Молнии вызывают ядерные реакции

Японские физики показали, что во время грозы в атмосфере происходят превращения атомных ядер. Оказалось, что молнии приводят к естественному появлению таких редких изотопов, как углерод-13 и 14, азот-13 и 15, а также кислород-15. Ранее считалось, что на современной Земле они образуются только в каскаде реакций, которые вызываются космическими лучами. Статья с результатами опубликована в журнале Nature.

У многих распространенных элементов, помимо основного стабильного, существуют дополнительные изотопы — атомы с отличающимся количеством нейтронов в ядре. Такие изотопы могут быть как стабильными (например, углерод-13 стабилен так же, как и наиболее распространенный углерод-12), так и нестабильными (углерод-14, азот-13). Считалось, что единственный современный источник возникновения этих нестабильных изотопов — это реакции с участием космических лучей. Именно это обстоятельство позволяет использовать распад углерода-14 в качестве счетчика времени в радиоуглеродном анализе.

В новой работе показывается, что этот изотоп может появляться и во время гроз. Стандартный процесс появления углерода-13 начинается со столкновения космических лучей с наиболее распространенным в атмосфере азотом-14. В результате атом теряет нейтрон, получается нестабильный азот-13, который в течение минут превращается в углерод-13 с испусканием позитрона и нейтрино. Позитрон затем аннигилирует с электроном, что производит два фотона гамма-диапазона определенной энергии. Обычно такие кванты света используют для обнаружения подобных реакций.

Именно такие фотоны физики зарегистрировали во время грозы в Японии в феврале 2017 года. Ученым также удалось зафиксировать гамма-излучение других энергий, которое говорит об образовании азота-15 из азота-14. Это значит, что мощные разряды в атмосфере могут инициировать реакции, подобные тем, которые вызывают космические лучи. Теоретически это может искажать результаты датировок по изотопам этих элементов, но авторы оценили интенсивность ядерных реакций от молний как очень низкую. Следовательно, необычных изотопов получается мало, и они почти не влияют на точность используемых методов.