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(diǎn)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(huì)對建筑物、設(shè)備和人畜等產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。因此，人們對雷電的形成過程及其放電條件應(yīng)有所了解，以便采取適當(dāng)?shù)拇胧?，不受雷電襲擊。關(guān)于雷電的知識(shí)有很多，本文介紹的僅是其中的一部分。

雷擊不是“報(bào)應(yīng)”

盛夏7月一天的午后3點(diǎn)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(huì)計(jì)因?yàn)橥忍?，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(huì)計(jì)的鋤頭尖上，只聽“咔嚓”一聲，趙會(huì)計(jì)被雷電擊倒。當(dāng)鄉(xiāng)親們聞?dòng)嵹s來時(shí)，趙會(huì)計(jì)已身亡。

趙家溝是個(gè)封閉的山溝，封建迷信還沒有完全杜絕，對于趙會(huì)計(jì)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?bào)應(yīng)”， 趙會(huì)計(jì)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(diǎn)沒事呢？

其實(shí)，云里所以會(huì)打雷、閃電，是因?yàn)樵评飵в须?。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(huì)形成很強(qiáng)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(qiáng)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(gè)瞬間，卻發(fā)生了很復(fù)雜的物理過程。研究人員用連續(xù)高速攝影機(jī)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(gè)接著一個(gè)，脈沖之間的間歇僅為百分之幾秒，后來的脈沖沿著第一個(gè)脈沖所經(jīng)過的通道行進(jìn)。這表明，閃電實(shí)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(diǎn)幾秒。所以我們看到的閃電總是一閃一閃的。地面與云體間放電的過程非常快，速度高達(dá)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(dá)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(shí)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(shí)，周圍氣溫超過2萬攝氏度，所以常見的閃電是白色的。同時(shí)，因?yàn)殚W電通道狹窄，所以有時(shí)幾個(gè)人在一起行走時(shí)，只有其中某個(gè)人會(huì)遭到襲擊，其他人可能會(huì)安然無恙。例如，《北京日報(bào)》曾報(bào)道：廣西永?？h廣幅鄉(xiāng)一家三口在雷雨天睡覺時(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)”純屬無稽之談。

有閃電時(shí)，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(shí)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(qiáng)，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(shí)長達(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，只不過因?yàn)楣獾膫鞑ニ俣瓤欤?0萬千米/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(shí)間就能計(jì)算出閃電離我們有多遠(yuǎn)。

預(yù)防雷電的慣用辦法，是在高大建筑物上安裝避雷針。因?yàn)槔纂娤矚g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(jìn)行實(shí)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(bào)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(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。從周邊沙石的材質(zhì)和年齡來判斷，這塊閃電熔巖的歷史長達(dá)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(shí)形成的——閃電的高溫和能量輻射到沙丘上，使其化合反應(yīng)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(gè)隆起半米高的沙灘，扒開看時(shí)，竟是一個(gè)高約30厘米的樹根狀奇石。經(jīng)過中國地質(zhì)大學(xué)和中國科技大學(xué)等單位30多位教授近兩年的研究、鑒定和分析，確認(rèn)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(yàn)，這個(gè)樣品的化學(xué)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(rèn)為：在雷雨天氣，云層攜帶的正離子與地面攜帶的負(fù)離子相遇，就可能形成落地雷，當(dāng)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(dǎo)體石英等進(jìn)行有序熔化、汽化；有的巖石被熔蝕后，雨水又對其進(jìn)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(dá)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?yàn)槠洚a(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(dāng)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(huì)汽化。endprint

1752年，還是一名印刷工人的富蘭克林，在一個(gè)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(yáng)光大，在人造閃電熔巖的實(shí)驗(yàn)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(jì)的嘗試，取得豐富的實(shí)驗(yàn)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(jì)錄載入史冊的那個(gè)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(shí)驗(yàn)都是與佛羅里達(dá)州立大學(xué)的國際閃電研究與實(shí)驗(yàn)中心合作完成的，他們的實(shí)驗(yàn)基地靠近佛羅里達(dá)州斯塔爾克的國家保護(hù)基地。在這些實(shí)驗(yàn)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(xì)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(dǎo)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(jī)飛往北京，午后兩點(diǎn)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(gè)火球從前艙向后艙滾去，但飛機(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)場降落。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)：位于機(jī)頭的雷達(dá)天線罩上的避雷針被燒毀8毫米；機(jī)身前部下側(cè)蒙皮上有一些被燒焦的麻點(diǎn)斑痕；飛機(jī)的垂直尾翼上被燒了一個(gè)小圓洞；機(jī)尾有一個(gè)電刷被燒壞。雖然乘客和機(jī)組人員安然無恙，但也被嚇出一身冷汗。類似的情況，別的機(jī)組也遇到過，好在有驚無險(xiǎn)。

對于火球進(jìn)入機(jī)艙的原因，有關(guān)專家認(rèn)為：飛機(jī)本身是個(gè)金屬體，它在電場中飛行，飛機(jī)的金屬表面因感應(yīng)和摩擦而帶電。當(dāng)帶電飛機(jī)表面遇到這種火球時(shí)，在電力作用下，有時(shí)就會(huì)把火球引進(jìn)機(jī)艙，并順著座艙里的穿堂風(fēng)移動(dòng)。又因?yàn)轱w機(jī)帶電后，表面的電荷分布是不均勻的，機(jī)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(jī)身和人員未受損害。

根據(jù)調(diào)查，火球進(jìn)入機(jī)艙的情況并不多見，在陸地上卻屢見不鮮?；鹎驘馈齻诵?、燒毀樹木、燒毀家用電器等例子每年都會(huì)在新聞中出現(xiàn)。

1986年8月19日11時(shí)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(gè)碗大的紅色火球進(jìn)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(shí)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(jì)損失達(dá)3540萬元。

1965年夏天，蘇聯(lián)科學(xué)家德米特里耶夫正在鄉(xiāng)間度假。一天晚上，忽然雷雨大作，在一次強(qiáng)烈的枝狀閃電后，出現(xiàn)了一個(gè)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(dāng)火球臨近德米特里耶夫時(shí)，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(gè)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?；?yàn)結(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(bào)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(shí)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(shí)會(huì)從煙囪、窗戶、門縫進(jìn)入室內(nèi)。它出現(xiàn)后，經(jīng)常隨著氣流或?qū)Ь€移動(dòng)，并會(huì)發(fā)出“噼噼啪啪”的聲音，但也有的始終一聲不響；它消失時(shí)，往往會(huì)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(xué)家們花費(fèi)了不少精力，有人甚至進(jìn)行了球狀閃電的模擬實(shí)驗(yàn)；但是，現(xiàn)代科學(xué)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(rèn)為，球狀閃電是由化學(xué)過程引起的。但也有人認(rèn)為，球狀閃電的形成與臭氧有關(guān)。當(dāng)枝狀閃電放電時(shí)，在其通道里的臭氧儲(chǔ)存了大量能量。因?yàn)槌粞跏且环N很容易分解的不穩(wěn)定物質(zhì)，它在分解時(shí)便釋放出原來儲(chǔ)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(fēng)，因?yàn)楸芾揍槍η驙铋W電是不起作用的。不過，我們應(yīng)該相信，隨著科學(xué)的發(fā)展，球狀閃電的面紗將會(huì)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?yàn)樗鼈円惹驙铋W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(hào)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(gè)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(gè)通道不是在同時(shí)均勻地變暗，因此明亮的通道變成了一串珍珠般的亮點(diǎn)，從云底垂掛下來，美麗動(dòng)人。人們估計(jì)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(jī)會(huì)極少，維持時(shí)間也很短，因此，人們對它的成因一無所知。

其實(shí)，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(huì)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(xué)家的觀察和對大氣物理、化學(xué)性質(zhì)的探索，卻證實(shí)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(xué)家B.契爾諾夫曾親眼看到一次飛快滾動(dòng)的黑色閃電。事情發(fā)生在當(dāng)日17時(shí)45分，一場大雷雨正襲擊該城。契爾諾夫描述說，開始時(shí)是強(qiáng)烈的球狀閃電，不一會(huì)兒，在它后邊飛過一團(tuán)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(xué)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(gè)平穩(wěn)地冒著氣的黑色閃電。上校說，這個(gè)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(dòng)著，不久就爆炸了。

根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，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(tuán)臟東西。如果這時(shí)有人去動(dòng)它、打它，它便會(huì)立即冒煙或爆炸。如果飛機(jī)在空中飛行時(shí)遇到黑色閃電，其后果不堪設(shè)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(yīng)充分了解黑色閃電的物理、化學(xué)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(xué)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(dāng)然，也有其他物理和化學(xué)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(fù)電的離子和氣溶膠的活躍粒子。在一定條件下，這些粒子會(huì)聚集成分子氣溶膠狀物，湊在一起的某些化學(xué)活躍分子充當(dāng)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(xiǎn)的閃電，危害性極大。因?yàn)楹谏灰妆蝗税l(fā)現(xiàn)，就是雷達(dá)也難以捕捉到目標(biāo)，常誤認(rèn)為是一只飛鳥或其他東西。當(dāng)飛機(jī)接近這種閃電時(shí)，它會(huì)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(yīng)引起高度警惕。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，要特別小心，千萬不可碰它。因?yàn)檫@時(shí)黑色閃電很容易變成球狀閃電或發(fā)生爆炸。

【責(zé)任編輯】趙 菲endprint