[科普中国]-叉状闪电

成因

暴风云通常能产生电荷，底层为负电荷，顶层为正电荷，而且还在地面上感应产生正电荷，使其如影随形地跟着云移动。正电荷和负电荷彼此相互吸引，但空气却不是良好的导体。地面上的正电荷奔向树木、山丘、高大建筑物的顶端甚至人体之上，企图和带有负电荷的云层相遇；而云层上的负电荷枝状的触角则向下伸展，越向下伸越接近地面。最后正负电荷终于克服空气的阻碍而连接上。巨大的电流沿着一条传导气道从地面直向云涌去，产生出一道明亮夺目的“闪光”──这就是闪电。

当闪电由云向地发展时，梯级先导闪击常常在无规则分布的正空间电行难之间沿岔路前进，从而形成一个碗蜒的主干并向周围发展出许多分枝的叉状闪电。

特点是以相当明显的弯曲和分叉的枝状形式出现的闪电，是线状闪电的一种。

线状闪电一般都是一种蜿蜒曲折枝义纵横的巨型电气火花，长2-3公里，也有长达10公里的，是闪电中最强烈的一种，对电力、电讯系统及人畜和建筑物等威胁最大。当雷云与大地间或雷云相互间的电场强度由于游离电荷的逐渐累积而增长到足以使空气绝缘破坏的强度（最高时可达100kV/m）时，就会产生种强烈的放电现象，在放电的瞬间具有极大的能量，电压可以积累到1,000-100,000kV以上，放电电流可高达数十万安培，而放电时间只不过千分之几秒。线状闪电大多是雷云与大地间的放电，但也有的是雷云之间的放电。这种闪电可以同时击在不同的地方，一般分为前导放电和主放电等阶段。在大多数情况下（约50-70%以上），雷云与大地间的放电过程不是单一的而是多重的，也就是说由若干个先后在同一通道上发展的单一的放电所组成。重复放电的数目一般为1-27次，单次放电的延续时间一般为0.001~0.02秒，各次放电的间隔时间为0.01~0.05秒。1

区别叉状闪电与超级闪电、黑色闪电

超级闪电与叉状闪电相比,它的威力大100余倍。研究表明,叉状闪电可以产生10亿瓦特的电力,而超级闪电产生的电力起码有1000亿瓦特,有的竟然达到100000亿瓦特。纽芬兰钟岛的老居民至今仍然对1978年遭受的一次超级闪电袭击的情景记忆犹新,难以忘怀:当时许多人家的门窗喷出蓝色的火焰,巧公里之外的房屋被震撼,发出“咯咯咯”的响声。幸好的是,这种闪电稀有少见。

黑色闪电它由分子气溶胶聚集物产生,而这些聚集物则来自于太阳、宇宙光、云电场、条状闪电以及其他物理化学因素在大气中的长期作用。它们是发热的带电物质,极易爆炸或者转变为球状闪电。观察结果表明,黑色闪电在近地层出现的情况很少。若有出现,大都落在树木、桅杆、房屋、金属附近。由于黑色闪电外形呈瘤状或泥团状,好像脏东西,因此常被人们忽视。它体积较小,雷达难以发现,但本身载有大量的能量,尤其对金属“情有独钟”,有空中暗雷”之称。飞行着的飞机万一触及黑色闪电,后果不堪设想。它距地面较近时,可能会被人误当成鸟或别的东西,如用物击打,触及时会马上发生爆炸。黑色闪电是危险性和危害性都较大的一种闪电,像避雷针、避雷球、避雷网等一般的避雷设施对它不起作用。2

利用许多年来，由于闪电对人畜和建筑物的危害，人们总是千方百计力求避免和闪电接触。其实闪电对农业生产和人类的日常生活关系可大着呢！随着科学的发展，今天，利用闪电为人类服务的问题，已经被重视和研究。也许，再过不了多少年，我们也将如同广泛使用避雷针一样，可以设法用某种特殊设备，把天空的闪电，尽可能多地导引到地面上来应用。闪电在发出闪光的瞬间，它的电能竟然比世界上最大的美国核子水力发电厂还要大上一百倍左右。如果利用这个电能来起重的话，足够把六七万千克的货物，举起一两米那么高。下雷雨能促进农作物的生长刚才已经介绍过了。除了这些外，由于闪电使天空中有臭氧产生，而这种气体具有大量吸收紫外线的功能，使人们不致因为阳光中过量的紫外线的照射而影响健康。3

探索许多人都想揭穿雷电的秘密。第一个做实验并成功的人是美国人富兰克林。1725年7月,富兰克林做了一次震惊世界的实验。他在大雷雨即将到来之前,把一只大风筝放到天空,风筝越飞越高,肉眼几乎看不见,这时大雨倾盆而下,富兰克林 握 风 筝 线 的 手 突 然 感 到 一 阵 麻木,紧接着,挂在风筝线下端的铜铃碰动起来,伴随着阵阵声响冒出点点火花。“成功了!成功了!”富兰克林扔下风筝兴奋地大叫起来。他冒着生命危险终于揭开了雷电之谜。

1753年,俄国著名电学家利赫曼为验证富兰克林的实验,不幸被雷电击死,这是做雷电实验的第一个牺牲者。血的代价,使许多人对雷电试验产生了戒心和恐惧。但富兰克林没有退缩,经多次试验,他制成了一根实用的避雷针。他把几米长的铁杆,用绝缘材料固定在屋顶,杆上紧拴着一根粗导线,一直通到地里。当雷电袭击房子的时候,它就沿着金属杆通过导线直达大地,房屋建筑完好无损。避雷针相继传到英国、德国、法国,最后普及世界各地。4

危害预防雷电具有放电时间短、冲击电流大、冲击电压高、释放热能大等特点，具有极大的破坏力。到目前为止，虽然人类还不可能控制雷电，但是经过长期的摸索与实践，人们已积累了很多有关防雷的知识和经验。

建筑物防雷

雷雨季节，雷电电磁场感应或雷电波会影响建筑物和家用电器的安全，雷电波侵入的途径主要有：电线、电话线、有线电视或无线电视的馈线等。因此，防雷措施主要从以下几方面入手：①建筑物应该按照避雷设计的规范装设防雷装置，如避雷针、引下线等；②引入住宅的电源线、电话线、电视信号线都应屏蔽接地，如室外天线的馈线靠近避雷针或引下线时，馈线应该穿金属管。

个人防雷

1 、室内防雷

强雷鸣闪电时，不要站在屋顶或楼顶上，最好呆在家里，并将房屋的门窗关好，不要冒险外出；最好将家里所有家电设备的插头拔下，不要使用带有外接天线的收音机，不看电视、不开空调、不用电脑、不打电话。需要特别注意的是，在雷雨天气不要用太阳能热水器洗澡，因为太阳能热水器一般都安装在屋顶很高的地方，容易遭雷电袭击，一旦发生雷击，大量高电压的电流会沿着金属水管和热水进入浴室，如果这个时候恰恰有人在洗澡，轻则导致热水器的烧毁，重则会出现爆炸、火灾或人员伤亡等事故。还要尽量远离金属门窗、金属幕墙；不要靠近、更不要去摸任何金属管线，包括水管、暖气管、煤气管等。

2 、室外防雷

在室外碰到雷雨天气，不要将铁钎、锄头、镐等金属农具扛在肩上，也不要用带有金属尖端的雨伞，因为金属是电流的传导体，容易引雷上身；不要在户外接打手机，因为手机发射的电磁波非常容易引雷。要尽快寻找可躲避雷击的地方，但不要开摩托、骑自行车和在雨中狂奔，因为身体的跨步越大，电压就越大，也越容易伤人。需特别提醒农民朋友，寻找躲雨场所时，千万不要去孤立的低矮建筑物内，如瓜棚、凉亭、水泵房等，因为它们都是旷野中的突出物，容易吸引闪电；而且一般高大的物体以及物体的尖端也容易遭受雷击，因此在室外不可靠近铁塔、烟囱、电线杆等高大物体，更不要在大树下躲雨。一般来说，装有避雷针、钢架或钢盘混凝土的建筑物，可以作为避雷场所；另外，具有完整金属车厢的汽车内也是躲避雷击较理想的地方，其避雷装置或金属构架会将闪电电流导入地下。如果地处山区，还可以到山岩下或者山洞中避雨。若较短时间内找不到任何合适的避雷场所时，应尽量降低重心，减少人体与地面的接触面积，这时可以尝试蹲下，将身上的金属物摘下，如带金属框的眼镜、手表、钥匙、项链等，放到几米以外，双脚并拢，手放膝上，身体向前屈，但千万不要躺在地上或土坑里。如果能披上雨衣，防雷效果就更好。在野外的人群，无论是运动的还是静止的，都应拉开几米的距离，不要挤在一起，也不要牵着手靠在一起，以防电流互相传导。在雷雨天气，千万不要到江、河、湖、塘等水面附近去活动，水边更容易遭受雷击，因为水的导电率较高，水陆交界处是土壤电阻与水的电阻交汇处，这样形成一个电阻率变化较大的界面，闪电就容易趋向这些地方。如果有人受到雷击，被烧伤或者休克，一定要在其身上不带电的情况下才能安全抢护。5

新闻报道据英国《每日邮报》10月31日报道，在10月30日下午6点左右暴风雨袭来时，美国纽约市皇后区的艺术家格里高利?斯科罗扎德拉(Gregory Skolozdra)爬上位于长岛的工作室屋顶，及时抓拍到了紫色云团后出现的一道令人难以置信、划破天际的闪电。

据悉，当天白天的天气异常暖和，但到了下午，黑压压的云突然笼罩天空，还伴随着电闪雷鸣，不久就下起了冰雹。

从斯科罗扎德拉拍摄的视频里可以看出，紫色云团后，一道闪电突现划破夜空，他的相机都被震得抖动。这道闪电让晦暗的天空都变亮了。随即，闪电又很快消失了。不一会儿就听到震耳欲聋的雷声。

在电闪雷鸣的暴风雨中，一些汽车报警器都被触发了。市民们都将砸在城里0.75英寸(约1.9公分)大的巨型冰雹发布到社交媒体上并以此开起了天启的玩笑。6