凝固閃電的“樹枝”

閃電創(chuàng)造的奇跡

每一分鐘，地球上就會出現(xiàn)1800～2500次閃電.閃電閃亮的那一瞬間，溫度高達30000℃，是太陽表面溫度的5倍多，因此任何物質(zhì)只要被閃電碰到，后果可想而知.但是地面上就有愛招惹是非的物體，喜歡招引較低空的閃電，例如大樹、人類豎起的天線以及高山的山頂?shù)?只見耀眼的白光閃過，樹冠被閃電攔腰截斷.每個從云端竄到地面的閃電都具有109～1010焦耳的能量，接近一個小型水電站1小時的發(fā)電量，但這些能量的大部分都化為光、雷聲和電磁波釋放掉了，能夠在地面上逞強的能量只不過是少部分.不過，就這少部分能量也足以摧毀所碰到的一切東西，并創(chuàng)造出罕見的奇跡.這時，我們?nèi)羧ラW電擊中的地方挖掘，很可能就會在地表下面一點兒的位置挖出一截半透明的堅硬“樹枝”.

半透明的“樹枝”只是看起來像樹枝，它其實并不是真正的樹枝，而是有麻點的樹枝狀“玻璃管”，有的是灰白色，有的是茶褐色，有的則是亮黑色，真是天和地共創(chuàng)的藝術(shù)品.玻璃管內(nèi)部中空，長度在1～5米不等，直徑在2～8厘米之間，表面沾滿了沙粒.玻璃管的直徑雖然較粗，但是玻璃管的壁厚卻只有0.5～2毫米厚，有的只有一層紙那么厚，而且玻璃管的壁厚好像與管的直徑?jīng)]有任何關(guān)系.它雖然摸起來比較堅硬，但比較脆，不容易鉆孔.雖然玻璃管的表面斑斑點點，有點像毛玻璃，但是其內(nèi)部卻是鏡面般的光滑，孔道彎彎曲曲，還布滿了許多氣泡.

在烈火中永生

這種奇怪的“樹枝”已被人類當(dāng)做藝術(shù)品擺設(shè)和買賣.它的科學(xué)名字叫“閃電熔巖”.當(dāng)閃電沖擊地面時，若地面是絕緣的沙土或巖石，而且沙土或巖石的下面又存在容易導(dǎo)電的潮濕地層時，電流就會在沙土或巖石中穿行，試圖向深處的潮濕地層鉆去.但這一過程是瞬間的，瞬間的高溫熔化了周圍的沙子或巖石，電流所到之處呈現(xiàn)樹枝狀，與空中的閃電形狀類似，因此被閃電熔融的沙子也會呈現(xiàn)樹枝狀.但在熔化沙子的同時，沙土中的空氣和零星水分也被加熱了，氣體膨脹推動著熔化的二氧化硅（沙石的主要成分），就像我們在熔融的玻璃中吹氣一樣，氣體在樹枝狀熔融的二氧化硅中蔓延.電流竄過沙土層到達導(dǎo)電地層之后，被大地吸收，之后熱量很快散發(fā)，溫度的降低又很快使熔融的二氧化硅凝固而形成玻璃（玻璃的主要成分就是二氧化硅）.絕緣沙土層的厚度決定了閃電熔巖的長度，因為閃電熔巖一般就像樹枝一樣豎立著.

閃電擊中沙地所形成的熔巖和擊中巖石所形成的熔巖不同，前者叫做焦石英閃電熔巖或者沙土閃電熔巖，熔巖的成分是二氧化硅；后者則叫巖石熔巖，是閃電擊中了光禿禿的巖石表面形成的，看起來就像在巖石表面覆蓋上一薄層玻璃，或者鑲嵌上短短的小管子，或者深入巖石內(nèi)部形成玻璃穿孔.這種玻璃含有的二氧化硅量少，顏色與巖石的組成有關(guān)，多種多樣.

被發(fā)現(xiàn)的巖石熔巖一般出現(xiàn)在山頂，當(dāng)然若巖石下面有導(dǎo)電物質(zhì)時，閃電也會光顧山腳部位.例如，地下有電纜的地方就容易招致雷電的襲擊，美國某電廠的電纜就埋在一些巖石下面，曾有許多次，閃電狠狠地?fù)糁辛寺裼须娎|的巖石.在那兒，閃電巖石的尋覓者們靠著精湛的技術(shù)，挖掘出了藏匿在巖石內(nèi)部的閃電熔巖，他們還找到了一根登上吉尼斯世界紀(jì)錄的最長的閃電熔巖，足有5米多長，具有兩個幾乎相互垂直的分叉.現(xiàn)在這塊天地共創(chuàng)的藝術(shù)品正在博物館中被當(dāng)做中心裝飾品擺放著.這塊熔巖含有的成分不是二氧化硅，而是75%的十字石、15%的鈦鐵礦和10%的金紅礦.

我們也來制造閃電熔巖

閃電熔巖的形成除了需要高溫的閃電電擊之外，地面必須是沙土或巖石，地表下面幾米處還必須存在導(dǎo)電的地層，而且閃電電流強度需要達到千萬安培，才可能形成強大的能量，在絕緣的沙土或巖石中蜿蜒穿行數(shù)米.其實除了閃電之外，我們的大自然還有一種制造玻璃的方式：隕石撞擊地面，撞擊所產(chǎn)生的瞬時高溫熔化沙土，這時形成的玻璃叫做隕石玻璃，或者玻隕石.

有趣的是，人類在實驗室內(nèi)也可以模擬閃電熔巖的形成條件，制造出人工閃電熔巖，足以以假亂真.德國的某大學(xué)就掌握了這項技術(shù)，科學(xué)家讓持續(xù)幾毫秒的5萬多安培的電弧穿過沙子，就制造出了閃電熔巖.他們還發(fā)現(xiàn)，幾百安培的電流也可以形成閃電熔巖，但是必須持續(xù)的時間較長，一般需要幾百毫秒，這樣可以制造出直徑為0.7～1.5厘米的小型閃電熔巖，而且電流越低，熔巖的枝杈就會越少.

遠(yuǎn)古的閃電熔巖

由于閃電熔巖是極高溫度下形成的玻璃，很難被腐蝕，會在土壤中保存很長時間.因此，它們可以被用作研究古地球環(huán)境的指示品.

例如，在非洲撒哈拉沙漠地區(qū)曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)了很多閃電熔巖，但是現(xiàn)在，那里異常干燥，很難有閃電，也就不會形成閃電熔巖.因此可以推測，古時撒哈拉地區(qū)的氣候與今天應(yīng)該不同.有一塊來自北非撒哈拉沙漠的閃電熔巖，人們通過激光切開其內(nèi)部的氣泡后，發(fā)現(xiàn)閃電熔巖內(nèi)的氣體是以二氧化碳、一氧化碳及一氧化氮為主，這些氣體并非閃電熔巖形成時的大氣組成，而是因閃電打擊沙石時，所碰到的有機物被氧化形成的.進一步分析可以揭示，這些有機物是來自耐干旱的草本植物.由于此前人們已經(jīng)確定出這塊閃電熔巖的形成時間約在1.5萬年以前，因此可以認(rèn)為，目前貧瘠的沙漠地區(qū)在1.5萬年前曾布滿野草與灌木，電閃雷鳴在當(dāng)時來說是很常見的.

欣賞閃電熔巖的人越來越多了，精美的閃電熔巖還將告訴我們更多的信息.

（摘自《大科技·科學(xué)之謎》2007年11期）