神秘閃電能起到“大氣清潔劑”的作用

北京時間 5月26日消息,據國外媒體報道,閃電是一種令人難以置信的景象,當閃電瞬間照亮夜空會讓人們記憶猶新,風暴雲彼此碰撞,產生的閃電強度大約是10億伏特,這足夠對60個普通家庭提供一天的能量。人們意想不到的是,除了持續短暫幾秒鐘,閃電還有助於凈化地球大氣層,對人類生活環境十分有益。

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那麼,閃電是如何實現的呢?科學家發現閃電能將雲層中的水分子分解產生自由基,這些自由基與甲烷發生反應並將其分解,從而起到凈化大氣層的作用。在全面回答這個問題之前,我們首先應該從閃電自身進行分析。

閃電是如何產生的?

當我們腳踏在地毯上摩擦,或者觸摸別人時,都會產生靜電,而閃電是暴風雲層相互碰撞或者摩擦時產生的大規模靜電。正常白色蓬鬆的雲層是不會產生閃電的,但是風暴雲充滿了擾動氣流,風暴雲下方部分存在的水分被擾動氣流攜帶着向上方運動,這裡的大氣溫度較底,導致水分凝結成冰,與此同時,空氣也將從風暴雲上半部分推至風暴雲底部。

當冰和水在風暴雲中上下移動遭遇時,電子將被剝離,產生電失衡,閃電正是大自然“管理”這種電失衡的方式。帶有負電的風暴雲盤旋在帶正電的地面上,一旦這兩種電荷試圖相互連接,就會產生閃電。

為什麼閃電能幫助我們清潔大氣層呢?其主要原因是閃電能產生自由基,閃電比太陽表面的溫度高5倍,在這種令人難以置信的高熱量和能量下,會立即分解閃電周圍的空氣分子,其中包括氮氣和氧氣,這兩種氣體在地球大氣層中濃度最高。

當靜電荷在雲層之間積聚時,閃電穿過空氣,就會形成氧化氮(-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電子的氫和氧分子,讓我們回顧一下基礎化學理論,從而理解為什麼閃電現象如此重要。電子成對地環繞在原子周圍,原子是最小的元素粒子,因此,如果一個電子拋棄了它的夥伴,我們僅剩下一個未配對的電子或者“自由電子”。

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

大多數閃電並未真實接觸地面,而是在空中呈之字形狀穿過,驅散大量的雲中水氣,因此閃電會產生大量自由基電子,尤其是在強風暴天氣,閃電作為大氣空氣凈化器的關鍵就在於這些自由基電子。

羥自由基電子可以分解溫室氣體

處於擾亂狀態的羥自由基電子總是在尋找新的夥伴,在大氣層中最接近它們的分子是什麼?溫室氣體,其中最常見的就是甲烷氣體。

大氣層發生閃電的過程也被稱為氧化過程,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300萬次雷擊,世界各地一直都有大量羥自由基產生。

此外,除了我們看到的閃電,還有來自雲層中微小、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,只有使用高端特殊設備才能被發現,它們有助於生成羥自由基。

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

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

結論

閃電凈化空氣的特徵是科學家開創性觀察成果,美國宇航局將閃電稱為“大氣清潔劑”,我們現已知道,閃電有助於將空氣中的氮固定到土壤中,使其易於被植物利用。

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

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