуществлять это нагреванием без применения внешнего поля и без добавления катализаторов», — пояснил он.

Одно из перспективных направлений — использование микроосвещения для контроля воздушного потока с целью снижения содержания метана в атмосфере — второго после углекислого газа по объему парникового эффекта. Метан составляет примерно 11% глобальных выбросов парниковых газов и удерживает тепло примерно в 28% эффективнее CO2.

«Какой же путь к масштабированию и коммерциализации этого подхода?» — спрашивает Заре. «Это именно то, над чем я работаю».

Минди Вайсбергер — научный автор и медиапродюсер, публикации в Live Science, Scientific American и How It Works. Она является автором книги «Восстание зомби-жуков: удивительная наука о паразитическом контроле над сознанием» (Hopkins Press). Подпишитесь на научную рассылку CNN «Теория чудес». Исследуйте Вселенную, узнавайте новости об удивительных открытиях, научных достижениях и многом другом.