当火山爆发时,闪电会射出(1815年火山爆发)

当火山爆发时，闪电会射出

近日，意大利埃特纳火山再次爆发。摄影师和火山爱好者有幸奔向火山口，观察熔岩从裂缝中喷涌而出的壮观场景。比这一幕更远的是，愤怒的火山喷出岩浆和烟雾，凶猛的闪电在空中大喊大叫。这不是世界末日，也不是天幕上演的IMAX这部电影是天空和地球的联合表演——火山闪电。

很早以前，人们就已经注意到火山喷发时常伴随的剧烈闪电活动，这一现象被称为“火山闪电”(volcanic lightning)。罗马学者普林尼在给历史学家塔西佗的一封信中提到了维苏威火山，公元79年掩埋了庞贝古城(Mount Vesuvius)爆发时的情况，“在我们身后可怕的乌云，被缠绕的闪电撕裂，展现出巨大的火焰形象”[1]。然而，由于缺乏可靠和安全的观测手段，火山闪电的研究一直很热门。直到近十年，人们才逐渐对这一自然奇观有了更深的了解。

如何创造惊天动地的闪电？

要了解火山闪电，首先要了解闪电的孕育过程。简单地说，我们需要在大气中充电颗粒，让它们带来不同的正负电荷并相互分离。当正负两极电荷持续积累并拉开，达到某一极限，就能放电击穿中间的空气。在产生雷暴的积雨云中，即雷暴云的内部，正负电荷聚集在不同的部分。当它们积累到一定程度时，它们不再忽视大气的阻碍，产生闪电。这种闪电被称为“云中闪电”(intra-cloud lightning)。

水在闪电形成过程中起着重要的作用。雷暴起源于温暖的上升气流。随着气流的升高和温度的降低，水蒸气开始凝结，释放大量热量，加速气流的升高。当温度降低到冰点以下时，云中的液体水变成冰晶，温度低于0℃过冷水滴仍不冻结，经摩擦碰撞，产生电荷。在强升气流中，带正电的小颗粒升到顶部，带负电的大颗粒降到底部。正负两极距离拉开，闪电也随之而来。

火山闪电，气象学与地质学作斗争

产生火山闪电也需要电荷的积累和释放。但是火山喷出的烟流怎么能带电呢？

从气象学的角度来看，火山喷发的巨大烟流与雷暴云非常相似，但也与火山灰等杂质混合，因此被称为“肮脏的雷暴云”(dirty thunderstorm)。闪电伴随着火山喷发，可以与雷暴云产生“云中闪电”方式类比。在火山烟流中，火山灰、岩石碎片和冰晶通过摩擦碰撞产生电荷，并在重力作用下分离。这种机制参与，这种机制被分为“湿”的机制。

然而，地质学家更喜欢从火山本身中寻找答案。他们认为，火山烟流的电荷可能来自岩石破碎、火山灰颗粒摩擦或岩浆与火山口摩擦。无论什么理论，它们的共同特点都是没有冷凝水参与，因此被称为“干”的机制。

干湿结合，让闪电更猛烈

要探索火山闪电的具体机制，必须采用更先进的观测方法。2006年，美国阿拉斯加州奥古斯丁火山喷发(Augustine Volcano)两个无线电观测站架在东边。它们能全面、高精度地记录闪电产生的电磁脉冲，还原火山闪电的真实情况。观测数据显示，火山闪电分为两个阶段：第一阶段，随着火山的喷发，可以检测到一系列强电磁脉冲和简单放电。第二阶段，常规闪电信号在喷发后3分钟左右再次出现。

根据研究人员的分析，火山闪电可能有混合起电机制。第一阶段，“干”机制起着摩擦起电、岩石爆裂等主要作用，使滚滚浓烟带电荷。第二阶段，火山烟流喷到高空，“湿”在更高的天空中在更高的天空中制造绚丽的火花。

一些研究人员将火山闪电分为三种类型：火山口放电、火山口附近和火山烟流闪电“干”与机制有关，烟流闪电来自“湿”的机制。】

火山烟流，你怎么湿？

然而，火山闪电在干燥的高纬度地区并不少见[5]，所以根据“湿”如何解释火山烟流中的水的机制？这一次，需要地质学来回答。除硅酸盐外，火山喷发的岩浆还含有水、二氧化碳、二氧化硫等挥发性成分。统计显示，火山岩浆的含水量一般为3~6%左右。不要方米密度为2.5克/立方厘米，含水量为4%的岩浆，含水量可达100公斤。在温度为30℃这种水能使4000立方米的热带大气饱和[6]。

当岩浆从地下涌出，压力降低，岩浆中的水逸出，变成水蒸气进入火山烟流。此外，火山上覆盖的冰雪和海底火山喷发中蒸发的海水也是水的重要来源。