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        掀起它的蓋頭來— —關(guān)于雷電不得不說的秘密

        2022-10-27 23:32:27張華明趙亞娜張哲郡
        科學(xué)之友 2022年8期
        關(guān)鍵詞:大氣

        文|張華明 趙亞娜 張哲郡

        雷電霹靂動(dòng)天地:生命起源,天地昭昭

        四時(shí)有序,萬物有時(shí),從某種意義上來講,雷電可以稱得上是“生命的起源”。常言道“輕雷隱隱初驚蟄”,也經(jīng)常聽說“千紅萬紫安排著,只待新雷第一聲”。作為一種自然的物理過程,雷電的歷史比地球上的任何生命都更加久遠(yuǎn)。

        著名的米勒實(shí)驗(yàn)曾經(jīng)模擬了早期地球的原始大氣,把原始大氣放到燒瓶里進(jìn)行火花放電(模擬雷電)實(shí)驗(yàn),結(jié)果得到了20種有機(jī)化合物,其中有11種氨基酸。而其中的4種氨基酸——谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸和天門冬氨酸是天然蛋白質(zhì)中所含有的。

        科學(xué)家當(dāng)時(shí)便推測,雷電可能在地球生命的起源過程中扮演了非常重要的角色。最近的一些研究更深入地探索了雷擊地球表面產(chǎn)生的閃電熔巖,發(fā)現(xiàn)其中含有大量的活性磷和有機(jī)磷酸鹽分子。這類物質(zhì)實(shí)際上對生命的誕生和生命的意義有著不可磨滅的功績。

        雷霆司天令:為地球“充電”,為生命護(hù)航

        萬物不相害,同生共長,惠利和諧。眾所周知,地球上空有一層電離層,在我們的頭頂上方大約60千米,它是由帶正電荷的粒子組成,對于防止太陽和宇宙空間各種有殺害生命作用的射線進(jìn)入地球起著重要作用。如果沒有這個(gè)電離層,即使地球上本來已經(jīng)有的生命,也會(huì)被來自太空的各種射線殺死,地球便不可能出現(xiàn)“萬物蕃息,五谷兆長”的現(xiàn)象,更不可能擁有現(xiàn)在的大放異彩的繁榮和斑斕絢麗的文明。

        另外,電離層像一面反射鏡對電波有反射作用,也正是由于這一點(diǎn),廣播通信信號(hào)在幾千甚至上萬千米以外仍能被清晰接收。

        然而,研究發(fā)現(xiàn),電離層實(shí)際上會(huì)源源不斷地向地球“漏電”。那么大家可能就會(huì)擔(dān)心,這電會(huì)不會(huì)遺漏殆盡呢?不難想象,如果得不到補(bǔ)充,電離層的電荷很快便會(huì)被放盡。但實(shí)際上,雷電和強(qiáng)對流雷暴云會(huì)默默地給電離層“充電”,動(dòng)態(tài)地維持著電離層和地球電路的兩相平衡。

        不驚赤日雷霆吼:制造氮肥,潤澤萬物

        雷震九霄,雨洗碧空,澤利萬物。在擊穿大氣的過程中,雷電使得放電通道達(dá)到上萬度的高溫,可以使氮?dú)?、氧氣被完全電離,從而形成我們所說的氮氧化物,進(jìn)一步形成硝酸鹽,而硝酸鹽恰恰是農(nóng)作物生長所需的養(yǎng)料。同時(shí),由于雷電產(chǎn)生的氮氧化物會(huì)進(jìn)入全球的氮循環(huán),所以會(huì)對全球氣候和環(huán)境變化起到一定的調(diào)節(jié)作用。

        科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn),在全球每一秒鐘的雷電就能讓大氣中降下大約2萬噸的氮肥,每年雷電產(chǎn)生的氮肥就有4億噸。所以,“颯颯驟風(fēng)雨,隆隆隱雷霆?!痹诶子旯喔却蟮氐耐瑫r(shí),雷電也在起著固氮施肥的作用。

        “雷驚天地龍蛇蟄,雨足郊原草木柔?!崩纂娺€能促進(jìn)萬物生長。在發(fā)生雷電時(shí),地面和天空間電場強(qiáng)度可達(dá)到每米萬伏以上。在這樣強(qiáng)大的電位差的影響下,植物的光合作用和呼吸作用得到了增強(qiáng),因此,雷雨后的1~2天內(nèi)植物生長和新陳代謝特別旺盛。

        百萬雷霆聲不斷:強(qiáng)電輻射,氣象萬千

        “一夕輕雷落萬絲,霽光浮瓦碧參差?!背恕坝杏谩币酝猓纂娺€可以稱得上是一位“藝術(shù)家”。長期以來,一般認(rèn)為雷電只能發(fā)生在地面以上十幾千米以內(nèi)的對流層當(dāng)中,而對流層以上到50千米的平流層、甚至平流層再往上的中間層大氣被認(rèn)為是沒有放電活動(dòng)的。

        實(shí)際上,發(fā)生在對流層的雷電活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射效應(yīng),電磁波會(huì)傳到并影響幾十千米甚至上百千米的高空,而在稀薄的大氣中會(huì)產(chǎn)生尺度更大、更加絢麗多彩的放電現(xiàn)象。它們有著或靈動(dòng)可愛或雄奇瑰麗的名字,比如“紅色精靈”“巨大噴流”“藍(lán)色噴流”等。

        “紅色精靈”是發(fā)生在雷暴云上空的一種大尺度瞬態(tài)放電發(fā)光現(xiàn)象,通常發(fā)生在雷暴云頂離地面30~90千米的高空,其大小形態(tài)變化很大,有圓柱狀、環(huán)狀,也有水母狀等形態(tài)。這種現(xiàn)象通常伴隨強(qiáng)烈的正地閃產(chǎn)生,顏色為紅色,主要是電子撞擊氮?dú)夥肿赢a(chǎn)生大量人眼可見的紅外、近紅外光譜。

        “藍(lán)色噴流”是由強(qiáng)烈的雷暴云頂部向平流層的放電,它以100千米/秒的速度自云層頂端向上噴出一種倒圓錐形藍(lán)色光束,持續(xù)時(shí)間200~300毫秒,從積雨云的頂端一直延伸到離地面40~50千米的電離層。其藍(lán)色來自空氣分子輻射的440~485納米波段。

        “巨大噴流”與“藍(lán)色噴流”類似,但是“巨大噴流”可由強(qiáng)烈的雷暴云頂部一直延伸到70~90千米的高度,直達(dá)地球電離層下部。其主要形態(tài)有樹型和蘿卜型。

        “淘氣精靈”是一種直徑可達(dá)500千米左右,形態(tài)為向外擴(kuò)張的圈圈餅形狀的暗淡平緩的閃光現(xiàn)象。它們的顏色一般是紅色,只能持續(xù)一毫秒,通常發(fā)生在離積雨云100千米高的電離層中,由雷暴云產(chǎn)生的電子碰撞氮?dú)夥肿蛹ぐl(fā)。

        萬物不為我所有,萬物皆為我所用。只要我們充分認(rèn)識(shí)雷,深刻把握,合理運(yùn)用,定能利在當(dāng)今,福澤后世。

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