火山喷发为什么会有闪电？

意大利的埃特纳火山最近再次爆发。摄影师和火山爱好者很幸运地冲到火山口，观看壮观的熔岩从裂缝中涌出。比这一幕更遥远的是火山喷发的熔岩和浓烟，以及空中凶猛的闪电。这不是世界末日，也不是天空中的IMAX电影，而是天空和大地的联合表演——火山闪电。

很久以前，人们已经注意到猛烈的闪电活动经常伴随着火山爆发。这种现象被称为“火山闪电”。在给历史学家塔西佗的一封信中，罗马学者小普林尼提到了公元79年埋葬了庞贝的维苏威火山的爆发，“在我们身后是被缠绕和滚动的闪电撕裂的可怕的乌云，揭示了一个巨大的火焰图像”。然而，由于缺乏可靠和安全的观测方法，火山闪电的研究一直进展缓慢。直到近十年前，人们才逐渐对这一自然奇观有了更深入的了解。

如何制造出惊天动地的闪电？

要了解火山闪电，我们首先需要了解闪电准备的过程。简而言之，我们需要给大气中的粒子充电，这样它们就有不同的正电荷和负电荷，并且相互分离。当正电荷和负电荷继续累积并分开，达到一定的极限时，放电会破坏中间的空气。在产生雷暴的积雨云中，也就是说，在雷暴内部，云在不同的地方聚集正电荷和负电荷。当它们积累到一定程度时，它们将不再忽视大气的阻碍而滋生一连串的闪电。这种闪电被称为“云中闪电”。

水在闪电的形成中起着重要的作用。雷暴起源于温暖的上升气流。随着空气流量的上升和温度的下降，水蒸气将开始凝结，释放出大量的热量并加速空气流量的上升。当温度降到冰点以下时，云中的液态水就变成冰晶和过冷水滴，当温度低于0℃时，它们不会冻结，而是通过摩擦和碰撞产生电荷。在强大的上升气流中，带正电的小粒子上升到顶部，带负电的大粒子下降到底部。当正负两极分开时，闪电就会随之而来。

火山闪电、气象学、斗争地质学

产生火山闪电还需要积累和释放电荷。然而，火山冒出的烟雾如何被充电呢？

从气象角度来看，火山喷出的巨大烟雾流非常类似于雷暴，但它也混合了火山灰和其他杂质，因此被称为“肮脏的雷暴”。伴随火山爆发的闪电可以类比为雷暴产生“云中闪电”的方式。在火山羽流中，火山灰、岩石碎片和冰晶通过摩擦和碰撞产生电荷，并在重力作用下分离。由于水的参与，这种机制分为“湿”机制。

然而，地质学家更喜欢从火山本身寻找答案。他们认为火山羽流的电荷可能来自岩石的破裂、火山灰颗粒的摩擦或者岩浆和火山口之间的摩擦。无论哪种理论，它们的共同特点是没有冷凝水参与，所以它们被称为“干”机制。

干湿结合，让闪电来得更猛烈

为了探索火山闪电的具体机制，必须采用更先进的观测方法。2006年，研究人员在阿拉斯加爆发的奥古斯丁火山以东建立了两个电台。它们可以高精度地记录四面八方闪电产生的电磁脉冲，并恢复火山闪电的真实情况。观测数据表明，火山闪电可分为两个阶段:第一阶段，伴随火山爆发，可探测到一系列强电磁脉冲和简单放电。在第二阶段，大约在火山爆发后3分钟，常规的闪电信号开始再次出现。

研究人员分析说，火山闪电可能有混合的带电机制。在第一阶段，“干”机制发挥了主要作用，摩擦起电，岩爆等机制，使滚滚浓烟被充电。在第二阶段，火山羽流被吹向天空，而“湿”机制出现在舞台上，继续在更高的天空中产生明亮的火花。

[一些研究人员将火山闪电分为三种类型:火山口放电、火山口附近闪电和火山羽状闪电。前两种类型集中在陨石坑附近，与“干”机制有关，而羽状闪电来自“湿”机制。】

火山烟，你为什么湿了

然而，火山闪电在干燥的高纬度[并不罕见，所以根据“湿”机制，如何解释火山羽流中的水？这一次，需要地质学来解决这个问题。火山爆发的岩浆，除了硅酸盐，还包括水、二氧化碳、二氧化硫和其他挥发性成分。统计表明，火山岩浆的含水量一般在3~6%左右。不要低估含水率。一立方米密度为2.5g/cm3、含水率为4%的岩浆可以达到100千克的含水率。在30℃的温度下，这种水可以饱和4000立方米的热带大气。

当岩浆从地面上升时，压力降低，岩浆中的水逸出，变成水蒸气进入火山羽流。此外，火山覆盖的冰雪和海底火山爆发蒸发的海水也是重要的水源。