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天空落下一道闪电,通常只在眨眼之间完成,雷光消失后,地面看似恢复原状,却可能留下某种意想不到的痕迹。土壤、砂粒与岩石在极短时间内被熔化、玻璃化,沿着闪电进入地下的路径形成中空、分枝的管状构造。这种由雷电亲手“雕刻”出来的天然产物,就是“闪电熔岩”,也常被称为“化石闪电”。
闪电熔岩并不是一种成分固定的矿物,而是闪电击中地面后,将现场原有的土壤、砂、岩石、有机碎屑等物质瞬间加热,经过烧结、熔融或玻璃化后形成的天然结构,因此每一块闪电熔岩的模样,都与当时被雷电击中的地表环境密切相关。
其中,主要由二氧化矽构成的闪电熔岩,可归入类矿物“勒沙特莱石”的范畴。它通常不是正常的石块,反而更像某种从地底长出来的奇异管道,有的是细长中空状,有的形成团块,也有的向四面八方分岔,像是将一道闪电凝固在大地里。
如何留下“玻璃化”的痕迹?
当常见的负极性云地闪电击中地面时,可能产生超过1亿伏特的电位差。巨大的电流进入富含二氧化矽的石英砂、土壤、黏土或其他沉积物后,会让其中原本耐高温的物质迅速汽化与熔化,最后形成了闪电熔岩。
最常见的管状类型通常具有中空结构,内壁相对光滑,有时还能看到细小气泡,外侧可能沾附着粗糙的沉积颗粒或小石块。这种内外截然不同的质感,是它最特别的特征之一。
闪电熔岩的结构也会随环境改变,有些呈现管状,有些像是囊泡,有些没有明显的中心通道,还有一类会产生复杂的分枝,形成类似树根或分形图案的网络。这些分枝可以一路延伸到肉眼难以辨认的微观尺度,雷电击入大地的路径,可能被短暂地“记录”下来。这种分枝结构与高压放电在绝缘材料表面留下的利希滕贝格图案相似,都呈现出放射、分岔的形态。只是闪电熔岩不是停留在表面的图案,而是可能直接深入地下,将沿途物质一并改变。
地底15公尺 也可能留下
闪电熔岩的尺寸差异十分惊人。一般标本可能只有很小的尺度,但有些直径能超过20公分,而且不只存在于地表。部分闪电熔岩可以沿着地层向地下延伸,曾在被雷电击中的地表以下15公尺处发现。另一方面,也有一些直接形成于沉积物表面。
历史记录中的大型标本让人难以想像雷电究竟能在地面留下多长的“化石”。近代发现于佛罗里达州北部的一件闪电熔岩,长度大约4.9公尺;耶鲁大学皮博迪自然历史博物馆也收藏了一件保存状况良好的标本,长度大约4公尺。
查尔斯·达尔文在《贝格尔号航行记》中,曾记录英国坎伯兰郡德里格发现的类似管状物,长度达到9.1公尺。位于密西根州利文斯顿郡威南斯湖的闪电熔岩,在约30公尺范围内呈现断续分布,其中一部分长度达到4.88公尺、直径大约30公分。
这些标本看起来像岩石,真正的形成过程却只发生在一次雷电事件的瞬间。
雷击现场的“指纹”
闪电熔岩没有统一的外观,它可能呈现白色、灰色、黑色、深棕绿色,铁等杂质可能会影响它的色泽。雷电并没有带着固定的“原料”来制造闪电熔岩,它只是将被击中的地方重新塑形。如果地面主要由砂质材料构成,形成的闪电熔岩可能会呈现典型的管状;若击中的是不同成分的土壤,可能出现分枝、囊状或不规则的结构。岩石遭到雷击时,也可能形成表面结壳、内部隧道、气孔,甚至是整块玻璃化的岩石物质。
闪电熔岩某种程度上就像一份留在地下的“雷击现场纪录”。它的形状、颜色与组成都透露着当时被雷电击中的地面究竟是什么,连含水量也可能影响最后形成的样貌。不过,这些天然结构通常相当脆弱,大型标本在野外并不容易完整取出。
五种形态
依照形成闪电熔岩的沉积物与外观,相关分类可分为五大类。
第一类是砂质闪电熔岩,最典型的特征就是管状结构,中央可能形成空洞,而且部分中心通道会因结构脆弱而坍塌。
第二类是土壤闪电熔岩,可形成于富含黏土、粉砂、砾石或黄土等不同土壤之中。它的外形变化非常多,从管状、分枝状到囊状与不规则形态都有可能出现。
第三类来自钙质沉积物。这类闪电熔岩往往具有较厚的颗粒状外壁,表面有时呈现类似釉面的外观,也可能出现多条狭窄的中心通道。
第四类是岩石闪电熔岩。雷电可以在岩石表面形成结壳,也可能在岩石内部留下隧道网络,某些岩石会因为雷击而产生气孔或完全玻璃化的区域。
第五类则是液滴状闪电熔岩,又称外生闪电熔岩,外形可能呈球状、丝状或受到空气流动影响的形状,显示出物质曾经被喷射出去的迹象。
此外,还有一种受到讨论的“植物闪电岩”,是草、地衣、苔藓或木材等生物质受到雷电作用后形成的物体。由于这些物质不一定会形成玻璃,因此是否应视为闪电熔岩的一个分类,仍存在争议。
古人曾以为它来自地下之火
闪电熔岩不是现代才被人类注意到的奇物。早在11世纪,波斯博学家阿维森纳与比鲁尼就曾提及类似的闪电熔岩管,只是当时还不了解它真正的形成原因。后来数百年间,这种奇特管状物仍不断被人记录,却曾被误认为是地下火焰留下的产物,甚至被赋予有疗效的说法。
到了近代,霍勒斯·贝内迪克特·德·索绪尔与亚历山大·冯·洪堡等博物学家,也曾对闪电熔岩产生兴趣。巴黎的哈切特先生与贝当先生曾让强烈电流通过细玻璃粉,成功制造出类似的管状物。1805年,农业学家亨岑与矿物学家、采矿工程师约翰·卡尔·威廉·沃伊特确认了雷击地面形成闪电熔岩的真正过程。1817年,矿物学家兼采矿工程师卡尔·古斯塔夫·菲德勒又在《物理学年监》发表文章,对这种现象作出较完整的记录。
曾经被视为地下火焰留下的神秘管道,终于被逐渐揭开了真面目。