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闪电能起到“大气清洁剂”的作用

时间:2021-08-25 01:57:42 浏览量:
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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。

闪电能起到“大气清洁剂”的作用闪电能起到“大气清洁剂”的作用

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。

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。

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编辑:夜樱
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