“飞行员很棒 ， ”美国宾夕法尼亚大学的大气化学家威廉·布龙（William Brune）回忆道 。作为这个项目的科学负责人之一 ， 布龙在多次飞行中都坐在驾驶舱内 ， 决定追踪哪一场雷暴 。飞行员一边监视着飞机上的雷达 ， 一边绕着雷暴中心盘旋 ， 并飞入了砧状云（雷暴云的顶部结构）内 。“你不能飞到（距离雷暴）太近的地方 ， 但你又必须尽可能靠近 ， 才能尽可能多地观测到雷暴内部发生的活动 。”布龙说 ， “在这些雷暴周围盘旋并且进入砧状云内就已经非常棒了 。”
结果显示 ， 收集到的数据也同样令人惊叹 。在几次飞行中 ， 这支团队都在雷暴附近发现大气中羟基自由基浓度惊人地高 ， 比此前对这种活性自由基的所有测量值都高出了几个数量级 。羟基自由基是地球大气的主要氧化剂 ， 在大气自清洁中起着关键作用 。距离最后一次飞行过去近10年后 ， 布龙和他的同事发表了关于羟基自由基浓度高峰值的最新发现：结果表明 ， 闪电对大气化学成分的影响比以前认为的要大得多 。
温度至关重要
虽然每道闪电只有两到三厘米宽 ， 但它释放的能量却能将周围大气加热到三万摄氏度——这远远高于太阳表面的温度 。一旦闪电击中地面 ， 一次直接撞击就能将那里已经长成的树木劈裂开 。而在空中 ， 一道通常长达5千米的闪电具有同等的破坏力：它会将附近的每一个分子都分解为独立的原子 。这些分子主要是氮气（N2）和氧气（O2）分子 ， 即空气的两种主要成分 。随着原子冷却 ， 它们可以与其他原子结合来形成新的分子 。
布龙表示：“我们发现 ， 当一次闪电使周围大气的温度飙升至三万摄氏度时 ， 大气中会产生一种特殊的化学物质：一氧化氮（NO） 。这是一种非常重要的气体 ， 在多次飞行任务中都被检测到了 。”
温度对一氧化氮在闪电中的产生起到了决定性作用 ， 但不仅仅体现在使大气升温这一阶段 。大气也必须在不到一毫秒的时间内极快冷却 ， 以便使一氧化氮冷却而稳定存在 。否则一氧化氮会被分解为氮原子和氧原子 ， 如此一来 ， 氮原子之间以及氧原子之间就会分别再次结合 ， 形成氮气和氧气分子 。
闪电发生后 ， 一氧化氮分子还可以与其他氧原子、氮原子 ， 以及其他分子发生多种反应 。这些反应的产物中包括两种重要的化学物质：二氧化氮（NO2）和臭氧（O3） 。在全球范围内 ， 一次闪电可能只会产生微小的影响 ， 但地球上每天都要经历超过300万次闪电 ， 它们的影响就随之累积起来了 。
玛丽·巴思（Mary Barth）是就职于美国科罗拉多州博尔德市美国大气研究中心的大气化学家 ， 主要研究雷暴如何影响臭氧的产生与分布 。“我们知道 ， 近地面臭氧是一种有害气体 ， ”她说 ， “而在对流层上层 ， 雷暴产生的臭氧属于一种温室气体 。”
雷暴能够以多种方式影响臭氧水平 。例如 ， 甲醛是空气污染的常见成分 ， 也是一种臭氧前体物 。根据巴思的解释 ， 由于强对流作用 ， 甲醛会在雷暴期间向上流动 ， 并且部分溶解在云滴里 。其中有一些会变成降雨 ， 从而使甲醛与臭氧这一体系的化学平衡发生移动 。
为了了解臭氧在对流层上层作为温室气体所发挥的作用 ， 我们就必须先弄清楚闪电发生时产生了多少二氧化氮 。因为它是臭氧的重要
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