论文部分内容阅读
闪电创造的奇迹
每一分钟，地球上就会出现1800～2500次闪电.闪电闪亮的那一瞬间，温度高达30000℃，是太阳表面温度的5倍多，因此任何物质只要被闪电碰到，后果可想而知.但是地面上就有爱招惹是非的物体，喜欢招引较低空的闪电，例如大树、人类竖起的天线以及高山的山顶等.只见耀眼的白光闪过，树冠被闪电拦腰截断.每个从云端窜到地面的闪电都具有109～1010焦耳的能量，接近一个小型水电站1小时的发电量，但这些能量的大部分都化为光、雷声和电磁波释放掉了，能够在地面上逞强的能量只不过是少部分.不过，就这少部分能量也足以摧毁所碰到的一切东西，并创造出罕见的奇迹.这时，我们若去闪电击中的地方挖掘，很可能就会在地表下面一点儿的位置挖出一截半透明的坚硬“树枝”.
半透明的“树枝”只是看起来像树枝，它其实并不是真正的树枝，而是有麻点的树枝状“玻璃管”，有的是灰白色，有的是茶褐色，有的则是亮黑色，真是天和地共创的艺术品.玻璃管内部中空，长度在1～5米不等，直径在2～8厘米之间，表面沾满了沙粒.玻璃管的直径虽然较粗，但是玻璃管的壁厚却只有0.5～2毫米厚，有的只有一层纸那么厚，而且玻璃管的壁厚好像与管的直径没有任何关系.它虽然摸起来比较坚硬，但比较脆，不容易钻孔.虽然玻璃管的表面斑斑点点，有点像毛玻璃，但是其内部却是镜面般的光滑，孔道弯弯曲曲，还布满了许多气泡.
在烈火中永生
这种奇怪的“树枝”已被人类当做艺术品摆设和买卖.它的科学名字叫“闪电熔岩”.当闪电冲击地面时，若地面是绝缘的沙土或岩石，而且沙土或岩石的下面又存在容易导电的潮湿地层时，电流就会在沙土或岩石中穿行，试图向深处的潮湿地层钻去.但这一过程是瞬间的，瞬间的高温熔化了周围的沙子或岩石，电流所到之处呈现树枝状，与空中的闪电形状类似，因此被闪电熔融的沙子也会呈现树枝状.但在熔化沙子的同时，沙土中的空气和零星水分也被加热了，气体膨胀推动着熔化的二氧化硅（沙石的主要成分），就像我们在熔融的玻璃中吹气一样，气体在树枝状熔融的二氧化硅中蔓延.电流窜过沙土层到达导电地层之后，被大地吸收，之后热量很快散发，温度的降低又很快使熔融的二氧化硅凝固而形成玻璃（玻璃的主要成分就是二氧化硅）.绝缘沙土层的厚度决定了闪电熔岩的长度，因为闪电熔岩一般就像树枝一样竖立着.
闪电击中沙地所形成的熔岩和击中岩石所形成的熔岩不同，前者叫做焦石英闪电熔岩或者沙土闪电熔岩，熔岩的成分是二氧化硅；后者则叫岩石熔岩，是闪电击中了光秃秃的岩石表面形成的，看起来就像在岩石表面覆盖上一薄层玻璃，或者镶嵌上短短的小管子，或者深入岩石内部形成玻璃穿孔.这种玻璃含有的二氧化硅量少，颜色与岩石的组成有关，多种多样.
被发现的岩石熔岩一般出现在山顶，当然若岩石下面有导电物质时，闪电也会光顾山脚部位.例如，地下有电缆的地方就容易招致雷电的袭击，美国某电厂的电缆就埋在一些岩石下面，曾有许多次，闪电狠狠地击中了埋有电缆的岩石.在那儿，闪电岩石的寻觅者们靠着精湛的技术，挖掘出了藏匿在岩石内部的闪电熔岩，他们还找到了一根登上吉尼斯世界纪录的最长的闪电熔岩，足有5米多长，具有两个几乎相互垂直的分叉.现在这块天地共创的艺术品正在博物馆中被当做中心装饰品摆放着.这块熔岩含有的成分不是二氧化硅，而是75%的十字石、15%的钛铁矿和10%的金红矿.
我们也来制造闪电熔岩
闪电熔岩的形成除了需要高温的闪电电击之外，地面必须是沙土或岩石，地表下面几米处还必须存在导电的地层，而且闪电电流强度需要达到千万安培，才可能形成强大的能量，在绝缘的沙土或岩石中蜿蜒穿行数米.其实除了闪电之外，我们的大自然还有一种制造玻璃的方式：陨石撞击地面，撞击所产生的瞬时高温熔化沙土，这时形成的玻璃叫做陨石玻璃，或者玻陨石.
有趣的是，人类在实验室内也可以模拟闪电熔岩的形成条件，制造出人工闪电熔岩，足以以假乱真.德国的某大学就掌握了这项技术，科学家让持续几毫秒的5万多安培的电弧穿过沙子，就制造出了闪电熔岩.他们还发现，几百安培的电流也可以形成闪电熔岩，但是必须持续的时间较长，一般需要几百毫秒，这样可以制造出直径为0.7～1.5厘米的小型闪电熔岩，而且电流越低，熔岩的枝杈就会越少.
远古的闪电熔岩
由于闪电熔岩是极高温度下形成的玻璃，很难被腐蚀，会在土壤中保存很长时间.因此，它们可以被用作研究古地球环境的指示品.
例如，在非洲撒哈拉沙漠地区曾经发现了很多闪电熔岩，但是现在，那里异常干燥，很难有闪电，也就不会形成闪电熔岩.因此可以推测，古时撒哈拉地区的气候与今天应该不同.有一块来自北非撒哈拉沙漠的闪电熔岩，人们通过激光切开其内部的气泡后，发现闪电熔岩内的气体是以二氧化碳、一氧化碳及一氧化氮为主，这些气体并非闪电熔岩形成时的大气组成，而是因闪电打击沙石时，所碰到的有机物被氧化形成的.进一步分析可以揭示，这些有机物是来自耐干旱的草本植物.由于此前人们已经确定出这块闪电熔岩的形成时间约在1.5万年以前，因此可以认为，目前贫瘠的沙漠地区在1.5万年前曾布满野草与灌木，电闪雷鸣在当时来说是很常见的.
欣赏闪电熔岩的人越来越多了，精美的闪电熔岩还将告诉我们更多的信息.
（摘自《大科技·科学之谜》2007年11期）
每一分钟，地球上就会出现1800～2500次闪电.闪电闪亮的那一瞬间，温度高达30000℃，是太阳表面温度的5倍多，因此任何物质只要被闪电碰到，后果可想而知.但是地面上就有爱招惹是非的物体，喜欢招引较低空的闪电，例如大树、人类竖起的天线以及高山的山顶等.只见耀眼的白光闪过，树冠被闪电拦腰截断.每个从云端窜到地面的闪电都具有109～1010焦耳的能量，接近一个小型水电站1小时的发电量，但这些能量的大部分都化为光、雷声和电磁波释放掉了，能够在地面上逞强的能量只不过是少部分.不过，就这少部分能量也足以摧毁所碰到的一切东西，并创造出罕见的奇迹.这时，我们若去闪电击中的地方挖掘，很可能就会在地表下面一点儿的位置挖出一截半透明的坚硬“树枝”.
半透明的“树枝”只是看起来像树枝，它其实并不是真正的树枝，而是有麻点的树枝状“玻璃管”，有的是灰白色，有的是茶褐色，有的则是亮黑色，真是天和地共创的艺术品.玻璃管内部中空，长度在1～5米不等，直径在2～8厘米之间，表面沾满了沙粒.玻璃管的直径虽然较粗，但是玻璃管的壁厚却只有0.5～2毫米厚，有的只有一层纸那么厚，而且玻璃管的壁厚好像与管的直径没有任何关系.它虽然摸起来比较坚硬，但比较脆，不容易钻孔.虽然玻璃管的表面斑斑点点，有点像毛玻璃，但是其内部却是镜面般的光滑，孔道弯弯曲曲，还布满了许多气泡.
在烈火中永生
这种奇怪的“树枝”已被人类当做艺术品摆设和买卖.它的科学名字叫“闪电熔岩”.当闪电冲击地面时，若地面是绝缘的沙土或岩石，而且沙土或岩石的下面又存在容易导电的潮湿地层时，电流就会在沙土或岩石中穿行，试图向深处的潮湿地层钻去.但这一过程是瞬间的，瞬间的高温熔化了周围的沙子或岩石，电流所到之处呈现树枝状，与空中的闪电形状类似，因此被闪电熔融的沙子也会呈现树枝状.但在熔化沙子的同时，沙土中的空气和零星水分也被加热了，气体膨胀推动着熔化的二氧化硅（沙石的主要成分），就像我们在熔融的玻璃中吹气一样，气体在树枝状熔融的二氧化硅中蔓延.电流窜过沙土层到达导电地层之后，被大地吸收，之后热量很快散发，温度的降低又很快使熔融的二氧化硅凝固而形成玻璃（玻璃的主要成分就是二氧化硅）.绝缘沙土层的厚度决定了闪电熔岩的长度，因为闪电熔岩一般就像树枝一样竖立着.
闪电击中沙地所形成的熔岩和击中岩石所形成的熔岩不同，前者叫做焦石英闪电熔岩或者沙土闪电熔岩，熔岩的成分是二氧化硅；后者则叫岩石熔岩，是闪电击中了光秃秃的岩石表面形成的，看起来就像在岩石表面覆盖上一薄层玻璃，或者镶嵌上短短的小管子，或者深入岩石内部形成玻璃穿孔.这种玻璃含有的二氧化硅量少，颜色与岩石的组成有关，多种多样.
被发现的岩石熔岩一般出现在山顶，当然若岩石下面有导电物质时，闪电也会光顾山脚部位.例如，地下有电缆的地方就容易招致雷电的袭击，美国某电厂的电缆就埋在一些岩石下面，曾有许多次，闪电狠狠地击中了埋有电缆的岩石.在那儿，闪电岩石的寻觅者们靠着精湛的技术，挖掘出了藏匿在岩石内部的闪电熔岩，他们还找到了一根登上吉尼斯世界纪录的最长的闪电熔岩，足有5米多长，具有两个几乎相互垂直的分叉.现在这块天地共创的艺术品正在博物馆中被当做中心装饰品摆放着.这块熔岩含有的成分不是二氧化硅，而是75%的十字石、15%的钛铁矿和10%的金红矿.
我们也来制造闪电熔岩
闪电熔岩的形成除了需要高温的闪电电击之外，地面必须是沙土或岩石，地表下面几米处还必须存在导电的地层，而且闪电电流强度需要达到千万安培，才可能形成强大的能量，在绝缘的沙土或岩石中蜿蜒穿行数米.其实除了闪电之外，我们的大自然还有一种制造玻璃的方式：陨石撞击地面，撞击所产生的瞬时高温熔化沙土，这时形成的玻璃叫做陨石玻璃，或者玻陨石.
有趣的是，人类在实验室内也可以模拟闪电熔岩的形成条件，制造出人工闪电熔岩，足以以假乱真.德国的某大学就掌握了这项技术，科学家让持续几毫秒的5万多安培的电弧穿过沙子，就制造出了闪电熔岩.他们还发现，几百安培的电流也可以形成闪电熔岩，但是必须持续的时间较长，一般需要几百毫秒，这样可以制造出直径为0.7～1.5厘米的小型闪电熔岩，而且电流越低，熔岩的枝杈就会越少.
远古的闪电熔岩
由于闪电熔岩是极高温度下形成的玻璃，很难被腐蚀，会在土壤中保存很长时间.因此，它们可以被用作研究古地球环境的指示品.
例如，在非洲撒哈拉沙漠地区曾经发现了很多闪电熔岩，但是现在，那里异常干燥，很难有闪电，也就不会形成闪电熔岩.因此可以推测，古时撒哈拉地区的气候与今天应该不同.有一块来自北非撒哈拉沙漠的闪电熔岩，人们通过激光切开其内部的气泡后，发现闪电熔岩内的气体是以二氧化碳、一氧化碳及一氧化氮为主，这些气体并非闪电熔岩形成时的大气组成，而是因闪电打击沙石时，所碰到的有机物被氧化形成的.进一步分析可以揭示，这些有机物是来自耐干旱的草本植物.由于此前人们已经确定出这块闪电熔岩的形成时间约在1.5万年以前，因此可以认为，目前贫瘠的沙漠地区在1.5万年前曾布满野草与灌木，电闪雷鸣在当时来说是很常见的.
欣赏闪电熔岩的人越来越多了，精美的闪电熔岩还将告诉我们更多的信息.
（摘自《大科技·科学之谜》2007年11期）