雷電的故事

王奉安

雷電是大自然中伴有閃電和雷鳴的一種雄偉壯觀而又有點令人生畏的放電現(xiàn)象。它是由帶電云層對地面建筑物及大地的自然放電引起的，會對建筑物、設備和人畜等產(chǎn)生嚴重破壞。因此，人們對雷電的形成過程及其放電條件應有所了解，以便采取適當?shù)拇胧?，不受雷電襲擊。關(guān)于雷電的知識有很多，本文介紹的僅是其中的一部分。

雷擊不是“報應”

盛夏7月一天的午后3點多鐘，烏云翻滾，接著傳來了震耳欲聾的雷聲。正在鏟地的河北省某縣趙家溝的村民趕緊收工往家跑。很快，傾盆大雨伴隨著冰雹落下來。50多歲的趙會計因為腿疼，扛著鋤頭走在最后，鄰居老李陪著他。眼看快到家了，忽然一道亮光閃在趙會計的鋤頭尖上，只聽“咔嚓”一聲，趙會計被雷電擊倒。當鄉(xiāng)親們聞訊趕來時，趙會計已身亡。

趙家溝是個封閉的山溝，封建迷信還沒有完全杜絕，對于趙會計的死，眾說紛紜。有人說：這是“雷公”“電母”在作怪，是老天爺?shù)摹皥髴保?趙會計以前肯定做過什么壞事，不然的話，為啥只有他遭雷擊而沒擊旁人呢？特別是老李就在旁邊，怎么一點沒事呢？

其實，云里所以會打雷、閃電，是因為云里帶有電。在云的不同部位聚集著兩種極性不同的電荷。由于電荷的存在，在云的內(nèi)部和云與地面之間會形成很強的電場。一旦條件成熟，在云與地面之間、云與云之間、一塊云的不同部位之間可能爆發(fā)出強大的電火花，這就是閃電。閃電的過程很快，用肉眼看，一次閃電只是短暫的一閃，可是就在這個瞬間，卻發(fā)生了很復雜的物理過程。研究人員用連續(xù)高速攝影機拍下了閃電的全部過程。原來，一次閃電是由幾次放電脈沖組成的。所謂脈沖，是指電流或電壓的短暫起伏過程。閃電中的脈沖一個接著一個，脈沖之間的間歇僅為百分之幾秒，后來的脈沖沿著第一個脈沖所經(jīng)過的通道行進。這表明，閃電實際上是一種斷斷續(xù)續(xù)的放電現(xiàn)象，每一次閃電有幾次到幾十次的放電沖擊，一次閃電的全過程僅為零點幾秒。所以我們看到的閃電總是一閃一閃的。地面與云體間放電的過程非?？?，速度高達幾萬千米每秒，我們平常所說的“迅雷不及掩耳”，就是指云地閃電造成的落地雷。閃電通道內(nèi)的電流很大，可達幾萬到十幾萬安培。

我們常聽有人立下誓言：“我要瘦成一道閃電！”這話不無道理。閃電的通道確實非常狹窄，直徑僅有幾厘米到幾十厘米。在這么狹窄的空氣柱里流過這么多的電流，空氣必然被燒得非常熱。閃電出現(xiàn)時，周圍氣溫超過2萬攝氏度，所以常見的閃電是白色的。同時，因為閃電通道狹窄，所以有時幾個人在一起行走時，只有其中某個人會遭到襲擊，其他人可能會安然無恙。例如，《北京日報》曾報道：廣西永?？h廣幅鄉(xiāng)一家三口在雷雨天睡覺時，只有妻子遭雷擊，丈夫和孩子卻完好無損……所以，雷擊是“報應”純屬無稽之談。

有閃電時，空氣受熱迅速膨脹，引起閃電通道內(nèi)產(chǎn)生與爆炸相仿的聲波震蕩。這種空氣的震蕩傳到我們耳內(nèi)就是雷聲。實際上，這種聲波是一種沖擊波，它以5千米/秒的速度向四面八方傳播。沖擊波的破壞能力極強，離閃電三四十米的玻璃窗可以被震碎。一次閃電的雷聲延續(xù)三四十秒，有時長達1分鐘。

人們總是先看到閃電，后聽到雷聲，其實閃電和雷聲是同時發(fā)生的，只不過因為光的傳播速度快，是30萬千米/秒，而雷聲的傳播速度只有340米/秒，比光速慢得多。通過閃電和雷聲的間隔時間就能計算出閃電離我們有多遠。

預防雷電的慣用辦法，是在高大建筑物上安裝避雷針。因為雷電喜歡走“捷徑”，所以，高大的建筑物最容易被擊壞。雷雨天氣里要關(guān)好門窗，不要使用電器，不要在大樹下和高大物體下避雨。在野外行走不要拿金屬物品。

神秘的“閃電熔巖”

從前面所述可知，閃電的通道是狹窄的；但是，閃電通道究竟狹窄到什么程度，目前還無法進行實地測量。不過，人們借助“閃電熔巖”可以大體判斷閃電通道的狹窄程度，有報道稱，閃電通道最窄的僅有1厘米。

1966年，在蘇格蘭阿倫島上工作的考古學家，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。從周邊沙石的材質(zhì)和年齡來判斷，這塊閃電熔巖的歷史長達2.5億年之久。它極有可能是在閃電襲擊熔巖所在沙丘的頂部時形成的——閃電的高溫和能量輻射到沙丘上，使其化合反應為玻璃，并將其塑造成一段空心的玻璃管。

閃電熔巖在我國也有發(fā)現(xiàn)。一次，北京順義潮白河沙灘附近的高壓線被雷電擊斷，電業(yè)搶修工人發(fā)現(xiàn)高壓線附近有一個隆起半米高的沙灘，扒開看時，竟是一個高約30厘米的樹根狀奇石。經(jīng)過中國地質(zhì)大學和中國科技大學等單位30多位教授近兩年的研究、鑒定和分析，確認它就是雷擊石──閃電熔巖。2010年1月19日，在河北邯鄲某地，人們發(fā)現(xiàn)了一堆似石非石、形似燒焦琉璃的東西，北京天文館專家將部分樣品帶回北京分析，判定這是閃電熔巖。經(jīng)過化驗，這個樣品的化學成分為65%左右的二氧化硅和鋁、鐵、鈉等多種氧化物。

關(guān)于閃電熔巖的成因，專家普遍認為：在雷雨天氣，云層攜帶的正離子與地面攜帶的負離子相遇，就可能形成落地雷，當落地雷擊中沙丘或砂巖，瞬間產(chǎn)生數(shù)千攝氏度的高溫，把其中的相對良導體石英等進行有序熔化、汽化；有的巖石被熔蝕后，雨水又對其進行了快速淬火冷卻，從而形成玻璃質(zhì)和新生礦物的混合體，這種混合巖石體就是閃電熔巖。形象地說，閃電熔巖是天然造就的玻璃長管，形狀多是長條狀，和閃電的路徑相近，外形像樹根；它長可達數(shù)米；顏色由形成的泥土和沙決定，有黑色、綠色、白色等；內(nèi)部光滑，可能有小氣泡，外部多數(shù)為粗糙的沙粒。

閃電熔巖之所以比隕石還少見，是因為其產(chǎn)生需要極為苛刻的條件，除落地雷外，還必須有合適成分的土壤。一般說來，土壤中的二氧化硅要在50%以上，氧化鋁要在20%左右才行。此外，還要有濕潤的環(huán)境，當砂巖被熔化后，雨水、雪水等可起到淬火和瞬間冷卻的作用，否則閃電很可能會汽化。endprint

1752年，還是一名印刷工人的富蘭克林，在一個雷雨交加的日子，冒著生命危險，做了舉世聞名的風箏實驗，證明了天上的雷電與人工摩擦產(chǎn)生的電具有完全相同的性質(zhì)。富蘭克林發(fā)明的這一方法在美國被發(fā)揚光大，在人造閃電熔巖的實驗中得到體現(xiàn)。1997年夏天，藝術(shù)家馬可庫倫姆做了數(shù)以百計的嘗試，取得豐富的實驗結(jié)果。他所制成的閃電熔巖大小不一，小到如同飲料吸管，大到著名的“閃電熔巖之母”——被吉尼斯世界紀錄載入史冊的那個尾巴開叉超過5米的最長閃電熔巖。馬可庫倫姆的閃電熔巖實驗都是與佛羅里達州立大學的國際閃電研究與實驗中心合作完成的，他們的實驗基地靠近佛羅里達州斯塔爾克的國家保護基地。在這些實驗中，他們首先發(fā)射一些小火箭，將其射入600～900米上空的暴雨云層中。他們效仿富蘭克林的做法，在這些小火箭上綁了一根極細的銅線，以便使火箭與地面相連，這樣的話才可以將被吸引來的閃電導入地面，為己所用。

面紗未揭的神秘火球

一年夏天，一架民航客機飛往北京，午后兩點多鐘，在5000米的高空中遇到雨和雪花。幾分鐘后，轟的一聲巨響，一個火球從前艙向后艙滾去，但飛機沒有顛簸，通信聯(lián)絡正常。10分鐘后，飛機在首都機場降落。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)：位于機頭的雷達天線罩上的避雷針被燒毀8毫米；機身前部下側(cè)蒙皮上有一些被燒焦的麻點斑痕；飛機的垂直尾翼上被燒了一個小圓洞；機尾有一個電刷被燒壞。雖然乘客和機組人員安然無恙，但也被嚇出一身冷汗。類似的情況，別的機組也遇到過，好在有驚無險。

對于火球進入機艙的原因，有關(guān)專家認為：飛機本身是個金屬體，它在電場中飛行，飛機的金屬表面因感應和摩擦而帶電。當帶電飛機表面遇到這種火球時，在電力作用下，有時就會把火球引進機艙，并順著座艙里的穿堂風移動。又因為飛機帶電后，表面的電荷分布是不均勻的，機翼尖、天線等尖凸部位，電荷集中得更多，這些部位附近空間的電位差就特別大，所以這些部位容易遭受火球的襲擊。而機身和人員未受損害。

根據(jù)調(diào)查，火球進入機艙的情況并不多見，在陸地上卻屢見不鮮。火球燒死、燒傷人畜、燒毀樹木、燒毀家用電器等例子每年都會在新聞中出現(xiàn)。

1986年8月19日11時許，湖南省古丈縣高望界巖托村，有35人正在一空房里躲雨，一個碗大的紅色火球進入房間旋轉(zhuǎn)，一聲巨響，將房中的木柱劈開2米多長，造成5人喪命、9人重傷、9人輕傷。1989年8月12日10時5分，球狀雷擊使山東青島的黃島油庫油罐起火，造成19人死亡、78人受傷，直接經(jīng)濟損失達3540萬元。

1965年夏天，蘇聯(lián)科學家德米特里耶夫正在鄉(xiāng)間度假。一天晚上，忽然雷雨大作，在一次強烈的枝狀閃電后，出現(xiàn)了一個深紅色火球，它慢悠悠地向站在門旁的德米特里耶夫飄來，一邊嗡嗡作響，一邊發(fā)出黃色、綠色和紫色的火花。當火球臨近德米特里耶夫時，卻開始上升，隨即向樹林飄去；茂密的樹林擋住了它的去路，隨著一個很大的火花出現(xiàn)，在傳來一陣木材劈裂的響聲之后，火球消失在潮濕的大氣中。在火球消失處留下了一股有刺鼻氣味的咖啡色煙霧，德米特里耶夫立即用燒瓶在火球消失的地方取了樣本?；灲Y(jié)果證明，具有刺鼻氣味的是臭氧，咖啡色的煙霧則是氧化氮。

這些報道中提到的火球在氣象上被稱為球狀閃電。它很輕巧，一般呈球形，偶有呈梨形的，直徑通常為1～20厘米，也有幾米長的?；鹎虻念伾蠖喟l(fā)紅，也有白色的。這種火球，在枝狀閃電打到近地面處時容易出現(xiàn)，在我國，多見于南方和山地。令人奇怪的是，球狀閃電喜歡鉆洞，有時會從煙囪、窗戶、門縫進入室內(nèi)。它出現(xiàn)后，經(jīng)常隨著氣流或?qū)Ь€移動，并會發(fā)出“噼噼啪啪”的聲音，但也有的始終一聲不響；它消失時，往往會發(fā)出一聲沉悶的巨響，并出現(xiàn)有氣味的煙霧。

球狀閃電的出現(xiàn)，早就引起人們的興趣，為探索球狀閃電的奧秘，科學家們花費了不少精力，有人甚至進行了球狀閃電的模擬實驗；但是，現(xiàn)代科學對它的形成至今還沒有令人滿意的解釋。人們現(xiàn)在普遍認為，球狀閃電是由化學過程引起的。但也有人認為，球狀閃電的形成與臭氧有關(guān)。當枝狀閃電放電時，在其通道里的臭氧儲存了大量能量。因為臭氧是一種很容易分解的不穩(wěn)定物質(zhì)，它在分解時便釋放出原來儲存的能量，使周圍溫度驟然上升，附近空氣中的氮分子變得十分活躍，與氧相互作用生成氧化氮，而這種能量的變化就引起了爆炸。

球狀閃電傷人的事情，我國每年都有。但至今防避球狀閃電的唯一辦法，只能是在雷雨天關(guān)好房屋門窗，避免出現(xiàn)穿堂風，因為避雷針對球狀閃電是不起作用的。不過，我們應該相信，隨著科學的發(fā)展，球狀閃電的面紗將會很快被揭開。

聯(lián)珠閃電和黑色閃電

聯(lián)珠閃電和黑色閃電是令人陌生的，因為它們要比球狀閃電少得多。從國外提供的照片來看，聯(lián)珠閃電形如一串發(fā)光的珍珠從云底伸向地面，又像從天上向地上發(fā)射的一串信號彈。根據(jù)資料介紹，1916年5月8日，在德國德累斯頓的一座鐘樓上空，曾發(fā)生過一次聯(lián)珠閃電，不少人看到了它，并做了記載。人們首先看到一個枝狀閃電從云底伸下來，擊中鐘樓；接著，枝狀閃電的通道變寬，顏色也由白變?yōu)辄S色。不久，閃電通道漸漸變暗，但整個通道不是在同時均勻地變暗，因此明亮的通道變成了一串珍珠般的亮點，從云底垂掛下來，美麗動人。人們估計亮珠有32顆，每顆的直徑有5米，亮珠之間的聯(lián)線隱約可見。然后，亮珠逐漸縮小，形狀變圓，亮度越來越暗，最后完全熄滅。由于聯(lián)珠閃電出現(xiàn)的機會極少，維持時間也很短，因此，人們對它的成因一無所知。

其實，比聯(lián)珠閃電更罕見的是黑色閃電。在人們心目中，不發(fā)光的閃電是根本不存在的。的確，放電現(xiàn)象，特別是空中的放電現(xiàn)象，一般都會伴隨著耀眼的光芒和隆隆的轟鳴聲。因此，閃電似乎不可能是黑色的。然而，經(jīng)過科學家的觀察和對大氣物理、化學性質(zhì)的探索，卻證實了黑色閃電的存在。長期觀察表明，在自然界里，繼球狀閃電之后，接著立即出現(xiàn)黑色閃電的現(xiàn)象是較多存在的。l974年6月23日，在扎巴洛日城，蘇聯(lián)著名天文學家B.契爾諾夫曾親眼看到一次飛快滾動的黑色閃電。事情發(fā)生在當日17時45分，一場大雷雨正襲擊該城。契爾諾夫描述說，開始時是強烈的球狀閃電，不一會兒，在它后邊飛過一團黑色閃電，黑色閃電在灰色云層的背景下顯得很清楚。這一現(xiàn)象使這位學者感到驚訝。更有趣的是，A.包格旦諾夫上校在大白天的莫斯科地區(qū)也目睹到一個平穩(wěn)地冒著氣的黑色閃電。上校說，這個黑色閃電的直徑有25～30厘米，看上去像是霧中的凝結(jié)物。它身后的背景呈淡紅色的陰影，在它的周圍呈現(xiàn)深棕色的光輪。后來，這東西像是燒紅了的大火球，飛快滾動著，不久就爆炸了。

根據(jù)資料統(tǒng)計，黑色閃電常出現(xiàn)在樹上、桅桿上、屋頂上和金屬表面上，一般呈瘤狀，看上去好像一團臟東西。如果這時有人去動它、打它，它便會立即冒煙或爆炸。如果飛機在空中飛行時遇到黑色閃電，其后果不堪設想。所以，無論是飛行人員還是地面指揮人員，對其都必須予以足夠重視，并應充分了解黑色閃電的物理、化學性質(zhì)以及處置辦法。

那么，怎樣解釋黑色閃電的自然本質(zhì)呢？

科學家研究的結(jié)論是：黑色閃電是由分子氣溶膠聚集物產(chǎn)生出來的。分子氣溶膠的大量聚集是由太陽輻射、云中電場、宇宙射線、球狀閃電等對空氣長期作用的結(jié)果。當然，也有其他物理和化學因素的影響。在這些因素的作用下，大氣中生成了無數(shù)帶有正負電的離子和氣溶膠的活躍粒子。在一定條件下，這些粒子會聚集成分子氣溶膠狀物，湊在一起的某些化學活躍分子充當催生劑，引起聚集物的燃燒或爆炸，這就是黑色閃電的生成過程。

黑色閃電是最危險的閃電，危害性極大。因為黑色不易被人發(fā)現(xiàn)，就是雷達也難以捕捉到目標，常誤認為是一只飛鳥或其他東西。當飛機接近這種閃電時，它會變成普通的球狀閃電，或立即爆炸，飛行員叫它“空中暗雷”，所以應引起高度警惕。在地面上如果黑色閃電落在飛機機體、雷達設備、儲油罐上，要特別小心，千萬不可碰它。因為這時黑色閃電很容易變成球狀閃電或發(fā)生爆炸。

【責任編輯】趙 菲endprint