菲律宾阿尔火山_ 菲律宾塔尔火山突然爆发，其壮观的闪电是如何形成的？

1月12日，菲律宾火山焦油突然喷发。火山灰飙升到高达10-15公里的天空，甚至蔓延到72公里外的奎松市，引发地震和海啸。我们惊叹火山爆发的壮观景象和破坏力。我相信每个人都能在照片和视频中看到神奇的闪电现象，这比我们看到的大气放电要壮观得多。现在让我们来谈谈火山闪电的物理学。这是怎么发生的？

我们大气中最常见的自然现象之一是闪电每次雷击时，大约有100，000，000，000，000个电子在云和云或地球表面之间交换。

首先，大气放电是如何发生的？

宇宙中的每个原子，包括大气中的原子，都由带正电荷的原子核和大量带负电荷的电子组成虽然我们通常认为原子是中性的，电子的数量等于原子核中质子的数量，但也有特殊情况。

因为有些原子乐于电离，要么它们得到一个电子，要么它们失去一个(或两个或三个)电子。如上图所示，钠原子很乐意把最外层的电子踢出去，并把它们变成带正电荷的钠离子，而氯原子总是觉得它缺少一个电子，希望通过获得一个电子把它变成氯离子。

现在，如果我们将这些带电粒子相互分离，就会有电荷分离，从而产生电压。当两个区域之间的电压(也称为电位差)变得足够大时，即使它们之间只有空气，空气也会自发导电并迅速交换电荷，所以我们可以看到闪电！

闪电基本上发生在高空，通常是云层之间或云层与地面之间的放电现象。然而，火山爆发经常会产生闪电！下图显示了冰岛艾雅法拉火山爆发期间的闪电。

下面还有一些惊人的火山闪电照片，都是真实的照片。下图是用直升机拍摄的冰岛艾雅法拉火山爆发的照片！

的上下图表显示，当火山爆发时，闪电不亚于任何大气放电。

历史上，火山活动期间很难近距离捕捉闪电。例如，下图显示智利的柴丁火山在2008年爆发，这是9000年来的第一次爆发。

火山闪电是怎么发生的？

老实说，科学家认为火山闪电与普通雷暴闪电有着相同的原理，但有些细节并不是100%确定，这仍是目前正在研究的一个领域。但是有一个普遍的概念来解释火山爆发时为什么会发生这样的事情。

(步骤1)原子起初在大多数情况下是中性的，但由于大量自由能的存在，这些能量会将一些松散附着在原子上的电子打散，即电离一些原本想要失去电子的原子，而那些想要获得这些新释放的电子的原子可以快速捕获这些自由电子。(步骤2)

上面的两步绝对没问题:因为这是座火山！

当温度在150万左右时，必须有足够的能量将电子踢出一些最松散的原子，然后这些电子很容易被其他原子吸收，产生大量的正离子和负离子

现在，关键一步也是有争议的一步。对于正负粒子，正负电荷需要分离(步骤3)此外，必须分离足够多的粒子，才能在一定距离内产生足够的电位差，从而导致放电现象！(步骤4)如果我们能分离电荷，理论上我们就能产生火山闪电。

那么我们如何区分这些指控？

大量电离原子，包括正离子和负离子，现在处于高温和混乱的环境中。这些原子都是从地球深处喷发出来的，地球含有许多丰富的元素。

这些元素质量不同，半径也不同！当火山爆发时，温度会随着时间的推移而逐渐降低。这对所讨论的原子/离子的速度非常重要

一般来说，当原子和离子被喷射出来时，初始运动速度非常快，但是随着时间的推移和冷却，速度会变慢。

这里有两个非常重要的因素，可以很容易地区分正电荷和负电荷

首先，这些离子的质量相差很远！

一个元素的原子量越重，它的运动速度就越慢，即使在与较轻元素相同的温度下也是如此！这也意味着重离子有更大的惯性，更难改变它们的动量。所以这些缓慢移动的重离子和快速移动的轻离子以非常不同的方式移动。在任何温度下都是如此！

第二个非常重要的因素:是什么将这些正离子和负离子相互区分开来？

正离子和负离子在尺寸和截面上有很大差异。

一般来说，负离子的横截面大，而正离子的横截面小！这是为什么？因为在原子上放更多的电子，它们会互相排斥；如果原子是中性的，原子的体积会增加，原子核(其质子数小于离子中的电子数)将不能紧紧地抓住电子。另一方面，为了变成正离子，原子将电子踢出原子，原子核(离子中有更多的质子)将能够比以前更紧密地容纳电子！

这意味着负离子的横截面大于正离子的横截面，所以它们的相互作用与正离子的非常不同！

结合了上述因素:在具有温度梯度的环境中，不同质量的离子以不同的平均速度和不同的横截面移动，这将导致电荷分离！然后是壮观的火山闪电！