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为什么闪电“超级螺栓”在海洋上更加普遍?

来源:smithsonianmag2021-01-25

smithsonianmag 2021-01-25

当海洋科学家穆斯塔法·阿斯富尔(Mustafa Asfur)在盒子里发了一场小小的风暴时,他偶然发现了一个解决方案,以解决一个长期存在的谜团:为什么闪电在海洋上比陆地上的闪电更亮。

超过90%的闪电在大洲上空袭击,但是袭击海洋的闪电会更加强烈。例如,罕见的超级螺栓比普通螺栓的亮度高出1001,000倍,并且比普通螺栓更强大,因此更可能撞到海洋。究竟为什么会这样仍在争论中。

阿斯富尔-现在在以色列的鲁宾大学学术中心-已经着手研究雷电如何影响水化学。相反,他发现至少在实验室中,类似于盐水的闪电放电要比淡水或土壤的闪电放电亮。

我们感到惊讶,以色列特拉维夫大学的大气科学家科林·普赖斯(Colin Price)说,他在实验时是Asfur的主管。每个人,包括我自己,都相信雷暴中的某些东西控制着闪光的强度;云中的东西。普赖斯说,但是这项研究表明,下面的物体对亮度有很大的影响。

阿斯富尔在盒子里的风暴是低技术含量的:只有一个火花发生器,几个电极和一个在黑暗的木柜中的水烧杯。当闪光灯释放时,随着空气的加热,它发出了微小的可闻裂纹。微型螺栓的强度比真正的闪电小一百万倍,但是却产生了一个具有与真正火花相同的灯光轮廓的击打。

当阿斯富尔和他的同事们第一次意识到咸水似乎正在发出更明亮的火花时,他们去了死海并带回了一些水。果不其然,那股超咸水激发了一颗超亮的火花。阿斯富尔(Asfur)使用淡水,土壤和来自加利利海(极咸),地中海(极咸)和死海(极咸)的样品多次进行了实验。结果清楚地表明,水越咸,螺栓越强。死海水的咸量比加利利水高约680倍,而死海的水量则高出近40倍。加利利海上的闪光比湿土上的闪光高1.5倍。

团队有一个解释。在水中,盐会分裂成帮助传导电的正离子和负离子。当雷电击中时,存在的离子越多,电荷从云中排出的效率就越高。快速放电会导致更高的峰值电流和更明亮的闪烁。

华盛顿大学地球科学教授罗伯特·霍尔兹沃思(Robert Holzworth)负责管理全球闪电定位网络。他说,这项研究是朝着证明咸海和海平面平均负责更强光照的一个好步骤。但是,他补充说:小型实验室研究与实际雷电之间存在很大差异。这里没有一整套动态过程。

去年,霍尔茨沃思(Holzworth)及其同事2010年至2018年间记录的20亿次雷击进行了调查,并绘制了8,000个强力超级螺栓,其中绝大部分撞击海洋。最强的超级螺栓超级集中在地中海,其分布逐渐超过西班牙和英国,再到冰岛和挪威。他们在日本东部,南非末端附近以及令人惊讶的是,唯一的陆地站点安第斯山脉上发现了较小的热点。

对于这种常见现象,雷电具有许多未解之谜。科学家们仍在尝试确定螺栓能量的度量(这是Holzworth的超级螺栓调查所研究的)是否显示出与总螺栓亮度的度量(这是Asfur研究的)相同的趋势。普莱斯说,含盐量不能解释整个超级炸药的分布图,但是,举例来说,含盐量可能会成为咸味地中海地区的热点地区。

该研究还暗示了一种气候变化可能导致闪电变亮的方式。随着冰融化,北大西洋等一些海域的海水变得越来越新鲜,而亚热带太平洋地区的其他海域的海水则变得越来越咸,因为在更热的空气下蒸发量逐渐增加。海洋酸化还向水中添加了氢离子。所有这些多余的离子都意味着气候变化可能会引发更强烈的闪电-超级超级螺栓。

 

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