極端氣候中話閃電

文/攝影 王嘉益
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近年來極端氣候已成為全世界最受關注的議題,全球各地天候大反常,該熱的國家下起了大雪,該冷的地區卻高溫熱浪席捲,這個省區鬧乾旱,隔壁省區卻暴雨連連洪澇遍野。就連雷電也來插一腳湊熱鬧。

2010年7月15日台灣高雄出現了連續數小時的雷電交加,閃電雷聲不斷宛如戰場一般;8月24日台北則出現了持續一小時約2秒鐘即一次閃電的駭人景像,電視新聞中閃電擊中台北站前新光大樓樓頂的畫面,不禁讓人感到毛骨聳然。弄得連新聞報紙、電視談論性節目也要各自揣測一番:是不是上天在給人類警告什麼?是否將有大災難降臨?搞得讀者、觀眾們個個是人心惶惶。

閃電,在大氣科學中是指大氣中的強放電現象,一般最常發生於雷雲之中,所謂的雷雲即一般所稱的積雨雲,它是閃電的最大製造者。在空氣極不穩定的時候,容易發生強烈的向上對流運動,而形成高聳的積雨雲,當雲中上下奔竄的水汽互相碰撞磨擦時,就會產生靜電,這時雲的上端會產生正電荷,雲的下端會產生負電荷,地面則是正電荷。

平常正、負電荷之間會有空氣作為絕緣體,但是當正、負電荷間的電壓差若大到可以衝破絕緣體的空氣時,便會使空氣在瞬間膨脹爆炸並且發光發熱,這時膨脹爆炸發出的巨大聲響就是打雷,而發光便是所謂的閃電。閃電也會發生於晴朗的藍天,因此有晴天霹靂一詞的誕生,除此之外,閃電也會出現在暴風雪、沙暴和位於噴發中火山之上的雲中。

  今天人類已可使用人造衛星來觀察統計出閃電的頻率,往年可知的閃電發生紀錄是平均一秒鐘44 ± 5次,全年發生閃電的次數約為10.4億次。但今年以來由於極端氣候的影響,閃電的頻率竟較往年多出了數十億次,也難怪每次打雷時總是砲聲隆隆綿綿不絶了。


枝狀閃電──常見的閃電多是分岔的枝條狀


至於閃電的類型按其在空氣中發生的部位,大概可分為雲中、雲間或雲地之間三大種類的放電,如雲內出現兩個足夠強的相反電位,帶正電的區域就會向帶負電的區域放電,結果就產生了雲中閃電(in-cloud lightning)或雲間閃電(cloud-to-cloud lightning)。雲中放電(in-cloud lightning)佔閃電的絕大多數,雲間放電(cloud-to-cloud lightning)則是一種很少發生的閃電,雲間放電是在二個或更多完全分離的積雨雲中放電。


雷雲即一般所稱的積雨雲,它是閃電的最大製造者。


而三大種類放電中最値得研究的閃電類型則首推雲地之間放電(cloud-to-ground lightning),主要是因為它們對人們的生命財產有極大的威脅性。根計研究在一次正常的閃電前,閃電係由雲層底部和中下部的放電開始,電子會從上往下移動,這一放電由上向下呈階梯狀進行,每級階梯的長度約為50米。每下一級時,就會把雲裡的負電荷往下移動一級,這個過程稱為階梯先導。當階梯先導很接近地面時,就像接通了一根導線,強大的電流以極快的速度由地面沿著階梯先導流至雲層,這個過程則稱為回擊。


雲間閃電(cloud-to-cloud lightnung)


如果雲層帶有足夠的電量,又會開始第二次的階梯先導。一個階梯先導加上一個回擊稱為「一擊」,三到四個「一擊」則組合成一個閃光,而一個閃電便是由多個閃光所組成的。

第一個有關閃電的研究是在18世紀中葉由班傑明‧富蘭克林所完成的,大家想必都聽說過他在雷雨中放風箏的故事,經由他冒著生命危險而得出的實驗成果,證實了閃電是帶電的。富蘭克林還在後來的實驗中發現,若將一跟長鐵桿與地面接觸,鐵桿在雷擊之後會靜靜地將雷電導引至地底下去,同時只會出現一些不會造成太大傷害的火花,於是便有了避雷針的發明。

在現代還有模擬閃電打到汽車時的實驗,研究人員使用幾百萬伏特的電壓擊到一輛車上,同時在車內放置了假人,假人身上則裝有探測電流的儀器。經實驗證明擊到車上的電流無論如何都不會流經人體,所以,打雷時待在車子裡面是很安全的。同時,由實驗得知因為高聳的物體所帶的感應電荷比地面多,所以對閃電的吸引能力大,能很容易的將閃電拉過來,因此在大雷雨時,我們千萬不可躲在高聳的物體如旗杆,大樹,煙囪,電線桿下面,以免遭到雷擊。

目前在物理學上有一個最具爭議的問題,那便是球形閃電是否真的存在?人們總是把它看成是傳說中的東西,而沒有科學上的確切證據。據說球形閃電出現時大多是無聲無息的,但它們消失時卻會有爆炸聲,球形閃電還會像一個光球,安靜的懸浮在空氣中,或者在房間裡到處跳動,不僅會出現在曠野,甚至會竄進飛機的座艙,最可怕的是它們不論什麼類型的房間都能進入並置人於死地,傳聞還發生過科學家在作雷電試驗時被球形閃電擊斃的慘事。

世間真有球形閃電的存在嗎?還是只是人們的一種幻想?在古老的人類社會中,閃電給人的印象是既神秘又危險的,並且具有強大的力量令人心生畏懼。古希臘人認為閃電是天神宙斯對人們的懲罰;在古中國則認為有一位雷公專司打雷,他的職責就是用雷電懲罰為非作歹的人,雖然一些科學家或無神論者往往將之視為宗教迷信,並且認為只要躲在裝有避雷針的大樓裡或坐在車內就能躲避雷擊。

但宇宙萬物之深奧,有很多現象是粗淺的人類科學所無法探知的,看不見的不一定就不存在,中國有些充滿了智慧的諺語如「寧可信其有,不可信其無。」「善有善報,惡有惡報,不是不報,時機未到。」「平日不做虧心事,半夜敲門心不驚。」說不定多多地行善積德真的能給人多一層保障而避災遠禍哦!
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