Benjamin Franklin, grundare av University of Pennsylvania, tros ha experimenterat med blixtens kraftfulla egenskaper med hjälp av en drake och nyckel, sannolikt nära att elektrocutera sig själv i processen.

I en ny uppsättning experiment på Penn, forskare har undersökt kraften i blixten på ett mindre riskabelt men mycket mer tekniskt avancerat sätt.

Chiara Elmi, en postdoktor vid Penns Department of Earth and Environmental Science vid School of Arts &Sciences, ledde arbetet, som använde en uppsättning tekniker för att undersöka en fulgurit, ett tunt lager glas som bildas på ytan av sten när blixten träffar den. Bland andra fynd, studien upptäckte att, baserat på det kristallina materialet i provet, den lägsta temperaturen vid vilken fulguriten bildades var ungefär 1, 700 grader Celsius.

"Människor har använt morfologiska och kemiska metoder för att studera stenfulguriter, men detta var första gången en stenfulgurit klassificerades ur mineralogisk synvinkel, " sa Elmi. "Jag kunde anpassa ett tillvägagångssätt som jag har använt tidigare för att studera effekterna av meteoritnedslag i stenar och sediment för att analysera en liten mängd material för att förstå fasövergångarna som uppstår när en blixt träffar en sten."

Elmi samarbetade i arbetet med seniorförfattaren Reto Gieré, professor och ordförande vid institutionen för geo- och miljövetenskap, tillsammans med avdelningens Jiangzhi Chen, en postdoktor, och David Goldsby, en docent.

Deras artikel kommer att publiceras i tidskriften Amerikansk mineralog .

I en studie som publicerades förra året, Gieré karakteriserade en sten fulgurit som finns i södra Frankrike, upptäckte att blixten som träffade den förvandlade berget under fulguriten på atomnivå, producerar kontrollampa strukturer som kallas chocklameller.

Teamet ville ägna sig åt en annan studielinje i det nya arbetet.

"I detta fall, " sa Gieré, "vi ville istället studera glasskiktet mer i detalj för att ta reda på vad de närvarande mineralerna kan säga oss om temperaturen på blixten."

Att göra så, Elmi utförde en röntgendiffraktionsanalys, som samlar in information om hur röntgenstrålar interagerar med kristallina material för att sluta sig till mineralinnehållet i ett givet prov. Utmaningen i det här fallet, dock, var att en typisk röntgendiffraktionsanalys kräver ungefär ett gram material, och mängden av den 10 mikrometer tjocka fulguriten var inte alls så stor.

För att anpassa tekniken för en mindre mängd prov, Elmi lade materialet i en smal, roterande kapillärrör och justerade diffraktionsoptiken för att passa in, koncentrera och rikta röntgenstrålen mot provet. Analysen av fulguriten avslöjade närvaron av glas såväl som kristobalit, ett mineral med samma kemiska sammansättning av kvarts men som har en distinkt kristallstruktur. Cristobalite bildas bara vid mycket hög temperatur, och glaset visade att det översta lagret av granit smälte under blixtnedslaget. Elmis analys gjorde det möjligt för henne att kvantifiera glaset och restmineralerna i en stenfulgurit för första gången.

"Dessa två signaturer indikerar ett system som fick en chock av hög temperatur, " sa Elmi. "Denna analys indikerar också den minimala temperaturen du måste skapa glaset eftersom cristobalit bildas runt 1, 700 Celsius, så du vet att denna temperatur uppnåddes när blixten träffade stenen."

Den uppmätta temperaturen för blixten i luften är i själva verket mycket högre - uppmätt till runt 30, 000 grader Celsius – men denna analys indikerar att själva berget höjdes från omgivningstemperaturen till minst 1, 700 Celsius.

Teamet utförde ytterligare analyser på fulguritprovet. De hittade organiskt material i provet, vilket tyder på att blixten brände lav eller mossa som växte på bergets yta och sedan fångade den inuti materialet.

"Det här är en extremt snabb händelse, " Sa Gieré. "Stenen värms upp väldigt snabbt och svalnar också väldigt snabbt. Det fångar gaser i glaset och en del av dessa gaser bildades genom förbränning av organiskt material."

I framtida studier, teamet hoppas kunna utveckla en komplett modell av vad som händer med stenar under ett blixtnedslag, innehåller kemikalier, fysisk, biologiska och mineralogiska observationer. De noterar att människor som Franklin som upplever nästan-missar med blixtar verkligen har tur.

"Det är häpnadsväckande att en blixt kan göra granit smält och helt förändra dess struktur, men vissa människor överlever blixtnedslag, sa Gieré.