雷电的神秘面纱：那些鲜为人知却又令人称奇的自然现象

《雷电的神秘面纱：那些鲜为人知却又令人称奇的自然现象》

雷电：自然的神秘力量与科学探索

雷电，是大自然中一种伴有闪电和雷鸣的雄伟壮观却又令人心生畏惧的放电现象。它源于带电云层对地面建筑物及大地的自然放电，常常会对建筑物、设备，甚至人畜等造成严重破坏。因此，了解雷电的形成过程及其放电条件至关重要，这能帮助人们采取恰当措施，避免遭受雷电袭击。关于雷电的知识极为丰富，本文将为你揭开其中一部分神秘面纱。

雷击不是 “报应”

盛夏 7 月的一天午后 3 点多，河北省某县赵家沟上空乌云滚滚，紧接着震耳欲聋的雷声传来。正在铲地的村民们赶忙收工往家跑。很快，倾盆大雨裹挟着冰雹倾泻而下。50 多岁的赵会计因腿疼，扛着锄头落在了最后，邻居老李陪着他。眼看到家了，突然一道亮光闪在赵会计的锄头尖上，“咔嚓” 一声，赵会计被雷电击倒。等乡亲们赶来，赵会计已不幸身亡。

赵家沟是个较为封闭的山沟，封建迷信思想尚未完全消除。对于赵会计的死，村民们议论纷纷。有人说这是 “雷公”“电母” 作祟，是老天爷的 “报应”，觉得赵会计之前肯定做了坏事，不然为啥只击中他，而旁边的老李却安然无恙？

实际上，云里之所以会打雷、闪电，是因为云带有电。在云的不同部位，聚集着两种极性相反的电荷。电荷的存在使得云的内部以及云与地面之间形成强大电场。一旦条件成熟，云与地面之间、云与云之间、一块云的不同部位之间，就可能爆发出强大的电火花，这便是闪电。闪电过程极为迅速，肉眼看上去，一次闪电只是短暂的一闪，但就在这瞬间，发生着复杂的物理过程。研究人员用连续高速摄影机记录下闪电的全过程，原来一次闪电由几次放电脉冲组成。

所谓脉冲，就是电流或电压的短暂起伏。闪电中的脉冲一个接一个，脉冲之间的间歇仅百分之几秒，后续脉冲沿着第一个脉冲的通道行进。这表明，闪电其实是断断续续的放电现象，一次闪电有几次到几十次的放电冲击，全过程仅零点几秒，所以我们看到的闪电总是一闪一闪的。地面与云体间放电速度极快，高达几万千米每秒，“迅雷不及掩耳” 形容的正是云地闪电造成的落地雷。闪电通道内电流巨大，可达几万到十几万安培。

人们常说 “我要瘦成一道闪电！” 这话有一定道理。闪电通道非常狭窄，直径仅有几厘米到几十厘米。如此狭窄的空气柱里通过这么大的电流，空气会被烧得极热。闪电出现时，周围气温超 2 万摄氏度，所以常见闪电呈白色。而且，由于闪电通道狭窄，有时几个人同行，只有其中某个人会遭到袭击，其他人则可能平安无事。比如《北京日报》曾报道，广西永福县广幅乡一家三口雷雨天睡觉时，只有妻子遭雷击，丈夫和孩子却完好无损。所以，雷击是 “报应” 这种说法纯属无稽之谈。

有闪电时，空气受热迅速膨胀，引发闪电通道内类似爆炸的声波震荡，传到我们耳中就是雷声。实际上，这是一种冲击波，以 5 千米 / 秒的速度向四周传播。其破坏能力很强，离闪电三四十米的玻璃窗都可能被震碎。一次闪电的雷声能持续三四十秒，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。只是光的传播速度极快，达 30 万千米 / 秒，而雷声传播速度仅 340 米 / 秒，比光速慢得多。通过闪电和雷声的间隔时间，就能算出闪电离我们的距离。

预防雷电，常见做法是在高大建筑物上安装避雷针。因为雷电倾向于走 “捷径”，高大建筑物最易遭雷击。雷雨天气要关好门窗，不使用电器，不在大树下和高大物体下避雨。野外行走不要拿金属物品。

神秘的 “闪电熔岩”

从前面可知，闪电通道狭窄，但究竟狭窄到什么程度，目前难以实地测量。不过，“闪电熔岩” 能帮助我们大致判断。有报道称，闪电通道最窄处仅有 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。从周边沙石材质和年龄判断，这块闪电熔岩历史长达 2.5 亿年。它很可能是闪电袭击沙丘顶部时形成的，闪电的高温和能量辐射到沙丘上，使其发生化合反应变成玻璃，并塑造成一段空心玻璃管。

闪电熔岩在我国也有发现。一次，北京顺义潮白河沙滩附近高压线被雷电击断，电业抢修工人发现高压线附近有个隆起半米高的沙滩，扒开一看，竟是一个高约 30 厘米的树根状奇石。经中国地质大学和中国科技大学等单位 30 多位教授近两年研究、鉴定和分析，确认它是雷击石 —— 闪电熔岩。2010 年 1 月 19 日，河北邯郸某地，人们发现一堆似石非石、形似烧焦琉璃的东西，北京天文馆专家带回部分样品分析，判定是闪电熔岩。化验显示，该样品化学成分为 65% 左右的二氧化硅，以及铝、铁、钠等多种氧化物。

闪电熔岩比陨石还少见，因为其产生条件极为苛刻。除了落地雷，还需有合适成分的土壤。一般来说，土壤中的二氧化硅要在 50% 以上，氧化铝要在 20% 左右。此外，要有湿润环境，砂岩熔化后，雨水、雪水等可起到淬火和瞬间冷却作用，否则闪电很可能会汽化。

1752 年，身为印刷工人的富兰克林，在雷雨交加的日子，冒着生命危险做了举世闻名的风筝实验，证明天上的雷电与人工摩擦产生的电性质完全相同。富兰克林发明的方法在美国得到进一步发展，并在人造闪电熔岩实验中得以体现。1997 年夏天，艺术家马可库伦姆进行了数以百计的尝试，取得了丰富实验成果。他制成的闪电熔岩大小各异，小的如同饮料吸管，大的有著名的 “闪电熔岩之母”—— 被吉尼斯世界纪录载入史册、尾巴开叉超过 5 米的最长闪电熔岩。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验中心合作完成的，实验基地靠近佛罗里达州斯塔尔克的国家保护基地。实验中，他们先发射一些小火箭，射入 600 - 900 米上空的暴雨云层，效仿富兰克林，在小火箭上绑极细铜线，使火箭与地面相连，将吸引来的闪电导入地面加以利用。

面纱未揭的神秘火球

一年夏天，一架民航客机飞往北京，午后两点多，在 5000 米高空遭遇雨和雪花。几分钟后，“轰” 的一声巨响，一个火球从前舱向后舱滚去，不过飞机没有颠簸，通信联络正常。10 分钟后，飞机在首都机场降落。检查发现，机头雷达天线罩上的避雷针被烧毁 8 毫米，机身前部下侧蒙皮有烧焦麻点斑痕，飞机垂直尾翼被烧出一个小圆洞，机尾一个电刷被烧坏。乘客和机组人员虽安然无恙，但都被吓出一身冷汗。类似情况，其他机组也遇到过，所幸都有惊无险。

有关专家认为，飞机是金属体，在电场中飞行时，金属表面因感应和摩擦带电。带电飞机表面遇到火球时，在电力作用下，有时会将火球引进机舱，并顺着座舱里的穿堂风移动。而且飞机带电后，表面电荷分布不均匀，机翼尖、天线等尖凸部位电荷更集中，这些部位附近空间电位差特别大，所以容易遭受火球袭击，而机身和人员却未受损害。

据调查，火球进入机舱情况少见，但在陆地上却屡见不鲜。每年新闻中都有火球烧死、烧伤人畜，烧毁树木、家用电器等的报道。1986 年 8 月 19 日 11 时许，湖南省古丈县高望界岩托村，35 人在一空房躲雨，一个碗大的红色火球进入房间旋转，一声巨响后，房中的木柱被劈开 2 米多长，造成 5 人丧命、9 人重伤、9 人轻伤。1989 年 8 月 12 日 10 时 5 分，球状雷击致使山东青岛黄岛油库油罐起火，造成 19 人死亡、78 人受伤，直接经济损失达 3540 万元。

1965 年夏天，苏联科学家德米特里耶夫在乡间度假。一天晚上，雷雨大作，一次强烈枝状闪电后，出现一个深红色火球，慢悠悠地飘向站在门旁的德米特里耶夫，一边嗡嗡作响，一边发出黄色、绿色和紫色火花。火球临近时开始上升，随后飘向树林。茂密树林挡住去路，随着一个大火花出现，传来木材劈裂声后，火球消失在潮湿大气中。在火球消失处留下一股刺鼻气味的咖啡色烟雾，德米特里耶夫立即用烧瓶采集样本。化验结果表明，刺鼻气味的是臭氧，咖啡色烟雾是氧化氮。

这些报道中的火球在气象上被称为球状闪电。它很轻巧，一般呈球形，偶尔呈梨形，直径通常 1 - 20 厘米，也有达几米长的。火球颜色大多发红，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。奇怪的是，球状闪电喜欢钻洞，有时会从烟囱、窗户、门缝进入室内。它出现后，常随气流或导线移动，发出 “噼噼啪啪” 的声音，但也有始终无声的；消失时，往往发出沉闷巨响，并出现有气味的烟雾。

球状闪电的出现引发人们极大兴趣，为探索其奥秘，科学家们投入大量精力，有人甚至进行模拟实验。然而，现代科学至今仍未对其形成给出令人满意的解释。目前普遍认为，球状闪电由化学过程引起。但也有人觉得，其形成与臭氧有关。枝状闪电放电时，通道里的臭氧储存大量能量。臭氧不稳定，容易分解，分解时释放储存的能量，使周围温度骤升，附近空气中的氮分子变得活跃，与氧相互作用生成氧化氮，这种能量变化引发爆炸。

球状闪电伤人事件在我国每年都有发生。目前，防避球状闪电的唯一办法是在雷雨天关好房屋门窗，避免出现穿堂风，因为避雷针对它不起作用。不过，相信随着科学发展，球状闪电的神秘面纱很快会被揭开。

联珠闪电和黑色闪电

联珠闪电和黑色闪电较为陌生，因为它们比球状闪电更为罕见。从国外照片看，联珠闪电形如一串发光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。资料记载，1916 年 5 月 8 日，德国德累斯顿一座钟楼上空发生过一次联珠闪电，很多人目睹并做了记录。人们先看到一个枝状闪电从云底伸下击中钟楼，接着枝状闪电通道变宽，颜色由白变黄。不久，通道渐渐变暗，但并非同时均匀变暗，于是明亮通道变成一串珍珠般亮点，从云底垂挂下来，十分美丽。据估计，亮珠有 32 颗，每颗直径 5 米，亮珠之间联线隐约可见。随后亮珠逐渐缩小，形状变圆，亮度变暗，最后完全熄灭。由于联珠闪电出现机会极少，维持时间很短，所以人们对其成因一无所知。

比联珠闪电更罕见的是黑色闪电。在人们印象中，不发光的闪电似乎不存在。毕竟放电现象，尤其是空中放电，一般都伴随着耀眼光芒和隆隆轰鸣，所以闪电似乎不可能是黑色的。然而，经过科学家观察以及对大气物理、化学性质的探索，证实了黑色闪电的存在。长期观察发现，自然界中，球状闪电出现后，紧接着出现黑色闪电的情况并不少见。1974 年 6 月 23 日，在扎巴洛日城，苏联著名天文学家 B. 契尔诺夫亲眼看到一次飞快滚动的黑色闪电。

当时是 17 时 45 分，一场大雷雨袭击该城。契尔诺夫描述，先是强烈的球状闪电，不一会儿，后面飞过一团黑色闪电，在灰色云层背景下十分清晰，这一现象让他感到惊讶。更有趣的是，A. 包格旦诺夫上校在大白天的莫斯科地区，也看到一个平稳冒着气的黑色闪电。上校说，这个黑色闪电直径 25 - 30 厘米，看上去像雾中的凝结物，身后背景呈淡红色阴影，周围有深棕色光轮。后来，它像烧红的大火球，飞快滚动，不久就爆炸了。

资料统计显示，黑色闪电常出现在树上、桅杆上、屋顶上和金属表面，一般呈瘤状，看起来像一团脏东西。如果这时有人触碰、击打它，它会立即冒烟或爆炸。飞机在空中遇到黑色闪电，后果不堪设想。所以，飞行人员和地面指挥人员都必须高度重视，充分了解其物理、化学性质以及处置办法。

科学家研究认为，黑色闪电由分子气溶胶聚集物产生。分子气溶胶大量聚集是太阳辐射、云中电场、宇宙射线、球状闪电等长期作用于空气的结果，当然也受其他物理和化学因素影响。在这些因素作用下，大气中生成无数带有正负电的离子和气溶胶活跃粒子。在一定条件下，这些粒子会聚集成分子气溶胶状物，一些化学活跃分子作为催生剂，引发聚集物燃烧或爆炸，这就是黑色闪电的形成过程。