東方明珠遭雷擊

建成于1995年的東方明珠電視塔一直是上海人心中的驕傲所在，也是浦東的標(biāo)志性建筑之一。8月10日夜，一道明亮的閃電擊中這座468米的高塔尖端，瞬間使東方明珠刷屏網(wǎng)絡(luò)。

有朋友問老粥，說閃電的能量強(qiáng)大，它能摧毀建筑物嗎？現(xiàn)在城市越長越高，我們是否安全？

嗯，閃電確實(shí)能破壞房屋，但你大可不必?fù)?dān)心。即便是地球上最強(qiáng)的閃電，它也不會(huì)摧毀現(xiàn)代建筑，更不用說像東方明珠這樣防護(hù)嚴(yán)密的巨塔了。

閃電的破壞力很大

地球上每時(shí)每刻都有閃電發(fā)生，科學(xué)家們估計(jì)每年大約有14億次閃光，平攤到每秒鐘是40~50次。加之閃電在地球表面的分布并不均勻，它更多集中于中低緯度的大陸區(qū)域，因此我們中的有些人能見到比別人更多的閃電。

有許多森林大火與人類活動(dòng)無關(guān)，它其實(shí)是由閃電引起的。當(dāng)閃電擊中高大的喬木，強(qiáng)大的電流會(huì)使樹干中的水變成蒸汽，這會(huì)使樹干炸裂開來。

有時(shí)候，電流產(chǎn)生的熱能會(huì)引燃樹干釀成森林火災(zāi)。

閃電為什么有這么大的破壞力？

為了探索閃電的秘密，物理學(xué)家們做了大量的科學(xué)嘗試，他們利用探空火箭將導(dǎo)線發(fā)射到高空建立放電通道，從而把閃電電流引到地面。測(cè)試的結(jié)果是，平均每一次閃電攜帶大約5千兆焦耳的電能，這大致相當(dāng)于144升汽油所儲(chǔ)存的全部能量，而如此巨大的能量通常只在幾微秒到0.2秒的瞬間釋放出來！

我們都了解一個(gè)常識(shí)，這就是閃電通常發(fā)生于云層。由于空氣的強(qiáng)烈對(duì)流運(yùn)動(dòng)，云層中的過冷水滴和小冰晶碰撞摩擦，與此同時(shí)一些下降的冰晶在蒸發(fā)出水分子的同時(shí)也產(chǎn)生電荷的變化，失去電子的水氣上升，得到電子的部分下降，這樣在云層的上方產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的區(qū)域，云的下方則密布著負(fù)電荷。

積雨云的底部更接近地面，由于云層下方的負(fù)電荷區(qū)感應(yīng)作用，地表漸漸聚集了越來越多的正電荷，同時(shí)由于正負(fù)電荷相互吸引，地表的正電荷趨向于向高處移動(dòng)，盡量向樹梢、屋頂和塔尖匯聚。如果你在雷雨天站在空曠的地方或者山頂，當(dāng)感覺到頭頂麻酥酥并且頭發(fā)豎起，就要十分小心，因?yàn)榈孛娴拇罅空姾蓞R聚到你的頭頂，閃電分分鐘會(huì)找上你。

即便發(fā)展到這個(gè)階段，一切都還是安全的，因?yàn)榭諝馐遣涣紝?dǎo)體，事實(shí)上空氣極不容易導(dǎo)電，因此正負(fù)電荷們還是相安無事，井水不犯河水。

隨著云層中的電荷越集越多，空氣中的電場(chǎng)強(qiáng)度越來越高，這時(shí)候無論是在云的內(nèi)部還是云層與地面之間，電荷都在積極地向?qū)Ψ揭苿?dòng)，并且通過電離附近的空氣分子來建立相互接觸的通道。一旦兩邊的通道打通，強(qiáng)大的電流便沿著這條通道傾瀉而下。

閃電的能量是如此巨大，每一次閃光都將傳輸3萬安培以上的電流，有些大的閃電所產(chǎn)生的電流能高達(dá)40萬安培。當(dāng)這些大電流穿過物體時(shí)，它產(chǎn)生的熱能也是驚人的。

建筑物能抵抗閃電嗎？

世界上由閃電引發(fā)的火災(zāi)數(shù)不勝數(shù)，特別是那些疏于防護(hù)的木結(jié)構(gòu)房屋。當(dāng)閃電擊中房頂時(shí)，強(qiáng)大的電流會(huì)尋找阻抗最低的地方流向地下，而電流所經(jīng)之處所產(chǎn)生的高溫足以點(diǎn)燃任何木材、電線膠皮，同時(shí)傷害躲藏在房屋里的人。

伴隨著閃電，我們常常會(huì)聽到一聲炸雷，這是電流加熱空氣所產(chǎn)生的沖擊波。同樣地，電流擊中房屋的時(shí)候也會(huì)因?yàn)闆_擊波而破碎磚塊、墻體，擊碎門窗和玻璃。

2013年圣誕節(jié)，一個(gè)閃電擊中了西班牙濱海小鎮(zhèn)穆夏的一座修道院，將這座300多年歷史的古老建筑付之一炬。

穆夏修道院是一座始建于公元十七世紀(jì)的磚木結(jié)構(gòu)教堂，當(dāng)?shù)厝嗽趯?duì)其修繕的過程中安裝了一個(gè)避雷針。但是鐘樓一角的避雷針并不足以保護(hù)整棟建筑，圣誕節(jié)的閃電完美地避開了它，并成功點(diǎn)著了它的木頭房頂。

在電閃雷鳴的時(shí)候，我們通常都本能地以為只有躲在屋子里才是最安全的，但事實(shí)并不總是如此。在強(qiáng)大的電流面前，房屋并不能保護(hù)我們，除非我們想辦法將電流引開。

避雷器是怎么工作的？

許多人說避雷針是美國發(fā)明家富蘭克林的偉大貢獻(xiàn)，其實(shí)在富蘭克林提出這個(gè)想法的同時(shí)，捷克科學(xué)家普羅科普·迪維什也用高大的金屬桿來制造了一個(gè)天氣機(jī)器，從而完美地引開雷暴。而在28年前，俄羅斯人就已經(jīng)將避雷針安裝在57.5米高的涅夫揚(yáng)斯克斜塔的頂端了。

避雷針并不能避雷，恰恰相反，我們叫它引雷器似乎更貼切些。我們?cè)谇肮?jié)介紹過，閃電是由云層底部與地面感應(yīng)電荷之間產(chǎn)生電場(chǎng)、地面正電荷向上運(yùn)動(dòng)從而與空氣中伸展的負(fù)電荷相接形成電流，因此閃電大多擊中地面最高的地方，比如樹梢或屋頂。避雷針樹立于建筑物的高處，它比建筑物更高，因此避雷針的尖端會(huì)集聚更多正電荷，它也更容易被閃電擊中。

當(dāng)我們用金屬導(dǎo)線一端與避雷針相連，另一端深埋于地下，只要導(dǎo)線的接地良好，那些本來可能擊中房屋的強(qiáng)大電流就會(huì)沿著電阻更小的導(dǎo)線傾瀉進(jìn)入地下，從而使建筑物完美避開雷擊。

現(xiàn)代建筑的避雷器

當(dāng)了解到閃電的危害，以及避雷針的工作原理后，我們就不難理解為什么絕大多數(shù)現(xiàn)代建筑頂端都矗立著長長短短的鐵桿子了。實(shí)際上，在許多國家的建筑設(shè)計(jì)規(guī)范里，避雷針是必不可少的一環(huán)，無論是一兩層的民居，還是上百層的高樓大廈，都無一例外地安裝了避雷設(shè)施。

東方明珠電視塔遭受雷擊的畫面難得一見，而與之相比，830米高的迪拜哈利法塔則是閃電光顧的?？?。因?yàn)樗吒咏茖?，塔尖集聚的正電荷也更多?/p>

從來沒有人會(huì)擔(dān)心哈利法塔哪一天會(huì)不會(huì)被雷電摧毀，因?yàn)樗募舛税惭b了一根避雷針，并且有可靠的線路將電流引入地下。

與哈利法塔以及其它高大建筑一樣，上海的東方明珠電視塔頂端也矗立著一根環(huán)形避雷器，這使東方明珠得到全面的保護(hù)，即便我們看到閃電擊中了塔尖，強(qiáng)大的電流對(duì)塔身也不會(huì)有絲毫影響。

講到這里，我們來做一個(gè)回顧：

對(duì)流云層中顆粒物運(yùn)動(dòng)產(chǎn)導(dǎo)致電荷分布不平衡，強(qiáng)大的電場(chǎng)擊穿空氣會(huì)形成閃電。

云層底部大量負(fù)電荷感應(yīng)地面正電荷，正電荷會(huì)向上運(yùn)動(dòng)建立放電通道。因此，越是高大的物體越容易遭到雷擊。

閃電強(qiáng)大的能量會(huì)瞬間產(chǎn)生幾萬甚至幾十萬安培電流，這些電流瞬間穿過的物體會(huì)產(chǎn)生極高溫度，從而點(diǎn)燃樹木和房屋，甚至威脅到人的安全。

科學(xué)家通過把金屬桿樹立在建筑的頂端，同時(shí)用導(dǎo)線將其與大地相連，利用電流會(huì)選擇電阻最小路徑這一原理，將電流引入地下，從而保護(hù)建筑物不被雷電襲擊。

東方明珠有科學(xué)完善的防雷設(shè)施，即便是最強(qiáng)大的閃電擊中東方明珠電視塔，它也不會(huì)傷害分毫，我們大可不必?fù)?dān)心。