米勒实验
作为一种自然的物理过程,雷电的历史实际比地球上的生命更加久远。著名的米勒实验曾经模拟了早期地球的原始大气,把原始大气放到图中右上角的玻璃瓶里进行电击,取得了一些氨基酸和其他有机物小分子。科学家在当时推测,雷电可能在地球生命的起源过程中扮演了非常重要的角色。
最近的研究探索了雷击地球表面产生的闪电熔岩,发现其中含有大量的活性磷和有机磷酸盐分子。这类物质实际上对生命诞生非常重要,打个比方的话,我们可以把雷电比作为女娲造人提供了最为宝贵的泥团。
再把视角拉回到日常生活当中。我们知道,大气电离层在我们的头顶上方大概60公里,正是它对电波的反射,使得广播通讯的信号能够在很远的距离以外被接收到。
但是研究发现,电离层实际上会源源不断地向地球“漏电”。那么大家可能就会担心,这电会不会漏光?如果这样,我们的广播通讯事业岂不会面临着瘫痪的危险?但实际上,雷电和强对流雷暴云会默默地给电离层“充电”,动态地维持着电离层和地球电路的平衡。
此外,在击穿大气的过程中,雷电使得放电通道达到上万度的高温,可以使氮气、氧气被完全电离,从而形成我们所说的氮氧化物,进一步形成硝酸盐,而硝酸盐恰恰是农作物生长所需的养料。同时,由于雷电产生的氮氧化物会进入全球的氮循环,所以会对全球气候和环境变化起到一定的调节作用。
所以,在雷雨灌溉大地的同时,雷电也在起着固氮施肥的作用。可能大家会好奇,是不是能用雷电来发展绿色农业呢?就我个人而言,对这一点持比较保守的态度。
此外,雷电还可以帮助我们监测和预报强对流天气,比如短时的强降雨。这是为什么呢?因为雷电本身孕育在强对流天气系统的云系当中,蕴含了非常丰富的雨、雪、冰以及这种流场中风的信息。通过准确地探测雷电,并将相关信息整合到强对流天气系统的数值模拟预报中,就有可能改进它的预报效果。
除了有用以外,雷电还可以说是一名“艺术家”。长期以来,一般认为雷电只能发生在地面以上十几公里以内的对流层当中,而对流层以上到50公里的平流层、甚至平流层再往上的中间层大气,被认为是没有放电活动的。