意大利埃特納火山近日再度發生噴發，攝影師和火山愛好者們有幸又能奔向火山口附近，觀察熔岩從裂縫中噴涌而出的壯觀場景。比這一幕更遙遠的是，盛怒的火山噴射出岩漿和濃煙，猙獰的閃電在空中叫囂。這不是世界末日，也不是天幕中上演的IMAX電影，而是天空和大地的一次聯袂演出——火山閃電。
很早以前，人們就已經注意到火山噴發時常伴隨的劇烈閃電活動，這一現象被稱爲“火山閃電”(volcanic lightning)。羅馬學者小普林尼在給歷史學家塔西佗的一封信中，就提到了公元79年掩埋龐貝古城的維蘇威火山(Mount Vesuvius)爆發時的情形，“在我們身後是令人恐懼的烏雲，被糾纏翻滾的閃電撕裂，顯露出巨大的火焰形象”[1]。不過，由於缺乏可靠安全的觀測手段，火山閃電的研究一直不慍不火。直到近十年，人們才逐漸對這種自然奇觀有更深入的瞭解。
如何製造一場驚天動地的閃電?
要了解火山閃電，首先需要清楚閃電的孕育過程。簡單的說，我們需要將大氣中的顆粒起電，讓它們帶上正負不同的電荷並彼此分離。當正負兩極電荷持續積累並拉開，達到某一極限，就能放電擊穿中間的空氣。在產生雷暴的積雨雲，也就是雷暴雲的內部，雲朵在不同部分聚集着正電荷和負電荷，當它們積累到一定程度，便再也不顧大氣的阻撓，孕育出一道道閃電。這樣的閃電被稱爲“雲中閃電”(intra-cloud lightning)。
在閃電的形成過程中，水扮演着重要的角色。雷暴起源於溫暖的上升氣流。隨着氣流的上升，溫度降低，水蒸氣會開始凝結，同時釋放出大量的熱量，加速氣流的上升。當溫度降到冰點以下，雲中的液態水變成冰晶和溫度低於0℃時仍不凍結的過冷卻水滴，經過摩擦碰撞，產生電荷。在強烈的上升氣流中，小的帶正電的顆粒升到頂端，大的帶負電的顆粒降到底部。正負兩極距離拉開，閃電也隨之而來。
火山閃電，氣象學掐架地質學
產生火山閃電，同樣需要電荷的積累與釋放。但是，火山噴出的煙流如何能帶電?
從氣象學的角度來看，火山噴發出的巨大煙流，同雷暴雲十分類似，只不過裏面還混雜着火山灰等其他雜質，因此被稱爲“骯髒的雷暴雲”(dirty thunderstorm)。火山噴發時伴隨的閃電，可以與雷暴雲產生“雲中閃電”的方式類比。在火山煙流中，火山灰、岩石碎片和冰晶通過摩擦碰撞，產生電荷，並在重力的作用下分開。由於有水參與其中，這種機制被劃分爲“溼”的機制。
不過，地質學家更喜歡從火山本身尋找答案。他們認爲，火山煙流的電荷，可能是來源於岩石的破碎，火山灰顆粒的摩擦，或者是由岩漿與火山口的摩擦。不管是哪種理論，它們的共同特點是沒有冷凝水參與，因此被稱爲“幹”的機制。
乾溼結合，讓閃電來得更猛烈些吧
要探求火山閃電的具體機制，就必須採用更先進的觀測手段。2006年，研究者在噴發中的美國阿拉斯加州奧古斯丁火山(Augustine Volcano)東邊，架起了兩個無線電觀測站。它們能夠全方位、高精度地記錄閃電產生的電磁脈衝，還原火山閃電的真實情況。觀測數據表明，火山閃電分爲兩個階段：第一階段，伴隨着火山的噴發，可以偵測到一系列強勁的電磁脈衝和簡單的放電。第二階段，在噴發後約3分鐘，又開始出現常規的閃電信號。
研究人員分析，火山閃電可能擁有混合的起電機制。在第一階段，“幹”的機制發揮主要作用，摩擦起電、岩石爆裂等機制，讓滾滾濃煙帶上電荷。在第二階段，火山煙流噴上高空，“溼”的機制登場，繼續在更高的天空中製造絢麗的火花。
【有研究者將火山閃電劃分爲火山口放電、近火山口以及火山煙流閃電三種類型，前兩種集中在火山口附近，和“幹”的機制有關，而煙流閃電則來自“溼”的機制。】
火山煙流，你怎麼溼了
不過，火山閃電在乾燥的高緯度地區並不罕見[5]，那麼根據“溼”的機制，火山煙流中的水又該如何解釋呢?這一次，需要地質學來解答。火山噴發的岩漿，除了主要成分硅酸鹽，還包括水和二氧化碳、二氧化硫等揮發性成分。統計顯示，火山岩漿的水含量一般在3~6%左右。可不要小瞧這麼點含水比率，一立方米密度爲2.5克/立方厘米，含水4%的岩漿，含水量能達到100千克。在溫度爲30℃時，這點水就能讓4000立方米的熱帶大氣達到飽和[6]。
當岩漿從地下上涌，壓力降低，岩漿中的水逸出，變爲水蒸氣進入火山煙流中。另外，火山上覆蓋的冰雪，以及海底火山噴發中汽化的海水，也是水的重要來源。
