雷電的神秘面紗：那些鮮為人知卻又令人稱奇的自然現(xiàn)象

《雷電的神秘面紗：那些鮮為人知卻又令人稱奇的自然現(xiàn)象》

雷電：自然的神秘力量與科學(xué)探索

雷電，是大自然中一種伴有閃電和雷鳴的雄偉壯觀卻又令人心生畏懼的放電現(xiàn)象。它源于帶電云層對(duì)地面建筑物及大地的自然放電，常常會(huì)對(duì)建筑物、設(shè)備，甚至人畜等造成嚴(yán)重破壞。因此，了解雷電的形成過程及其放電條件至關(guān)重要，這能幫助人們采取恰當(dāng)措施，避免遭受雷電襲擊。關(guān)于雷電的知識(shí)極為豐富，本文將為你揭開其中一部分神秘面紗 。

雷擊不是 “報(bào)應(yīng)”

盛夏 7 月的一天午后 3 點(diǎn)多，河北省某縣趙家溝上空烏云滾滾，緊接著震耳欲聾的雷聲傳來。正在鏟地的村民們趕忙收工往家跑。很快，傾盆大雨裹挾著冰雹傾瀉而下。50 多歲的趙會(huì)計(jì)因腿疼，扛著鋤頭落在了最后，鄰居老李陪著他。眼看到家了，突然一道亮光閃在趙會(huì)計(jì)的鋤頭尖上，“咔嚓” 一聲，趙會(huì)計(jì)被雷電擊倒。等鄉(xiāng)親們趕來，趙會(huì)計(jì)已不幸身亡。

趙家溝是個(gè)較為封閉的山溝，封建迷信思想尚未完全消除。對(duì)于趙會(huì)計(jì)的死，村民們議論紛紛。有人說這是 “雷公”“電母” 作祟，是老天爺?shù)?“報(bào)應(yīng)”，覺得趙會(huì)計(jì)之前肯定做了壞事，不然為啥只擊中他，而旁邊的老李卻安然無恙？

實(shí)際上，云里之所以會(huì)打雷、閃電，是因?yàn)樵茙в须姟Ｔ谠频牟煌课唬奂鴥煞N極性相反的電荷。電荷的存在使得云的內(nèi)部以及云與地面之間形成強(qiáng)大電場(chǎng)。一旦條件成熟，云與地面之間、云與云之間、一塊云的不同部位之間，就可能爆發(fā)出強(qiáng)大的電火花，這便是閃電。閃電過程極為迅速，肉眼看上去，一次閃電只是短暫的一閃，但就在這瞬間，發(fā)生著復(fù)雜的物理過程。研究人員用連續(xù)高速攝影機(jī)記錄下閃電的全過程，原來一次閃電由幾次放電脈沖組成。

所謂脈沖，就是電流或電壓的短暫起伏。閃電中的脈沖一個(gè)接一個(gè)，脈沖之間的間歇僅百分之幾秒，后續(xù)脈沖沿著第一個(gè)脈沖的通道行進(jìn)。這表明，閃電其實(shí)是斷斷續(xù)續(xù)的放電現(xiàn)象，一次閃電有幾次到幾十次的放電沖擊，全過程僅零點(diǎn)幾秒，所以我們看到的閃電總是一閃一閃的。地面與云體間放電速度極快，高達(dá)幾萬千米每秒，“迅雷不及掩耳” 形容的正是云地閃電造成的落地雷。閃電通道內(nèi)電流巨大，可達(dá)幾萬到十幾萬安培。

人們常說 “我要瘦成一道閃電！” 這話有一定道理。閃電通道非常狹窄，直徑僅有幾厘米到幾十厘米。如此狹窄的空氣柱里通過這么大的電流，空氣會(huì)被燒得極熱。閃電出現(xiàn)時(shí)，周圍氣溫超 2 萬攝氏度，所以常見閃電呈白色。而且，由于閃電通道狹窄，有時(shí)幾個(gè)人同行，只有其中某個(gè)人會(huì)遭到襲擊，其他人則可能平安無事。比如《北京日?qǐng)?bào)》曾報(bào)道，廣西永福縣廣幅鄉(xiāng)一家三口雷雨天睡覺時(shí)，只有妻子遭雷擊，丈夫和孩子卻完好無損。所以，雷擊是 “報(bào)應(yīng)” 這種說法純屬無稽之談。

有閃電時(shí)，空氣受熱迅速膨脹，引發(fā)閃電通道內(nèi)類似爆炸的聲波震蕩，傳到我們耳中就是雷聲。實(shí)際上，這是一種沖擊波，以 5 千米 / 秒的速度向四周傳播。其破壞能力很強(qiáng)，離閃電三四十米的玻璃窗都可能被震碎。一次閃電的雷聲能持續(xù)三四十秒，有時(shí)長(zhǎng)達(dá) 1 分鐘。

人們總是先看到閃電，后聽到雷聲，其實(shí)閃電和雷聲是同時(shí)發(fā)生的。只是光的傳播速度極快，達(dá) 30 萬千米 / 秒，而雷聲傳播速度僅 340 米 / 秒，比光速慢得多。通過閃電和雷聲的間隔時(shí)間，就能算出閃電離我們的距離。

預(yù)防雷電，常見做法是在高大建筑物上安裝避雷針。因?yàn)槔纂妰A向于走 “捷徑”，高大建筑物最易遭雷擊。雷雨天氣要關(guān)好門窗，不使用電器，不在大樹下和高大物體下避雨。野外行走不要拿金屬物品。

神秘的 “閃電熔巖”

從前面可知，閃電通道狹窄，但究竟狹窄到什么程度，目前難以實(shí)地測(cè)量。不過，“閃電熔巖” 能幫助我們大致判斷。有報(bào)道稱，閃電通道最窄處僅有 1 厘米。

1966 年，在蘇格蘭阿倫島上工作的考古學(xué)家，在靠近科里村莊的地方，發(fā)現(xiàn)了一件令人驚奇的物品 —— 一塊閃電熔巖。從周邊沙石材質(zhì)和年齡判斷，這塊閃電熔巖歷史長(zhǎng)達(dá) 2.5 億年。它很可能是閃電襲擊沙丘頂部時(shí)形成的，閃電的高溫和能量輻射到沙丘上，使其發(fā)生化合反應(yīng)變成玻璃，并塑造成一段空心玻璃管。

閃電熔巖在我國(guó)也有發(fā)現(xiàn)。一次，北京順義潮白河沙灘附近高壓線被雷電擊斷，電業(yè)搶修工人發(fā)現(xiàn)高壓線附近有個(gè)隆起半米高的沙灘，扒開一看，竟是一個(gè)高約 30 厘米的樹根狀奇石。經(jīng)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)和中國(guó)科技大學(xué)等單位 30 多位教授近兩年研究、鑒定和分析，確認(rèn)它是雷擊石 —— 閃電熔巖。2010 年 1 月 19 日，河北邯鄲某地，人們發(fā)現(xiàn)一堆似石非石、形似燒焦琉璃的東西，北京天文館專家?guī)Щ夭糠謽悠贩治觯卸ㄊ情W電熔巖。化驗(yàn)顯示，該樣品化學(xué)成分為 65% 左右的二氧化硅，以及鋁、鐵、鈉等多種氧化物。

閃電熔巖比隕石還少見，因?yàn)槠洚a(chǎn)生條件極為苛刻。除了落地雷，還需有合適成分的土壤。一般來說，土壤中的二氧化硅要在 50% 以上，氧化鋁要在 20% 左右。此外，要有濕潤(rùn)環(huán)境，砂巖熔化后，雨水、雪水等可起到淬火和瞬間冷卻作用，否則閃電很可能會(huì)汽化。

1752 年，身為印刷工人的富蘭克林，在雷雨交加的日子，冒著生命危險(xiǎn)做了舉世聞名的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)，證明天上的雷電與人工摩擦產(chǎn)生的電性質(zhì)完全相同。富蘭克林發(fā)明的方法在美國(guó)得到進(jìn)一步發(fā)展，并在人造閃電熔巖實(shí)驗(yàn)中得以體現(xiàn)。1997 年夏天，藝術(shù)家馬可庫(kù)倫姆進(jìn)行了數(shù)以百計(jì)的嘗試，取得了豐富實(shí)驗(yàn)成果。他制成的閃電熔巖大小各異，小的如同飲料吸管，大的有著名的 “閃電熔巖之母”—— 被吉尼斯世界紀(jì)錄載入史冊(cè)、尾巴開叉超過 5 米的最長(zhǎng)閃電熔巖。馬可庫(kù)倫姆的閃電熔巖實(shí)驗(yàn)都是與佛羅里達(dá)州立大學(xué)的國(guó)際閃電研究與實(shí)驗(yàn)中心合作完成的，實(shí)驗(yàn)基地靠近佛羅里達(dá)州斯塔爾克的國(guó)家保護(hù)基地。實(shí)驗(yàn)中，他們先發(fā)射一些小火箭，射入 600 - 900 米上空的暴雨云層，效仿富蘭克林，在小火箭上綁極細(xì)銅線，使火箭與地面相連，將吸引來的閃電導(dǎo)入地面加以利用。

面紗未揭的神秘火球

一年夏天，一架民航客機(jī)飛往北京，午后兩點(diǎn)多，在 5000 米高空遭遇雨和雪花。幾分鐘后，“轟” 的一聲巨響，一個(gè)火球從前艙向后艙滾去，不過飛機(jī)沒有顛簸，通信聯(lián)絡(luò)正常。10 分鐘后，飛機(jī)在首都機(jī)場(chǎng)降落。檢查發(fā)現(xiàn)，機(jī)頭雷達(dá)天線罩上的避雷針被燒毀 8 毫米，機(jī)身前部下側(cè)蒙皮有燒焦麻點(diǎn)斑痕，飛機(jī)垂直尾翼被燒出一個(gè)小圓洞，機(jī)尾一個(gè)電刷被燒壞。乘客和機(jī)組人員雖安然無恙，但都被嚇出一身冷汗。類似情況，其他機(jī)組也遇到過，所幸都有驚無險(xiǎn)。

有關(guān)專家認(rèn)為，飛機(jī)是金屬體，在電場(chǎng)中飛行時(shí)，金屬表面因感應(yīng)和摩擦帶電。帶電飛機(jī)表面遇到火球時(shí)，在電力作用下，有時(shí)會(huì)將火球引進(jìn)機(jī)艙，并順著座艙里的穿堂風(fēng)移動(dòng)。而且飛機(jī)帶電后，表面電荷分布不均勻，機(jī)翼尖、天線等尖凸部位電荷更集中，這些部位附近空間電位差特別大，所以容易遭受火球襲擊，而機(jī)身和人員卻未受損害。

據(jù)調(diào)查，火球進(jìn)入機(jī)艙情況少見，但在陸地上卻屢見不鮮。每年新聞中都有火球燒死、燒傷人畜，燒毀樹木、家用電器等的報(bào)道。1986 年 8 月 19 日 11 時(shí)許，湖南省古丈縣高望界巖托村，35 人在一空房躲雨，一個(gè)碗大的紅色火球進(jìn)入房間旋轉(zhuǎn)，一聲巨響后，房中的木柱被劈開 2 米多長(zhǎng)，造成 5 人喪命、9 人重傷、9 人輕傷。1989 年 8 月 12 日 10 時(shí) 5 分，球狀雷擊致使山東青島黃島油庫(kù)油罐起火，造成 19 人死亡、78 人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 3540 萬元。

1965 年夏天，蘇聯(lián)科學(xué)家德米特里耶夫在鄉(xiāng)間度假。一天晚上，雷雨大作，一次強(qiáng)烈枝狀閃電后，出現(xiàn)一個(gè)深紅色火球，慢悠悠地飄向站在門旁的德米特里耶夫，一邊嗡嗡作響，一邊發(fā)出黃色、綠色和紫色火花。火球臨近時(shí)開始上升，隨后飄向樹林。茂密樹林擋住去路，隨著一個(gè)大火花出現(xiàn)，傳來木材劈裂聲后，火球消失在潮濕大氣中。在火球消失處留下一股刺鼻氣味的咖啡色煙霧，德米特里耶夫立即用燒瓶采集樣本。化驗(yàn)結(jié)果表明，刺鼻氣味的是臭氧，咖啡色煙霧是氧化氮。

這些報(bào)道中的火球在氣象上被稱為球狀閃電。它很輕巧，一般呈球形，偶爾呈梨形，直徑通常 1 - 20 厘米，也有達(dá)幾米長(zhǎng)的。火球顏色大多發(fā)紅，也有白色的。這種火球在枝狀閃電打到近地面處時(shí)容易出現(xiàn)，在我國(guó)多見于南方和山地。奇怪的是，球狀閃電喜歡鉆洞，有時(shí)會(huì)從煙囪、窗戶、門縫進(jìn)入室內(nèi)。它出現(xiàn)后，常隨氣流或?qū)Ь€移動(dòng)，發(fā)出 “噼噼啪啪” 的聲音，但也有始終無聲的；消失時(shí)，往往發(fā)出沉悶巨響，并出現(xiàn)有氣味的煙霧。

球狀閃電的出現(xiàn)引發(fā)人們極大興趣，為探索其奧秘，科學(xué)家們投入大量精力，有人甚至進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。然而，現(xiàn)代科學(xué)至今仍未對(duì)其形成給出令人滿意的解釋。目前普遍認(rèn)為，球狀閃電由化學(xué)過程引起。但也有人覺得，其形成與臭氧有關(guān)。枝狀閃電放電時(shí)，通道里的臭氧儲(chǔ)存大量能量。臭氧不穩(wěn)定，容易分解，分解時(shí)釋放儲(chǔ)存的能量，使周圍溫度驟升，附近空氣中的氮分子變得活躍，與氧相互作用生成氧化氮，這種能量變化引發(fā)爆炸。

球狀閃電傷人事件在我國(guó)每年都有發(fā)生。目前，防避球狀閃電的唯一辦法是在雷雨天關(guān)好房屋門窗，避免出現(xiàn)穿堂風(fēng)，因?yàn)楸芾揍槍?duì)它不起作用。不過，相信隨著科學(xué)發(fā)展，球狀閃電的神秘面紗很快會(huì)被揭開。

聯(lián)珠閃電和黑色閃電

聯(lián)珠閃電和黑色閃電較為陌生，因?yàn)樗鼈儽惹驙铋W電更為罕見。從國(guó)外照片看，聯(lián)珠閃電形如一串發(fā)光珍珠從云底伸向地面，又像從天上向地上發(fā)射的一串信號(hào)彈。資料記載，1916 年 5 月 8 日，德國(guó)德累斯頓一座鐘樓上空發(fā)生過一次聯(lián)珠閃電，很多人目睹并做了記錄。人們先看到一個(gè)枝狀閃電從云底伸下?lián)糁戌姌牵又铋W電通道變寬，顏色由白變黃。不久，通道漸漸變暗，但并非同時(shí)均勻變暗，于是明亮通道變成一串珍珠般亮點(diǎn)，從云底垂掛下來，十分美麗。據(jù)估計(jì)，亮珠有 32 顆，每顆直徑 5 米，亮珠之間聯(lián)線隱約可見。隨后亮珠逐漸縮小，形狀變圓，亮度變暗，最后完全熄滅。由于聯(lián)珠閃電出現(xiàn)機(jī)會(huì)極少，維持時(shí)間很短，所以人們對(duì)其成因一無所知。

比聯(lián)珠閃電更罕見的是黑色閃電。在人們印象中，不發(fā)光的閃電似乎不存在。畢竟放電現(xiàn)象，尤其是空中放電，一般都伴隨著耀眼光芒和隆隆轟鳴，所以閃電似乎不可能是黑色的。然而，經(jīng)過科學(xué)家觀察以及對(duì)大氣物理、化學(xué)性質(zhì)的探索，證實(shí)了黑色閃電的存在。長(zhǎng)期觀察發(fā)現(xiàn)，自然界中，球狀閃電出現(xiàn)后，緊接著出現(xiàn)黑色閃電的情況并不少見。1974 年 6 月 23 日，在扎巴洛日城，蘇聯(lián)著名天文學(xué)家 B. 契爾諾夫親眼看到一次飛快滾動(dòng)的黑色閃電。

當(dāng)時(shí)是 17 時(shí) 45 分，一場(chǎng)大雷雨襲擊該城。契爾諾夫描述，先是強(qiáng)烈的球狀閃電，不一會(huì)兒，后面飛過一團(tuán)黑色閃電，在灰色云層背景下十分清晰，這一現(xiàn)象讓他感到驚訝。更有趣的是，A. 包格旦諾夫上校在大白天的莫斯科地區(qū)，也看到一個(gè)平穩(wěn)冒著氣的黑色閃電。上校說，這個(gè)黑色閃電直徑 25 - 30 厘米，看上去像霧中的凝結(jié)物，身后背景呈淡紅色陰影，周圍有深棕色光輪。后來，它像燒紅的大火球，飛快滾動(dòng)，不久就爆炸了。

資料統(tǒng)計(jì)顯示，黑色閃電常出現(xiàn)在樹上、桅桿上、屋頂上和金屬表面，一般呈瘤狀，看起來像一團(tuán)臟東西。如果這時(shí)有人觸碰、擊打它，它會(huì)立即冒煙或爆炸。飛機(jī)在空中遇到黑色閃電，后果不堪設(shè)想。所以，飛行人員和地面指揮人員都必須高度重視，充分了解其物理、化學(xué)性質(zhì)以及處置辦法。

科學(xué)家研究認(rèn)為，黑色閃電由分子氣溶膠聚集物產(chǎn)生。分子氣溶膠大量聚集是太陽(yáng)輻射、云中電場(chǎng)、宇宙射線、球狀閃電等長(zhǎng)期作用于空氣的結(jié)果，當(dāng)然也受其他物理和化學(xué)因素影響。在這些因素作用下，大氣中生成無數(shù)帶有正負(fù)電的離子和氣溶膠活躍粒子。在一定條件下，這些粒子會(huì)聚集成分子氣溶膠狀物，一些化學(xué)活躍分子作為催生劑，引發(fā)聚集物燃燒或爆炸，這就是黑色閃電的形成過程。

黑色閃電是最危險(xiǎn)的閃電，危害極大。它顏色不易被發(fā)現(xiàn)，雷達(dá)也難捕捉目標(biāo)，常被誤認(rèn)為是飛鳥或其他物體。飛機(jī)接近時(shí)，它會(huì)變成普通球狀閃電或立即爆炸，飛行員稱其為 “空中暗雷”，必須高度警惕。在地面上，如果黑色閃電落在飛機(jī)機(jī)體、雷達(dá)設(shè)備、儲(chǔ)油罐上，千萬不能觸碰，因?yàn)樗苋菀鬃兂汕驙铋W電或發(fā)生爆炸。

雷電現(xiàn)象充滿了神秘與未知，從常見的閃電雷鳴，到神秘的閃電熔巖、球狀閃電、聯(lián)珠閃電和黑色閃電，每一種都蘊(yùn)含著大自然的奧秘和科學(xué)的挑戰(zhàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信我們對(duì)雷電的了解會(huì)越來越深入，也能更好地預(yù)防雷電帶來的危害，讓人類與大自然和諧共處。