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气象科普

“我要瘦成一道闪电!”靠谱吗?

2017-08-21 10:15 辽宁省气象学会 次阅读 条评论

我们常听有人说:某某人的“心胸像闪电一样狭窄”很多减肥的朋友都曾立下誓言:“我要瘦成一道闪电!”这话靠谱吗?雷电是大自然中伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。雷电是由带电的云层对地面建筑物及大地的自然放电引起的,它会对建筑物、设备和人畜等产生严重破坏。因此,对雷电的形成过程及其放电条件应有所了解,从而采取适当的措施,不受雷电袭击。关于雷电的知识有很多,本文介绍的仅是其中的一部分。

雷击不是“报应”

盛夏7月一天的午后3点多钟,乌云翻滚,接着传来了震耳欲聋的雷声。正在铲地的河北省某县赵家沟的村民们赶紧收工往家跑。不一会儿,倾盆大雨伴随着冰雹落下来。50多岁的赵会计因为有腿疼病,扛着锄头走在最后,由邻居老李陪着他。眼看快到家了,忽然一道亮光闪在赵会计的锄头尖上,只听咔嚓一声,雷电把他击倒。当乡亲们闻讯赶来时,他已经永远地离开了人间……

赵家沟是个比较落后的山沟,封建迷信还没有完全杜绝,对于赵会计的死,众说纷纭。有人说:这是“雷公”“电母”在作怪,是老天爷的“报应”, 赵会计以前肯定做过什么坏事,不然的话,为啥光他遭雷击而没击旁人呢?特别是老李就在他旁边,怎么一点没事呢?

其实,云里所以会打雷、闪电,是因为云里带有电。在云的不同部位聚集着两种极性不同的电荷。由于电荷的存在,在云的内部和云与地面之间形成很强的电场。一旦条件成熟,就会在云与地面之间、云与云之间、一块云的不同部位之间爆发出强大的电火花,这就是闪电。闪电的过程很快,用肉眼看,一次闪电只是短暂的一闪,可是就在这一瞬间,却发生了很复杂的物理过程。研究人员用连续高速的摄影机摄下了闪电的全部过程。原来,一次闪电是由几次放电脉冲所组成的。所谓脉冲,是指电流或电压的短暂起伏过程。脉冲一个接着一个,脉冲之间的间歇仅为百分之几秒,后来的脉冲沿着第一个脉冲所经过的通道进行。闪电实际上是一种断断续续的放电现象,每一次闪电有几次到几十次的放电冲击,一次闪电的全过程仅为零点几秒。所以我们看到的闪电总是一闪一闪的。地面与云体间放电的过程非常快,速度高达几万千米每秒,我们平常所说的“迅雷不及掩耳”,就是指云地闪电造成的落地雷。闪电通道内的电流很大,可达几万到十几万安培。

因此,“我要瘦成一道闪电!”这话不无道理。闪电的通道确实非常狭窄,直径仅有几到几十厘米。在这么狭窄的空气柱里流过这么多的电流,空气必然被烧得白热。闪电时,周围的空气温度高达2万多摄氏度,所以常见闪电的发光颜色是白光。同时因为闪电通道狭窄,所以有时几个人在一起行走时,只有其中某一个人会遭雷击,其他人可能会安然无恙。例如,《湖南日报》曾报道:湖南省祁阳县大忠镇有两兄弟在雷雨天各自与自己的妻子睡在自己房间的床上,两兄弟遭雷击身亡,两妯娌却安然无恙。《北京日报》曾报道:广西永福县广幅乡一家三口在雷雨天睡觉时,只有妻子遭雷击,丈夫和孩子却完好无损……所以,雷击是“报应”纯属无稽之谈。

有闪电时,空气受热迅速膨胀,引起闪电通道内产生与爆炸相仿的声波震荡。这种空气的震荡传到我们耳内就是雷声。实际上这种声波是一种冲击波,它以5千米/秒的速度向四面八方传播。冲击波的破坏能力极强,离闪电5米的玻璃窗可以被震碎。一次闪电的雷声延续为3040秒,有时长达1分钟。

人们总是先看到闪电,后听到雷声,其实闪电和雷声是同时发生的,只不过是光的传播速度快,是30万千米/秒,而雷声的传播速度只有340米/秒,比光速慢得多。通过闪电和雷声的间隔时间就能计算出闪电离我们有多远。这很简单,只要用340米/秒乘以间隔秒数就可以了。

预防雷电的惯用办法,是在高大建筑物安上避雷针。因为雷电喜欢走捷径,所以,高大的建筑物最容易被击坏。雷雨天气里要关好门窗,不要使用电器,不要在大树下和高大物体下避雨。在野外行走不要拿金属物品,像前面说的刘会计,如果不扛锄头,就不至于遭雷击。

 

 

神秘的“闪电熔岩”

从前面所述雷击人的特点可知,闪电的通道是狭窄的。但是,闪电究竟狭窄到什么程度,目前还无法进行实地测量。不过,人们借助“闪电熔岩”可以判断闪电通道的狭窄程度,有报道称,闪电通道最窄的仅有1厘米!

1966年,在苏格兰阿伦岛上工作的考古学家,在靠近科里村庄的地方发现了一件令人惊奇的物品───一块闪电熔岩。从周边沙石的材质和年龄来判断,这块闪电熔岩的历史已长达2.5亿万年之久。这块闪电熔岩极有可能是在闪电袭击这块沙丘的顶部时形成的,它的高温和能量辐射到这个沙丘,使其化合反应为玻璃,并将其塑造成一段空心的玻璃管子。

闪电熔岩在我国也有发现。一次,在北京顺义县潮白河沙滩附近的高压线被雷电击断的地方,电业抢修工人发现有一个隆起半米高的沙滩,扒开看时,竟是一个高约30厘米的树根状的奇石。经过中国地质大学和中国科技大学等单位30多位教授近两年的研究、鉴定、分析确认,它就是雷击石──闪电熔岩。2010119日,在河北邯郸某地,人们发现了一堆似石非石、形似烧焦琉璃的东西,北京天文馆专家将部分样品带回北京分析,判定这是闪电熔岩。经过化验,这个样品的化学成分为65%左右的二氧化硅和铝、铁、钠等多种氧化物。

关于闪电熔岩的成因,专家普遍认为:雷雨天气的时候,云层携带的正离子与地面携带的负离子相遇,就可能形成落地雷,当落地雷击中沙丘或砂岩,瞬间产生了数千度的高温,把其中的相对良导体石英等进行有序的熔化、气化,有的被熔蚀,雨水又对其进行了快速淬火冷却,从而形成玻璃质和新生矿物的混合体,这种混合岩石体就是闪电熔岩。形象地说,闪电熔岩是天然造成的玻璃长管,形状多是长条状,和闪电的路径相近,外形像树根。闪电熔岩长可达数米。颜色由形成的泥土和沙决定,有黑色、绿色、白色等。内部光滑,可能有小气泡,外部多数为粗糙的沙粒。

闪电熔岩之所以比陨石还少见,是因为其产生需要极为苛刻的条件,除落地雷外,还须有合适成分的土壤。一般说来,土壤中的二氧化硅要在50%以上,氧化铝要在20%左右才行,此外还要有湿润的环境,当砂岩被熔化后,雨水、雪水等可起到淬火和瞬间冷却的作用,否则闪电很可能会气化。

1752年,还是一名印刷工人的富兰克林,在一个雷雨交加的日子,冒着生命危险,做了举世闻名的风筝实验,证明了天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质。富兰克林发明的这一方法在美国被发扬光大,在人造闪电熔岩的试验中得到体现。1997年夏天,艺术家马可库伦姆做了数以百计的尝试,取得丰富的实验结果。他所制成的闪电熔岩大小不一,小到如同饮料吸管,大到著名的“闪电熔岩之母”,被吉尼斯世界记录载入史册的那个尾巴开叉的超过17英尺的最长的闪电熔岩。马可库伦姆的闪电熔岩实验都是与佛罗里达州立大学的国际闪电研究与实试中心合作完成的,他们的实验基地是靠近佛罗里达州斯塔尔克的国家保护基地。在这些实验中,他们首先发射一些小的火箭,将其射入海拔20003000英尺上空的暴雨云层中。他们效仿富兰克林的做法,在这些小火箭上绑上一根极细的铜线,以便使火箭与地面相连,这样的话才可以将被吸引来的闪电导入地面,为其所用。

面纱未揭的球状闪电

有一年夏天,一架民航客机飞往北京,午后两点多钟,在5000米的高空中遇到雨和雪花。几分钟后,突然轰的一声巨响,一个火球从前舱向后舱滚去,但飞机没有颠簸,通信联络正常。10分钟后,飞机在首都机场降落。经过检查发现:位于机头的雷达天线罩上的避雷针被烧毁8毫米;机身前部下侧蒙皮上有一些被烧焦的麻点斑痕;飞机的垂直尾翼上烧了一个小圆洞;机尾有一个电刷被烧坏。这次火球的出现,乘客和机组人员虽然安然无恙,但也吓出一身冷汗。类似的情况,别的机组也遇到过。一次从成都飞往西安的客机上也出现了火球,好在有惊无险。

对于火球进入机舱的原因,有关专家认为:飞机本身是个金属体,它在电场中飞行,飞机的金属表面因感应和摩擦而带电。当带电飞机表面遇到这种火球时,在电力作用下,有时就会把火球引进机舱,并顺着座舱里的穿堂风移动。又因为飞机带电后,表面的电荷分布是不均匀的,机翼尖、天线等尖凸部位电荷集中得很多,这些部位附近空间的电位差就特别大,所以这些部位就容易遭受火球的袭击。而机身和人员却没受损害。

根据调查,火球进入机舱的情况并不太多见,在陆地上却是屡见不鲜。火球烧死烧伤人畜、烧毁树木、烧毁家用电器等例子每年都会成为报纸、广播中的新闻。

有这样一个发生在沈阳市辽中县农村,小学生被火球击死击昏的例子: l9667月初的一天中午,由于升中学临近,这个班有20多名同学没回家,按老师和父母的意思是让他们利用一切时间多看点书。可外面五彩缤纷的世界,加之北方中午特有的闷热天气,无法使这些十二三岁的孩子留在教室,大家还是跑到外面,有的玩球,有的乘凉,有的相互追逐嘻戏。突然,天空阴云密布、狂风大作,乌黑的蘑菇云翻着跟头沿着屋顶直压过来。一时间雷鸣电闪、大雨如注。同学们本能地挤进教室,乌云笼罩着白昼的光明,闪电将蘑菇云分为两瓣,雷鸣代替了同学们的大声喧哗,雨点落到地上溅起了高高的水柱。“快看火球!”,不知是谁喊了起来。随着喊声,大家不约而同地挤向门口、窗口,观看这一奇妙的现象。突然,轰的一声巨响,教室里的大部分人都被火球击昏。其中有7人经医院用一周时间的抢救才脱离危险,有2人永远地离开了大家。

出事后的第二天,一些中老年妇女,纷纷来到这间教室,将已被火球击坏的门窗木块小心地掰下来,悄悄地带走。等同学们再上学时,许多人的书包里都放着一个木块,据说这种木块叫“雷击木”,老人们说,随身携带它可“免遭雷击”。这当然是迷信之谈。

报刊上火球伤人的事例很多:198681911时许,湖南省古丈县高望界岩托村,有35人正在一空房里躲雨,一个碗大的红色火球进入房间旋转,一声巨响,将房中的木柱劈开2米多长,造成5人丧命、9人重伤、9人轻伤。1989812105分,球状雷击使黄岛油库油罐起火,造成19人死亡、78人受伤,直接经济损失3540万元。

1965年夏天,苏联科学家德米特里耶夫正在乡间度假。一天晚上,忽然雷雨大作,在一次强烈的枝状闪电后,出现了一个深红色火球,它慢悠悠地向站在门旁的德米特里耶夫飘来,一边嗡嗡作响,一边发出黄色、绿色和紫色的火花。当火球临近德米特里耶夫时,却开始上升,随即向树林飘去;茂密的树林挡住了它的去路,随着一个很大的火花出现,在传来一阵木材劈裂的响声之后,火球就消失在潮湿的大气中了。在火球消失处留下了一股有刺鼻气味、咖啡色的烟雾,德米特里耶夫立即用烧瓶在火球消失的地方取了气样。化验结果证明,具有刺鼻气味的是臭氧,而咖啡色的烟雾则是氧化氮。

火球在气象上称为球状闪电。它很轻巧,一般呈球形,偶有呈梨形的,直径通常为120厘米,也有几米长的。火球的颜色大多发红,也有白色的。这种火球,在枝状闪电打到近地面处时容易出现,在我国,多见于南方和山地。令人奇怪的是,这种火球喜欢钻洞,有时会从烟囱、窗户、门缝进入室内。它出现后,经常随着气流或导线移动,移动时发出噼噼啪啪的声音,但也有的始终一声不响;它消失时,往往会发出一声沉闷的巨响,并出现有气味的烟雾。

 

 

球状闪电的出现,早就引起人们的兴趣,为探索球状闪电的奥秘,科学家们花费了不少精力,有人甚至进行了球状闪电的模拟试验。但是,现代科学对它的形成至今还没有令人满意的解释。人们现在普遍认为,球状闪电是由化学过程引起的。但也有人认为,球状闪电的形成与臭氧有关。当枝状闪电放电时,在其通道里的臭氧储存了大量能量。因为臭氧是一种很容易分解的不稳定物质,它在分解时便释放出原来储存的能量,使温度骤然上升,使它周围空气中的氮分子变得十分活跃,与氧相互作用生成氧化氮,而这种能量的变化就引起了爆炸。

球状闪电伤人的事情我国每年都有。但至今防避球状闪电的唯一办法,还只能是在雷雨天关好房屋门窗,避免出现穿堂风,因为避雷针对球状闪电是不起作用的。不过,我们应该相信,随着科学的发展,球状闪电的面纱将会很快被揭开。

联珠闪电和黑色闪电

联珠闪电和黑色闪电是令人陌生的,因为它要比球状闪电少得多。从国外提供的照片来看,联珠闪电形如一串发光的珍珠从云底伸向地面,又像从天上向地上发射的一串信号弹。根据资料介绍,191658日,在德国德累斯顿的一所钟楼上空,曾发生过一次联珠闪电,不少人看到了它.并做了记载。人们首先看到一个枝状闪电从云底伸下来,击中钟楼;接着,人们看见枝状闪电的通道变宽,颜色也由白变为黄色。不久,闪电通道渐渐变暗,但整个通道不是在同时均匀地变暗,因此明亮的通道变成了一串珍珠般的亮点,从云底垂挂下来,美丽动人。人们估计亮珠有32颗,每颗的直径有5米,亮珠之间的联线隐约可见。然后,亮珠逐渐缩小,形状变圆,亮度越来越暗,最后完全熄灭。由于联珠闪电出现的机会极少,维持时间也很短,因此,人们对它的成因还一无所知。

其实,比联珠闪电更罕见的是黑色闪电。在人们心目中,不发光的闪电是根本不存在的。的确,放电现象,特别是空中的放电现象,一般都会伴随着耀眼光芒和隆隆的轰鸣声。因此,闪电似乎不可能是黑色的。然而,经过科学家们观察和对大气物理化学性质的探索,却证实了黑色闪电的存在。长期观察表明,在自然界里,在球状闪电之后,接着立即出现黑色闪电的现象是较多存在的。l974623日,在扎巴洛日城,苏联著名天文学家B•契尔诺夫曾亲眼看到一次飞快滚动的黑色闪电。事情发生在当日1745分,一场大雷雨正袭击该城。契尔诺夫描述说,开始时是强烈的球状闪电,不一会儿,在它后边飞过一团黑色闪电,黑色闪电在灰色云层的背景下看得很清楚。这一现象使这位学者感到惊讶。更有趣的是,A•包格旦诺夫上校在大白天的莫斯科地区也目睹到一个平稳地冒着气的黑色闪电。上校说,这个黑色闪电的直径有2530厘米,看上去像是雾中的凝结物。它的身后背景呈淡红色的阴影,在它的周围呈现深棕色的光轮。后来,这东西像是烧红了似的大火球,飞快滚动着,不久就爆炸了。

根据资料统计,黑色闪电常出现在树上、桅杆上、屋顶上和金属表面上,一般呈瘤状,看上去好像一团脏东西。如果这时有人去动它、打它,它便会立即冒烟或爆炸。如果飞机在空中飞行时遇到黑色闪电,其后果是不堪设想的。所以,无论是飞行人员还是地面指挥人员,对这个新出现的东西都必须予以足够的重视,并应充分了解黑色闪电的物理化学性质以及处置它的办法。那么怎样解释黑色闪电的自然本质呢?科学家研究的结论是:黑色闪电是由分子气溶胶聚集物产生出来的。分子气溶胶的大量聚集是由太阳辐射、云中电场、宇宙射线、球状闪电等对空气长期作用的结果。当然,也有其他物理和化学因素的影响。在这些因素的作用下,大气中生成了无数带有正负电的离子和气溶胶的活跃粒子。在一定条件下,这些粒子会聚集成分子气溶胶状物,凑合在一起的某些化学活跃分子充当催生剂,引起聚集物的燃烧或爆炸,这就是黑色闪电的生成过程。

黑色闪电是最危险的闪电,危害性极大。因为黑色不易被人发现,就是雷达也难以捕捉到目标,常误认为是一只飞鸟或其他东西。当飞机接近这种闪电时,这种闪电会变成一般的球状闪电,或立即爆炸,飞行员叫它“空中暗雷”,所以应引起高度警惕。在地面上如果黑色闪电落在飞机机体、雷达设备、储油罐上,要特别小心,千万不可碰它。因为这时黑色闪电很容易变成球状闪电或发生爆炸。(作者:王奉安 发表在中国大百科全书《百科知识》杂志2017年第9期)


 

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