神秘闪电能起到“大气清洁剂”的作用

神秘闪电能起到“大气清洁剂”的作用
2021年05月26日 10:07 新浪科技
闪电是发生在云层之间或者云层和地面之间的自然放电闪电是发生在云层之间或者云层和地面之间的自然放电

  新浪科技讯 北京时间 5月26日消息,据国外媒体报道,闪电是一种令人难以置信的景象,当闪电瞬间照亮夜空会让人们记忆犹新,风暴云彼此碰撞,产生的闪电强度大约是10亿伏特,这足够对60个普通家庭提供一天的能量。人们意想不到的是,除了持续短暂几秒钟,闪电还有助于净化地球大气层,对人类生活环境十分有益。

  那么,闪电是如何实现的呢?科学家发现闪电能将云层中的水分子分解产生自由基,这些自由基与甲烷发生反应并将其分解,从而起到净化大气层的作用。在全面回答这个问题之前,我们首先应该从闪电自身进行分析。

  闪电是如何产生的?

  当我们脚踏在地毯上摩擦,或者触摸别人时,都会产生静电,而闪电是暴风云层相互碰撞或者摩擦时产生的大规模静电。正常白色蓬松的云层是不会产生闪电的,但是风暴云充满了扰动气流,风暴云下方部分存在的水分被扰动气流携带着向上方运动,这里的大气温度较底,导致水分凝结成冰,与此同时,空气也将从风暴云上半部分推至风暴云底部。

  当冰和水在风暴云中上下移动遭遇时,电子将被剥离,产生电失衡,闪电正是大自然“管理”这种电失衡的方式。带有负电的风暴云盘旋在带正电的地面上,一旦这两种电荷试图相互连接,就会产生闪电。

  为什么闪电能帮助我们清洁大气层呢?其主要原因是闪电能产生自由基,闪电比太阳表面的温度高5倍,在这种令人难以置信的高热量和能量下,会立即分解闪电周围的空气分子,其中包括氮气和氧气,这两种气体在地球大气层中浓度最高。

  当静电荷在云层之间积聚时,闪电穿过空气,就会形成氧化氮(-NO)、羟基自由基(-OH)和过氧化氢自由基(-OH2)。羟基自由基就是缺少一个电子的氢和氧分子,让我们回顾一下基础化学理论,从而理解为什么闪电现象如此重要。电子成对地环绕在原子周围,原子是最小的元素粒子,因此,如果一个电子抛弃了它的伙伴,我们仅剩下一个未配对的电子或者“自由电子”。

  带有自由电子的分子处于带电状态,未配对的电子会积极寻找新的伙伴,所以它一直在寻找可以与其结合的新分子。当闪电将蓬松云层中的水分子分解时,将产生许多带电羟基。

  大多数闪电并未真实接触地面,而是在空中呈之字形状穿过,驱散大量的云中水气,因此闪电会产生大量自由基电子,尤其是在强风暴天气,闪电作为大气空气净化器的关键就在于这些自由基电子。

闪电能将云层中的水分子分解成羟自由基闪电能将云层中的水分子分解成羟自由基

  羟自由基电子可以分解温室气体

  处于扰乱状态的羟自由基电子总是在寻找新的伙伴,在大气层中最接近它们的分子是什么?温室气体,其中最常见的就是甲烷气体。

  大气层发生闪电的过程也被称为氧化过程,据称,闪电造成了全球2-16%的羟自由基被氧化,全球每天发生超过300万次雷击,世界各地一直都有大量羟自由基产生。

  此外,除了我们看到的闪电,还有来自云层中微小、肉眼无法观察到的放电现象,这些放电无法使用相机拍摄记录下来,只有使用高端特殊设备才能被发现,它们有助于生成羟自由基。

  然而,人类产生的温室气体似乎并未停止,人们真正担心的是,大气层中甲烷含量会快速升高,以至于没有足够的自由基与它们发生反应。幸运的是,大自然有一种以让羟自由基循环的方法。

  甲烷与羟自由基发生反应之后,反应产物将进一步与空气中的氮氧化物反应,再次形成羟自由基。

  结论

  闪电净化空气的特征是科学家开创性观察成果,美国宇航局将闪电称为“大气清洁剂”,我们现已知道,闪电有助于将空气中的氮固定到土壤中,使其易于被植物利用。

  最重要的是,闪电还有助于清洁空气,谁能想到闪电还能帮助人类,一个有趣的观察结果是,随着全球气候转暖,地球将逐渐升温,世界各地将出现越来越多的风暴,潜在着发生更多的闪电现象。(叶倾城)

大气雷电闪电
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