地滚雷如何形成
晏成和
谈了雨、雪形成之后,也要讨论下雨时候的雷电。
下雨前或下雨时,常常伴随着剧烈的雷电,闪电、打雷是人们经常见到和听到的最震撼人心的自然现象,当然会引起人们的探究与思考。雷电来去无踪,至今,还没有人知道雷电是从哪里来的?
闪电打雷是人们经常见到震撼人心的自然现象,自然会引起人们的探究与思考,雷电是哪里来的,雷电是怎样产生的?
1752年富兰克林在雷雨天用风筝探索天上的雷电,得知雷电与实验室电荷放电具有完全相同的效应,世界各国的研究者开始了探索雷电形成的历程。
自然雷电的发生经常是与冷空气、与暴雨相伴,也就是与水蒸气遇冷凝结成雨的过程密切相关,那么就应该以此为线索,探究水蒸气相变成雨与雷电发生的内在联系,揭示自然的真相。
但是由于电子云理论先入为主,阻碍了人们对核外电子规律运动的探讨,相变成了未解之谜,对雷电的探讨也避开了相变这一关键的线索,绕开了客观实在,因而探索也难有实质的进展,至今尚不知道雷电形成的真实原因。
200年前,人们只知道摩擦能产生高压电,所以以往的理论认为雷电的形成是云层中的水蒸气相互摩擦所致,这种观点是漏洞很多。因为:气体分子之间存在着巨大的斥力,分子与分子完全挨不着,表面根本不会接触,也不会发生摩擦、更不可能生电。我在十年前予以批驳。
最近我查了百度,发现了“与时俱进”,把云层中的水蒸气相互摩擦改成了温差起电效应、破碎起电效应。其实质还是摩擦,只不过把水蒸气改成了冰晶。这样就回避了我的疑问:就算气体分子有摩擦,空气中的氮气、氧气比水蒸气多数百倍,为何只是水蒸气摩擦生电。
其二,冬天北风呼啸,冬天云层中冰晶更多,那么,冬天产生的摩擦最厉害,为什么冬天较少打雷,而春夏雷雨频发。
其三,摩擦前后云层的电荷总量平衡,就算生成电荷,也不会形成对大地的放电。有时,山区发生雪崩,几吨、数百吨的雪滚落,超大量的冰晶剧烈地摩擦,然而雷电从未因此而发生,由此看来,摩擦产生雷电之说是站不住脚的。
雷电是天空的云层与地面之间或云层之间释放电荷,要解释雷电,我们先要探寻天上的电荷是哪里来的?
大家都知道,我们的大地能容纳大量的电荷、是个大电容,在大地电容的内部也存在着同性电荷的相斥。于是大地内的电荷(电子)常常被斥挤到地表。斥挤到地表的电荷由地面的植物、动物传带到大气之中,形成大气中游离的电荷,于是森林、原野总是充斥着大量的负电荷(负离子)。悬浮的电子是闪电的接力体,所以在树下、原野的人容易遭到雷击。
空气中的游离电子易于受到水蒸气核心吸引,成了水蒸气核外电子的附加组成部分。这是因为在大气中,相对于氮气、氧气,水蒸气的分子较大;相对于二氧化碳,水蒸气的核外电子数少,又是围绕着三核心(两个氢和一个氧),因而水蒸气3核心、4电子进行着空间立体运转,外电子层不饱满,每个水蒸气分子都可以加入额外的电子。于是,大气中游离的电子总是被水蒸气吸纳、蕴含,水蒸气成了大气中负电荷的载体,也可以认为水蒸气是大气中的微型电容(平时,我们的电容器往往要密封,就是要防止电荷被水蒸气带走)。
空气的湿度越大,所含的水蒸气的比例就越大,能容纳的电荷越多,所以潮湿天不易形成静电。干燥天,大气中的水蒸气少,多出的电荷没有了去处,容易在环境中游荡、在物体上聚集,容易形成高电压,易于发生静电放电现象。
了解水蒸气是大气中负电荷的载体,雷电的形成也就有了脉络。随着热空气的上升,水蒸气升上了天空,把蕴含的附加电荷也随身带到了高空。水蒸气在高空遇到低温,水蒸气的价和电子速率降低,由空间立体运转进入到扭曲运转,水蒸气凝结,分子相互吸引、相聚,形成由气体到液体的相变。同时,水蒸气中空间立体运转时的加入成分——多出的电子没有了藏身之地,水蒸气聚合成云,多出的电子被排挤出来,形成了游离在云层中的电荷,多出的电荷时时试图挤回到H2O中抢位子,形成了非常规电磁波——云层里的电压。
云层是大量水蒸气相变成小水滴的集合,因而附近也就聚集了大量的电荷,能形成很高的电压。云层之间、云层与大地之间电位差巨大,冲开一条路,高电压电荷在大气中穿行使周边物质的电子发生振动,形成壮观的闪电现象;同时还引起空气剧烈地震动,形成了隆隆的雷声。
综合上述不难看出,雷电是水蒸气相变成雨时的附产物,地表电荷由水蒸气轻柔地带上了天空,水蒸气相变时排挤出电荷,聚成雷电,猛烈地击回大地,如此周行不殆,实现了电荷在天地间的循环。
闪电和雷声告诉我们,空气中已经有大量的水蒸气凝结成了水汽,预示着有可能要下雨了。(干打雷的现象也时有发生,因为下雨与温度、湿度、气压、气流等诸多因素有关。)
冬天气温低,价和电子速率较低,空气中的水蒸气大部分都凝结成水或冰,所以冷空气较为干燥,所含的水蒸气少,所携带的电荷少,所以冬天较少打雷。
还有一个原因是,空气中的电荷在受到地球引力、地表同性电荷的斥力的同时,还受到太阳的引力,电荷带常常聚集在地球植物茂盛,靠近太阳的部位,由于地轴线与黄道的夹角,3-9月在北半球、9-3月南半球聚集的电荷较多,所以春、夏时节是雷电多发季节。
要证实以上雷电形成之说,可做一个简单的实验:把一个电容器置于密闭的容器中,在较热的环境中向容器内通入少量的水蒸气和负电荷,测量电容器的电容量;然后把密闭容器置于较冷的环境中,让水蒸气凝结,再来测量,你会发现干燥环境电容器的电容量会明显增加(潮湿环境中,电荷蕴含到水蒸气中了)。如果制作一个大型的类似装置,还可以模拟人造雷电。
地滚雷 在雷电家族中,还有神秘恐怖的地滚雷。
在水蒸气中,主要是氢元素的价电子少,形成了较大的核外空间,使游离的电子有空可钻。除了水蒸气外,氢气的价和电子数少,也能吸纳大气中游离的电子;自然界的甲烷(5核心、8电子)、乙(丙、丁)烷气体分子也符合体积较大、价和电子数少的特征,也能吸纳大气中游离的电子。(图一)
天空的高寒气流,使大气中少量的丙烷、丁烷气体骤冷发生凝结,吸纳在其间大量的多出电子没有了藏身之地,挤在正在凝结的气体周围,使丙烷、丁烷气体形成了一个电子包围的具有很高电压的气、液体团。部分烷气凝结,使其比重加大,从天空落下,在房顶、地面滚动,高电压使环绕的电子振动发光,形成了在阴暗的雷雨天闪着亮光的火球,这就是神秘恐怖的地滚雷。
图一 (图中:C是碳,H是氢)
因为地滚雷外围绕着大量高速运转的电子,而电子的运转伴生着电磁波,在强电磁场的包裹中,地滚雷在地面不会立即接地消失,而是在屋顶或地面继续滚动。遇到较高温度,液态烷蒸发成烷气,外围的电荷又返回到分子周围,带着多余电荷的烷气升空,地滚雷又消失得无影无踪。
由于大气中水蒸气富含着多出的电子,使每个水蒸气分子的电荷不是平衡的,经常是带有负电荷,在地球磁场的作用下,水蒸气分子伴随大气按右手定则方向(自西向东)运动,于是就形成了地球上的环流风。
这样,我们就以核外电子规律运转——速率及线路随温度规律变化的基本观点,简洁、系统地阐释了水蒸气如何相聚成雨,及伴随着下雨前的雷电的形成,乃至地滚雷的形成。而在电子云理论的笼罩之下,这些常见的自然现象是无法解释的,是自然之谜。
了解了雷电形成真实原理,可制成消雷装置,使我们的大厦和大型设施平安无忧,可减少或消除由雷电造成的冤魂,还可取“天火”制成新的能源。
2007.3.6.
2011.7.25.修改
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