ألهمت النيران الزرقاء التي تومض فوق المستنقعات والمستنقعات الحكايات الشعبية الشبحية لعدة قرون. إن هذه الظاهرة العالمية المعروفة باسم “will-o’-the-wisp”، و”jack-o’-lantern”، و”شمعة الجثة”، و”ignis Fatuus” (“النار الحمقاء” في اللاتينية)، لها تاريخ مثير للقلق. لكن أصولها يمكن أن يكون لها الآن تفسير علمي: ومضات صغيرة من البرق تشعل فقاعات الميثان المجهرية.
لقد اشتبه العلماء منذ فترة طويلة في أن التوهج الطيفي لـ will-o’-the-wisp جاء من تفاعل كيميائي في الغازات المنبعثة من المواد العضوية المتحللة. والميثان، وهو عديم الرائحة وعديم اللون وقابل للاشتعال للغاية، هو أحد هذه الغازات. يتكون غاز المستنقع من حوالي ثلثي الميثان، وعندما يتفاعل الميثان مع الأكسجين، يتوهج الميثان المؤكسد باللون الأزرق البنفسجي. ومع ذلك، فإن الميثان لا يشتعل تلقائيًا في وجود الأكسجين.
يشير بحث جديد إلى أن الإرادة المراوغة تنطلق عندما تتقوس ومضات من “البرق الصغير” بين فقاعات الميثان المشحونة كهربائيًا في الماء. عندما تتأكسد فقاعات متعددة من الميثان وتتحد، فإنها تنتج ضوءًا غريبًا، وفقًا لمؤلفي دراسة نشرت في 29 سبتمبر في مجلة PNAS.
وقال كبير مؤلفي الدراسة الدكتور ريتشارد زاري، أستاذ مارغريت بليك ويلبر للعلوم الطبيعية وأستاذ الكيمياء في جامعة ستانفورد في كاليفورنيا: “هناك مفارقة هنا: إذا كان لديك حريق، فيجب إخماده بالماء. لكن قطرات الماء الصغيرة يمكن أن تشعل النار”.
وباستخدام كاميرات عالية السرعة تسجل فيديو بمعدل 24000 إطار في الثانية، تمكن مؤلفو الدراسة من التقاط ومضات من الكهرباء تندفع بين أسطح الفقاعات المشحونة الصغيرة. وقال زاري لـCNN إنه عندما تتجمع الفقاعات المشحونة بشكل معاكس معًا، تقفز الإلكترونات من سطح مشحون بشحنة سالبة إلى سطح موجب وتولد شرارة.
قال: “هذا البرق”. وعلى الرغم من أن هذا البرق يكون على نطاق صغير، إلا أنه «يمتلك طاقة كافية لإحداث جميع أنواع التفاعلات الكيميائية». وأضاف زاري أن التجارب المستقبلية لهذه الآلية يمكن أن تساعد الباحثين على تطوير طرق أكثر استدامة للعمليات الكيميائية الشائعة.
إعادة إنشاء البرق الصغير في المختبر
وقال زاري لشبكة CNN إن التفسيرات الأخرى للأضواء المتوهجة لا تصمد أمام التدقيق. وسرعان ما تم فضح الاقتراحات القائلة بأن الأضواء كانت عبارة عن حشرات أو طيور تحمل فطريات متوهجة. تحتاج الكهرباء الساكنة إلى ظروف جافة لتشتعل، وهو ما لا يحدث في النظم البيئية المستنقعية والمغمورة بالمياه.
عندما اقترح الكيميائي والفيزيائي الإيطالي أليساندرو فولتا – الذي اكتشف غاز الميثان في عام 1776 – أن البرق يشعل غاز الميثان في غاز المستنقعات لتكوين إرادة الخصلات، كان أقرب إلى الحقيقة مما كان يظن.
قد يكون للتوهج الطيفي لـ will-o’-the-wisp، الذي تم تصويره بهذه التفاصيل من نقش ليوشيا وود ويمبر الذي نُشر في كتابه “ظواهر الطبيعة” عام 1849، تفسيرًا علميًا: ومضات صغيرة من البرق تشعل فقاعات الميثان المجهرية. – مكتبة صور العلوم والمجتمع / صور غيتي
قال زاري: “لقد اعتقد أنه كان برقًا في السماء”. “لكن لا. إنه البرق الصغير.”
في دراسة سابقة، أظهر زاري وباحثون آخرون أن قطرات الماء المشحونة التي يتراوح قطرها بين 1 ميكرون و 20 ميكرون – أصغر من عرض شعرة الإنسان – يمكن أن تولد ضوءًا دقيقًا قويًا بما يكفي لتكوين جزيئات عضوية. منذ مليارات السنين، ربما تكون هذه العملية قد أنتجت اللبنات الأساسية للحياة الأولى على الأرض.
أجريت التجارب الجديدة في وعاء مملوء بالماء. يقوم مولد الفقاعات الصغيرة بضخ فقاعات الميثان في الماء من خلال فوهة. عندما ملأت فقاعات الميثان الماء، لاحظ العلماء ومضات البرق الصغيرة تقفز بين أسطح الفقاعات المجاورة، مما يشبه البرق الصغير الذي شوهد في تجارب سابقة مع قطرات الماء المشحونة.
وقال الدكتور أليكسي خاليزوف، الكيميائي الفيزيائي وأستاذ الكيمياء وعلوم البيئة في معهد نيوجيرسي للتكنولوجيا، لشبكة CNN عبر البريد الإلكتروني: “تطرح المقالة فرضية مثيرة للاهتمام للغاية وتقدم بعض الأدلة الداعمة لها”.
ومع ذلك، فإن الأسئلة العالقة تصاحب هذا التفسير لظاهرة الإرادة، كما قال خاليزوف، الذي لم يشارك في البحث الجديد.
على سبيل المثال، استخدمت تجارب الباحثين مياهًا نقية منزوعة الأيونات، في حين أن مياه المستنقعات الحقيقية تعج بالمركبات العضوية وغير العضوية، كما قال خاليزوف. ومن بين هذه المركبات أملاح تسمى إلكتروليتات، والتي يمكن أن تمنع فصل الشحنات بين فقاعات الغاز.
وقال: “إن الماء منزوع الأيونات يعتبر عازلاً جيداً، أما الماء العادي فهو ليس كذلك”. “هل ستحدث الظاهرة المبلغ عنها حتى في الماء غير منزوع الأيونات؟”
وبينما أظهرت التجارب وجود البرق الجزئي بين الفقاعات، لم يتم إنتاج التوهج بمستوى يمكن رؤيته في المستنقع. ومع ذلك، قال خاليزوف إن “العملية لا تزال مثيرة للاهتمام للغاية”، وأن إجراء المزيد من الدراسات حول البرق الجزئي يمكن أن يكشف عن دوره في أكسدة الغازات النزرة المنبعثة على سطح البحر – والتي يلعب بعضها دورًا في ظاهرة الاحتباس الحراري.
ما وراء الإرادة والخصلات
وفقًا لزاري، فإن تسخير البرق الجزئي يمكن أن يقدم خيارات أكثر استدامة للكيمياء. وأوضح قائلاً: “إننا نقوم بذلك في درجة حرارة الغرفة دون تطبيق أي مجال كهربائي خارجي ودون الحاجة بالضرورة إلى إضافة محفزات”.
يمكن أن يكون أحد التطبيقات المحتملة للصاعقة الدقيقة هو إثارة تفاعلات كيميائية تقلل من غاز الميثان الموجود في الغلاف الجوي، وهو غاز الدفيئة الأكثر وفرة بعد ثاني أكسيد الكربون. ويشكل الميثان حوالي 11% من انبعاثات الغازات الدفيئة على مستوى العالم، وهو أقوى بنسبة 28% من ثاني أكسيد الكربون في احتجاز الحرارة.
“السؤال هو: هل يمكننا حقا توسيع نطاقه وجعله تجاريا وصناعيا؟” سأل زاري. “هذا ما أعمل عليه.”
ميندي وايزبرجر كاتبة علمية ومنتجة إعلامية ظهرت أعمالها في مجلة Live Science وScientific American ومجلة How It Works. وهي مؤلفة كتاب “صعود حشرات الزومبي: العلم المفاجئ للتحكم في العقل الطفيلي” (مطبعة هوبكنز).
قم بالتسجيل في النشرة الإخبارية للعلوم Wonder Theory على قناة CNN. استكشف الكون بأخبار الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية لـ CNN، قم بإنشاء حساب على CNN.com