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，閃電確實能破壞房屋，但你大可不必擔心。即便是地球上最強的閃電，它也不會摧毀現(xiàn)代建筑，更不用說像東方明珠這樣防護嚴密的巨塔了。

閃電的破壞力很大

地球上每時每刻都有閃電發(fā)生，科學家們估計每年大約有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無關(guān)，它其實是由閃電引起的。當閃電擊中高大的喬木，強大的電流會使樹干中的水變成蒸汽，這會使樹干炸裂開來。

有時候，電流產(chǎn)生的熱能會引燃樹干釀成森林火災。

閃電為什么有這么大的破壞力？

為了探索閃電的秘密，物理學家們做了大量的科學嘗試，他們利用探空火箭將導線發(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，這大致相當于144升汽油所儲存的全部能量，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！

我們都了解一個常識，這就是閃電通常發(fā)生于云層。由于空氣的強烈對流運動，云層中的過冷水滴和小冰晶碰撞摩擦，與此同時一些下降的冰晶在蒸發(fā)出水分子的同時也產(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)生一個帶正電荷的區(qū)域，云的下方則密布著負電荷。

積雨云的底部更接近地面，由于云層下方的負電荷區(qū)感應作用，地表漸漸聚集了越來越多的正電荷，同時由于正負電荷相互吸引，地表的正電荷趨向于向高處移動，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，當感覺到頭頂麻酥酥并且頭發(fā)豎起，就要十分小心，因為地面的大量正電荷匯聚到你的頭頂，閃電分分鐘會找上你。

即便發(fā)展到這個階段，一切都還是安全的，因為空氣是不良導體，事實上空氣極不容易導電，因此正負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，空氣中的電場強度越來越高，這時候無論是在云的內(nèi)部還是云層與地面之間，電荷都在積極地向?qū)Ψ揭苿?，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40萬安培。當這些大電流穿過物體時，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)的火災數(shù)不勝數(shù)，特別是那些疏于防護的木結(jié)構(gòu)房屋。當閃電擊中房頂時，強大的電流會尋找阻抗最低的地方流向地下，而電流所經(jīng)之處所產(chǎn)生的高溫足以點燃任何木材、電線膠皮，同時傷害躲藏在房屋里的人。

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

2013年圣誕節(jié)，一個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的磚木結(jié)構(gòu)教堂，當?shù)厝嗽趯ζ湫蘅樀倪^程中安裝了一個避雷針。但是鐘樓一角的避雷針并不足以保護整棟建筑，圣誕節(jié)的閃電完美地避開了它，并成功點著了它的木頭房頂。

在電閃雷鳴的時候，我們通常都本能地以為只有躲在屋子里才是最安全的，但事實并不總是如此。在強大的電流面前，房屋并不能保護我們，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，其實在富蘭克林提出這個想法的同時，捷克科學家普羅科普·迪維什也用高大的金屬桿來制造了一個天氣機器，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。我們在前節(jié)介紹過，閃電是由云層底部與地面感應電荷之間產(chǎn)生電場、地面正電荷向上運動從而與空氣中伸展的負電荷相接形成電流，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集聚更多正電荷，它也更容易被閃電擊中。

當我們用金屬導線一端與避雷針相連，另一端深埋于地下，只要導線的接地良好，那些本來可能擊中房屋的強大電流就會沿著電阻更小的導線傾瀉進入地下，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。實際上，在許多國家的建筑設(shè)計規(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常客。因為它更高更接近云層，塔尖集聚的正電荷也更多。

從來沒有人會擔心哈利法塔哪一天會不會被雷電摧毀，因為它的尖端安裝了一根避雷針，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，即便我們看到閃電擊中了塔尖，強大的電流對塔身也不會有絲毫影響。

講到這里，我們來做一個回顧：

對流云層中顆粒物運動產(chǎn)導致電荷分布不平衡，強大的電場擊穿空氣會形成閃電。

云層底部大量負電荷感應地面正電荷，正電荷會向上運動建立放電通道。因此，越是高大的物體越容易遭到雷擊。

閃電強大的能量會瞬間產(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產(chǎn)生極高溫度，從而點燃樹木和房屋，甚至威脅到人的安全。

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

東方明珠有科學完善的防雷設(shè)施，即便是最強大的閃電擊中東方明珠電視塔，它也不會傷害分毫，我們大可不必擔心。