Очень большой фонтан
Сорок лет назад была высказана идея, что удары космических тел могут влиять на эволюцию биосферы, быть причиной массовых вымираний. Предполагалось, что удар космического тела размером 10 км мог быть причиной массового вымирания на границе мел-палеоген 66 млн лет назад. Вскоре был найден и соответствующий кратер — Чикшулуб (или Чиксулуб; полуостров Юкатан, Мексика). Нашлись и другие кратеры — последствия ударов метеоритов, но таких, которые можно было бы связать с массовыми вымираниями, среди них нет. Две трети поверхности планеты — океан, подводные кратеры плохо изучены, а большей частью просто не обнаружены.
Что будет, если десятикилометровый метеорит прилетит не на сушу, а в океан? В Институте динамики геосфер РАН были проделаны соответствующие расчёты и оказалось, что при толщине слоя воды в 3 км в атмосферу выбрасывается лишь в 2—3 раза меньше грунта, чем при падении астероида на твёрдую поверхность, но зато вместе с водой. Количество вещества грунта, которое остаётся в атмосфере после осаждения в поле тяжести, при падении метеорита в место, где глубина до 5 км (а это 99% поверхности океанов), оказывается даже больше, чем при падении на твёрдую поверхность. Вылетевшая в атмосферу вода, а её масса может в 15 раз превосходить массу метеорита, «поддерживает» грунт наверху. Столб выброшенного грунта, воды и материала метеорита может достигать высоты 1000 км (это не опечатка). Вывод: при падении астероидов размером порядка 10 км в океан воздействие на биосферу Земли будет не менее сильным, чем при падении астероидов на сушу.
Кстати, Чикшулуб расположен на границе суши и океана. Наверное, метеорит никак не мог решить, куда ему падать — в воду или в лес, — и прилетел на побережье.
Шувалов В. В. Выброс вещества в атмо-сферу при падении десятикилометровых астероидов в океан. Астрономический вестник, 2021, № 2, с. 114.
Нано с аморфными прослоечками
Твёрдые вещества делятся на кристаллические и аморфные. Кристаллические могут иметь разные решётки. Например, восемь атомов в вершинах куба, и далее этот куб повторяется до границ кристалла (кубическая решётка), а может внутри каждого такого кубика находиться ещё один атом (объёмноцентрированная кубическая решётка). Аморфные решётки тоже могут быть разными. Например, возьмём кубическую решётку и слегка изменим положение каждого атома, сдвинув их в разные стороны, — мы получили аморфное тело. А теперь проделайте это же с кубической объёмноцентрированной решёткой — получается тоже аморфное, но явно другое.
Аморфные металлы и сплавы можно получать разными способами, в том числе из жидкого состояния — быстрым охлаждением. Интерес к ним велик, в частности, потому, что у них могут быть уникальные свойства или сочетания свойств. Например, рекордная магнитная проницаемость, низкое трение и высокая прочность. Однако аморфное состояние метастабильно, атомам энергетически выгоднее выстроиться в правильную решётку. Возникают вопросы: как управлять аморфным состоянием, что с ним происходит при воздействиях на материал, как аморфное состояние стабилизировать, а если оно пострадало, то как его восстановить? Работ в этом направлении сделано много, и сотрудники Института физики твёрдого тела РАН (г. Черноголовка) представили большой обзор, из которого мы можем узнать всякие странные вещи. Например, аморфное может не просто кристаллизоваться, а превратиться в нанокристаллы, разделённые аморфными прослойками. Эти нанокристаллы могут совпадать по составу с исходной аморфной средой, но могут и отличаться. Далее, у них могут быть два разных состава. И все эти композиты «нано плюс аморфное» могут иметь свои интересные свойства.
Такие процессы в некоторых случаях поддаются управлению, а иногда их можно обратить вспять, восстановить аморфность — ради сохранения исходных уникальных свойств.
Абросимова Г. Е., Матвеев Д. В., Аронин А. С. Формирование наноструктур в гомогенной и гетерогенной аморфной фазе. УФН, 2022, № 3, с. 247.
Тайны в облаке
Молнию видели, наверное, почти все, но внутриоблачную — вряд ли. Залезть с приборами внутрь облака сложно, да и наблюдать трудно — рассеивание света внутри облака будет сильно мешать. Облако мелких, порядка микрона, капелек, примерно таких, как природные, создать в лаборатории можно, внести в такое искусственное облако заряд (стеканием заряда с острых электродов) тоже, но вопрос — как наблюдать разряды? — остаётся. Известны попытки наблюдать излучение разрядов в инфракрасном диапазоне, при длине волны 2,5—5,5 мкм. Если длина волны существенно больше размеров капель, рассеивание уменьшается, но регистрирующая камера для такого диапазона работает слишком медленно, экспозиция 2—3 мс оказывается больше, чем вся длительность процесса.
Ослабление микроволнового излучения при прохождении сквозь облако при разряде. По горизонтали — время, мкс, по вертикали — ослабление, %. Рисунок (с изменениями) из реферируемой статьи.
Во Всероссийском научно-исследовательском институте технической физики им. акад. Е. И. Забабахина (г. Истра) и в Институте прикладной физики РАН (Нижний Новгород) для исследования молний в искусственном облаке использовали СВЧ-излучение при длине волны 8 мм. Отдельными каплями микронного размера это излучение не рассеивается и слабо поглощается, зато поглощается и рассеивается плазмой, которая образуется при разряде. Причём на начальной стадии развития молнии, когда существуют только стримеры (нитевидные электрические разряды), излучение больше поглощается, а когда стримеры сливаются в лидер (горячий канал плазмы) и проводимость плазмы сильно возрастает, начинает доминировать рассеивание. Облучаем облако направленной антенной, смотрим, сколько излучения прошло насквозь, по прямой, и рисуем зависимость доли потерянной мощности от времени при возникновении разряда.
Портрет маленькой искусственной молнии — на рисунке. Острый пик слева — это поглощение мощности стримерами, плавный горб справа связан с возникновением лидера. Иногда стримеры бывают и в одиночестве, но лидер без стримеров — никогда. Так они и живут.
Богатов Н. А., Сысоев В. С., Сухаревский Д. И., Наумова М. Ю. Микроволновая диагностика разрядов в искусственном облаке заряженных водяных капель. ЖТФ, 2022, вып. 3, с. 386.
