Keravälk on üks nendest paljudest mõistetest, mis on juurdunud meie igapäevakeelde, kuid mille tähendust teavad vähesed. Veel selle sajandi kolmekümnendatel aastatel mõjus keravälgust rääkimine hukutavalt nii mõnegi teadlase karjäärile. Ka autoriteetne USA meteoroloogiatalitus pidas keravälku vaid huvitavaks optiliseks illusiooniks. Ajad on õnneks teised ning keravälgu seletamine on muutunud üheks köitvamaks atmosfäärifüüsika ülesandeks. Sellest annavad tunnistust mitmed keravälgule pühendatud rahvusvahelised teaduskonverentsid, milledest ehk kõige ulatuslikum oli 1988. aastal peetud sümpoosion Jaapanis. Hiljaaegu võttis viimaste aastate tulemused kokku David Turner, kes avaldas ajakirjas "Physics Reports" mahuka artikli. Kuid vaatamata paljudele teooriatele keravälgu päritolu kohta, pole siiani suudetud üksmeelele jõuda. Keravälgu müsteerium ootab ikka veel lahendust. Sellel taustal äratas kahtlemata laia huvi k.a. 3. veebruaril ajakirjas "Nature" ilmunud Uus-Meremaa teadlaste John Abrahamsoni ja James Dinnissi artikkel, mis andis keravälgule täiesti uudse seletuse.

   Keravälk – milline ta on?

   Kuna ma ise ei kuulu nende väljavalitute hulka, kellel on olnud õnne keravälku oma silmaga näha, püüame toetuda paljude teiste tähelepanekutele keravälgu omadustest, mille põhjal võib mõningaid üldistusi siiski teha. Seda enam, et harvadel juhtudel on õnnestunud keravälku pildistada ning kuulduste kohaselt isegi videosse võtta. Milline ta siis on?

   Keravälk esineb enamasti koos tavalise äikesetormiga ning üsna sageli nähakse teda just pärast äikeselööki maapinna kohal hõljumas. On olnud ka tähelepanekuid, kus keravälk on justkui pilvedest alla langenud. Keskmine keravälk on ümmargune, läbimõõduga umbes 20 cm. Üldiselt helendab samamoodi, nagu üks tavaline sajavatine elektripirn, kusjuures ta värvuste skaala varieerub punasest kollaseni. Välgu eluiga ei ole kuigi pikk – keskmiselt umbes 6 sekundiga ta kas haihtub vaikselt või siis kaob plahvatuslikult. Oma eluea jooksul võib keravälk ka liikuda ning seda mitte eriti kiirelt. Suhteliselt harva on märgatud ta kerkimist kõrgemale, enamasti liigub ikka muudes suundades. Mõnikord on isegi täheldatud, et keravälk on suuteline põrkuma maapinnalt nagu kerge õhupall. Keravälk on ilmselt ka üsna kõrge temperatuuriga, tekitades mingit sisisevat heli ja erilist teravat lõhna oma läheduses. Üsna sageli on täheldatud välgu külgetõmmet metallesemete poole. Kõige omapärasem on aga keravälgu võime tungida tuppa läbi kitsaste aknapragude või korstna kaudu. Tundub, et keravälke on lausa mitut sorti.

   Kõik need imepärased omadused on sünnitanud hulgaliselt erinevaid teooriaid, millede abil on püütud seletada keravälgu fenomeni. Üldjoontes võib kõik need teooriad jagada kahte suurde rühma. Ühed väidavad, et välk saab energiat tema enda sisemusest. Teiste arvates tuleb energia väljastpoolt. Esimesse rühma kuuluksid teooriad, mis peavad keravälku seotuks kas ülikuuma õhu, mõne muu gaasi tasase põlemisega või ülitiheda plasmaga. Teised teooriad väidavad näiteks seda, et äikesetormi ajal valitsevad ülitugevad elektriväljad võivad koondada kosmilisi osakesi, mis omakorda ergastavad õhus leiduvaid gaase. Kõnealused teooriad võiksid mõningatel juhtudel seletada ühte või teist keravälgu omadust, kuid ometi jäävad nad hätta, kui arvesse võtta kõik keravälguga kaasnevad omadused. Ühed usinamad on olnud plasmafüüsikud ja seda eriti Venemaal, kus mitmetes uurimisasutustes on püütud keravälku esile kutsuda eksperimentaalselt. Tihtipeale ongi saadud keravälku meenutavaid plasmamoodustisi, kuid ilmselt on sarnasus siiski vaid väline.

   Abrahamsoni ja Dinnissi teooria

   Uus-Meremaa teadlased hakkasid uurima protsesse, mis tekivad siis, kui välk lööb pinnasesse. Tavaline muld koosneb ju suurel määral süsiniku ning räni ühenditest. Räni on aga pooljuhtmaterjal, mida kasutatakse nüüdisaja elektroonikas. Kõrgetel temperatuuridel on keemiliselt võimalik eraldada ka puhast räni, kuid selleks on vaja täita mõningad tingimused. Esiteks peab temperatuur ulatuma vähemalt 3300 kraadini ning teiseks peab süsiniku kontsentratsioon keskkonnas ületama räni oma vähemalt kaks korda. Sellised kõrged temperatuurid pole välgulöögi puhul sugugi haruldased ning ka vastava koostisega pinnast võib paljudes kohtades leida. Järelikult on tõesti võimalik, et välgulöögi tagajärjel tekib keemiline reaktsioon, mille tulemuseks on puhta räni moodustumine. Puhas räni aga aurustub silmapilkselt ning samas hakkab ta ka kohe ülikiirelt jahtuma.

   Mis siis edasi saab? Et sellele küsimusele vastata, tekitasid Abrahamson ja Dinniss oma laboris miniatuurse välgulöögi – umbes 20kilovoldise pingega "välgunool" tabas alusele asetatud pinnaseproovi. Sellest piisas, et tekitada puhast räni. Aurustunud räni koguti klaasfiibrile ning saadud näidiseid uuriti elektronmikroskoobiga. Ilmnes üllatav tõsiasi: aurustunud ning kiirelt mahajahtunud räni moodustas nanoosakeste pikki kette. Nende "kettide" läbimõõt oli vaid 100 nanomeetrit, kuid pikkus küündis kümnete mikromeetriteni. Kahjuks ei märganud teadlased mingit helendust ja kui suurendati välgulöögi võimsust, oli tulemuseks vaid pinnaseproovi plahvatuslik laialipaiskumine. Ometi arvavad Abrahamson ja Dinniss, et keravälgu moodustavad just sellised räni nanoosakestest koosnevad ketid. Ilmselt on teatud tingimustel võimalik, et ketid kasvavad pikemaks ning kaarduvad selliselt, et oleks võimalik pallikujulise moodustise teke. Ka keravälgu helendust on siis lihtne seletada, sest puhas räni hakkab teatavasti kõrgetel temperatuuridel kiirelt oksüdeeruma ehk maakeeli lihtsalt põlema. Iga nanoosake kattub ränidioksiidi kihiga, mis takistab hapniku ligipääsu puhtale ränile. Seetõttu võib muidu nii kiire põlemine pidurduda ja kesta ka kümneid sekundeid. Selline nanoosakeste kogum võib tõesti olla suhteliselt elastne ning mõjuda täispuhutud õhupallina. Tänu nanoosakeste väikesele massile on kogu pall üsna kerge ning suudab vabalt maapinna kohal hõljuda. Isegi keravälgu aknapragudest läbiimbumine on selle mudeli järgi mõistetav.

   Kuigi Abrahamsoni ja Dinnissi mudel on ikkagi vaid mudel, mida tuleks veel uute katsetega tõestada, võib siiski öelda, et ta annab seletuse enamikule keravälgu omadustele. Usutavasti pole kaugel aeg, mil laboris sünnib esimene tõeline keravälk. Vahest alles siis võidakse kindlalt väita, et üks inimkonda aastasadu köitnud mõistatus on lõplikult lahendatud.

   JÜRI KRUSTOK (1955)
on Tallinna Tehnikaülikooli vanemteadur.
Füüsika-matemaatikakandidaat.

Pildid:

• Haruldane foto keravälgust, mida pildistati 1978. aastal Austrias.
• Elektronmikroskoobi foto ühes laboratoorses välgulöögis tekkinud räni nanoosakeste ketist.