从“我要瘦成一道闪电”说起

作者:王奉安 来源:气象知识 时间:2019-08-19分享:

  我们常听有人说,某某人“心胸像闪电一样狭窄”;还有很多减肥的朋友都曾立下誓言,“我要瘦成一道闪电!”那么,这话科学吗?这要从雷电的有关知识说起。我们知道,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,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、设备和人畜等造成严重破坏。因此,我们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。

为何两人并肩行走只有一人遭雷击

盛夏一天的午后3点多钟,乌云翻滚,接着传来了震耳欲聋的雷声,倾盆大雨伴随着冰雹落下来。两位村民匆匆忙忙收工往家跑,其中一位扛着锄头,忽然伴随一道闪电和轰鸣的雷声,扛锄头的村民瞬间倒地,而另一位则安然无恙……封建迷信残存的小村中开始对这一事件议论纷纷。有人说:这是“雷公”“电母”在作怪,是老天爷的“报应”,不然的话,为啥两人一起走只有一个人遭雷击呢?

其实,云里之所以会打雷、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/秒,我们平常所说的“迅雷不及掩耳”,就是指云地间闪电造成的落地雷。闪电通道内的电流很大,可达几万到十几万安培。

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℃,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。这样的例子并不罕见,各大报纸也曾有过类似事件的报道,所以,雷击并不是什么遭“报应”,而是闪电通道狭窄造成的。

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。这种空气的振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30~40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,像前面说的村民,如果不扛锄头,也就不至于遭雷击。

闪电通道最窄的仅有1厘米

从前面所述雷电击人的特点可知,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!因此,“我要瘦成一道闪电”这话还是有道理的。

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2.5亿年之久,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,在北京顺义区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的研究、鉴定、分析确认,它就是雷击石—闪电熔岩。2010年1月19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地熔化、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,与闪电的路径相近,外形像树根。闪电熔岩长可达数米。颜色由形成的泥土和沙粒决定,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。

1752年,美国科学家通过实验,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。这一结论在人造闪电熔岩的试验中得到体现。1997年夏天,美国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”—被吉尼斯世界纪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2000~3000英尺(1英尺=0.3048米)上空的暴雨云层中。他们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,这样才可以将被吸引来的闪电导入地面,为其所用。

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