自然科普:閃電是如何產生的?
來源:新浪科技
發布時間:2021-07-29
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  據國外媒體(ti) 報道,閃電是一種令人難以置信的景象,當閃電瞬間照亮夜空會(hui) 讓人們(men) 記憶猶新,風暴雲(yun) 彼此碰撞,產(chan) 生的閃電強度大約是10億(yi) 伏特,這足夠對60個(ge) 普通家庭提供一天的能量。人們(men) 意想不到的是,除了持續短暫幾秒鍾,閃電還有助於(yu) 淨化地球大氣層,對人類生活環境十分有益。

  那麽(me) ,閃電是如何實現的呢?科學家發現閃電能將雲(yun) 層中的水分子分解產(chan) 生自由基,這些自由基與(yu) 甲烷發生反應並將其分解,從(cong) 而起到淨化大氣層的作用。在全麵回答這個(ge) 問題之前,我們(men) 首先應該從(cong) 閃電自身進行分析。

  閃電是如何產(chan) 生的? 

  當我們(men) 腳踏在地毯上摩擦,或者觸摸別人時,都會(hui) 產(chan) 生靜電,而閃電是暴風雲(yun) 層相互碰撞或者摩擦時產(chan) 生的大規模靜電。正常白色蓬鬆的雲(yun) 層是不會(hui) 產(chan) 生閃電的,但是風暴雲(yun) 充滿了擾動氣流,風暴雲(yun) 下方部分存在的水分被擾動氣流攜帶著向上方運動,這裏的大氣溫度較底,導致水分凝結成冰,與(yu) 此同時,空氣也將從(cong) 風暴雲(yun) 上半部分推至風暴雲(yun) 底部。

  當冰和水在風暴雲(yun) 中上下移動遭遇時,電子將被剝離,產(chan) 生電失衡,閃電正是大自然“管理”這種電失衡的方式。帶有負電的風暴雲(yun) 盤旋在帶正電的地麵上,一旦這兩(liang) 種電荷試圖相互連接,就會(hui) 產(chan) 生閃電。

  為(wei) 什麽(me) 閃電能幫助我們(men) 清潔大氣層呢?其主要原因是閃電能產(chan) 生自由基,閃電比太陽表麵的溫度高5倍,在這種令人難以置信的高熱量和能量下,會(hui) 立即分解閃電周圍的空氣分子,其中包括氮氣和氧氣,這兩(liang) 種氣體(ti) 在地球大氣層中濃度最高。

  當靜電荷在雲(yun) 層之間積聚時,閃電穿過空氣,就會(hui) 形成氧化氮(-NO)、羥基自由基(-OH)和過氧化氫自由基(-OH2)。羥基自由基就是缺少一個(ge) 電子的氫和氧分子,讓我們(men) 回顧一下基礎化學理論,從(cong) 而理解為(wei) 什麽(me) 閃電現象如此重要。電子成對地環繞在原子周圍,原子是最小的元素粒子,因此,如果一個(ge) 電子拋棄了它的夥(huo) 伴,我們(men) 僅(jin) 剩下一個(ge) 未配對的電子或者“自由電子”。

  帶有自由電子的分子處於(yu) 帶電狀態,未配對的電子會(hui) 積極尋找新的夥(huo) 伴,所以它一直在尋找可以與(yu) 其結合的新分子。當閃電將蓬鬆雲(yun) 層中的水分子分解時,將產(chan) 生許多帶電羥基。

  大多數閃電並未真實接觸地麵,而是在空中呈之字形狀穿過,驅散大量的雲(yun) 中水氣,因此閃電會(hui) 產(chan) 生大量自由基電子,尤其是在強風暴天氣,閃電作為(wei) 大氣空氣淨化器的關(guan) 鍵就在於(yu) 這些自由基電子。

  羥自由基電子可以分解溫室氣體(ti)  

  處於(yu) 擾亂(luan) 狀態的羥自由基電子總是在尋找新的夥(huo) 伴,在大氣層中最接近它們(men) 的分子是什麽(me) ?溫室氣體(ti) ,其中最常見的就是甲烷氣體(ti) 。

  大氣層發生閃電的過程也被稱為(wei) 氧化過程,據稱,閃電造成了全球2-16%的羥自由基被氧化,全球每天發生超過300萬(wan) 次雷擊,世界各地一直都有大量羥自由基產(chan) 生。

  此外,除了我們(men) 看到的閃電,還有來自雲(yun) 層中微小、肉眼無法觀察到的放電現象,這些放電無法使用相機拍攝記錄下來,隻有使用高端特殊設備才能被發現,它們(men) 有助於(yu) 生成羥自由基。

  然而,人類產(chan) 生的溫室氣體(ti) 似乎並未停止,人們(men) 真正擔心的是,大氣層中甲烷含量會(hui) 快速升高,以至於(yu) 沒有足夠的自由基與(yu) 它們(men) 發生反應。幸運的是,大自然有一種以讓羥自由基循環的方法。

  甲烷與(yu) 羥自由基發生反應之後,反應產(chan) 物將進一步與(yu) 空氣中的氮氧化物反應,再次形成羥自由基。

  結論 

  閃電淨化空氣的特征是科學家開創性觀察成果,美國宇航局將閃電稱為(wei) “大氣清潔劑”,我們(men) 現已知道,閃電有助於(yu) 將空氣中的氮固定到土壤中,使其易於(yu) 被植物利用。

  最重要的是,閃電還有助於(yu) 清潔空氣,誰能想到閃電還能幫助人類,一個(ge) 有趣的觀察結果是,隨著全球氣候轉暖,地球將逐漸升溫,世界各地將出現越來越多的風暴,潛在著發生更多的閃電現象。(葉傾(qing) 城)


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