为什么火山爆发时，经常会伴随有闪电现象？

火山是地球上常见的一种地貌形态，是地球在释放内部不断积聚能量的同时，将地球表面地貌进行改变之后形成的特殊地貌。目前世界上的火山总数在2500多座，其中处于沉寂状态的“死火山”数量在2000座左右，而处于活跃期的“活火山”500多座。相信大家对于活火山喷发的壮观场面印象深刻，伴随着地面剧烈的振动，浓烈的烟尘物质和液态岩浆从火山口喷涌而出，有时还会发生强烈的闪电现象。在我们的认知中，在雷雨天气时才会发生闪电，为何火山喷发也会有这种情况呢？

电荷的中和反应

世界上所有的宏观物质，无论是我们用肉眼能够看到的各种物体，还是组成大气的各种气体分子，都是由原子所构成，而原子是由处于核心位置的原子核和核外电子组成。原子核带正电，电子带负电，而且原子核所带的正电量与电子所带的负电量总量相等，在正常情况下，这个原子包括原子所组成的物质，对外表现出正负电荷平衡的状态，也就是不表现出带电性。

如果由于一些特殊的原因，使得原子核的核外电子挣脱了原子核的束缚，那么这个原子以及由其组成的物质就会因失去负电荷而呈现带正电性，而得到那些“游离”电子的原子以及由其组成的物质，就会相应地呈现带负电性。

当这两个分别具有带不同性质电荷的物质相互接触时，它们之间的电场强度就会增加，两个物体之间的“空气隔层”就会被电离，从而形成一个可以导电的通道，两个物体上的正负电荷，通过这个导电通道，就会彼此吸引到一起，发生正负电荷的中和。与此同时，在不同性质电荷的中和过程中，它们本身在电场中的电势能也将消失，根据能量守恒定律，电势能转化为热能被释放了出来。

使物体产生电荷聚集的方式

大家在上学进行物理课学习时，应该会对摩擦起电印象深刻，比如用梳子梳头、冬天脱毛衣，都会产生明显的带电现象，这种情况就是通过摩擦的方式，使物体表面产生了静电。而从物体表面产生电荷聚集的条件来看，必须要有可以使相应电荷从一个物体转移到另一个物体，从而使相同类型的电荷在物体的一定部位聚集。而出现电荷聚集的物体，与其它不带电或者带有相反电荷的物体靠近时，产生一定的电位差，从而推动形成可供电荷转移的导电通道，进而形成电流。

实际上，使物体产生电荷聚集现象的路径有很多种，而摩擦起电只是其中的一种方式。

摩擦起电：两个不同物体互相摩擦时，由于它们组成原子中的原子核，对核外电子的束缚能力不同，因此会有一个物体失去电子，而另外一个物体得到电子。

感应起电：在一定范围之内，带电物体可以诱导与它并不相连的附近中性物体，使其不同部位的自由电荷重新进行分布，从而使物体不同部位出现等量的正负感应电荷。

极化起电：在静电场的作用下，通过电荷束缚力的位移，使电介质的内部和外部呈现不均匀分布的电荷，这个物体就出现了极化电荷。

附着带电：某种极性离子或者拥有自由电子的带电微粒，当附着在一个绝缘体之上时，也会使该绝缘体表面带有一定的电荷。

闪电发生的原理

空气中出现闪电，其实原理也是正负电荷的中和反应而已，只不过其规模更大、范围更广。我们拿雷雨天气中出现闪电为例，简要分析一下闪电发生的主要过程。

1、空气的强烈对流。在雷雨天气要发生时，空气中的水汽含量比较充足，近地面的空气受热上升，上层较冷空气下沉，冷暖空气在空中形成强烈的对流现象。

2、冰晶颗粒的碰撞和摩擦。含有较多水汽的热空气在上升到一定高度之后，就会因温度的降低发生凝结，形成微小的冰晶，在空气对流的扰动之下，这些冰晶就会发生激烈的碰撞和摩擦，从而分别带上了不同的电荷。

3、不同电荷的冰晶重新组合分布。一些带有不同性质电荷的冰晶会在形成之后立即就会发生电荷的中和反应，而有一些质量较大的冰晶吸引自由电子的能力较强，在重力作用下，会在没有发生电荷中和之前逐渐聚集到云层的下端呈现大规模的带负电云层，而质量较小的冰晶则失去电子被气流推到云层的上端，形成大规模的带正电云层。

4、产生巨大的电位差。当两端的云层带有的正负电荷量达到一定程度之后，就会因巨大的电位差使中间相隔的空气发生电离，形成正负电荷可以相互吸引和流动的导体通道，于是产生剧烈的放电现象，闪电就这样形成了。

火山闪电

火山爆发有时伴随着闪电，其形成原理与雷电天气出现的闪电基本一致，都是不同性质的电荷发生的强烈中和反应，只不过参与电荷转移和中和的物质载体不太一样。

从火山喷发的物质组成来看，除了炙热呈熔融态的岩浆以外，还夹杂着大量的火山灰以及部分水蒸气、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、氨气、氮气等。在火山喷发巨大上升气流的推动下，使上空一定范围内的空间中，产生至少两种主要的物质摩擦和碰撞模式。

第一种是在气流带动下的空气分子之间的摩擦。由于喷出的物质和气流温度很高，而且在喷力的加持下，上升速度很快，而周围区域空气的温度相对很低，于是就会出现上下层空气之间的剧烈对流，以及周围平行区域冷空气的快速补充等气流移动现象，这种剧烈的摩擦可以使不同的气体分子分别带上不同的电荷。

第二种是火山喷发物之间的摩擦。在向上巨大推力的作用下，火山喷出物中的火山灰、微小岩石碎片等颗粒之间，会产生剧烈的摩擦和碰撞，然后在重力作用下出现不同的分层结构，上下层之间分别带有不同的电荷。

通过上述两个方面的作用过程，使得火山喷出物在上升云层中出现了不同的分层结构，下层带负电、上层带正电，正负电荷当积累到可以使中间区域的空气产生电离时，就会爆发闪电现象了。

总结一下

火山爆发时出现闪电现象，原理和我们常见的雷闪天气是一致的，都是正负电荷的中和反应，只是火山闪电中电荷聚集所依靠的载体，是火山喷发物中的气体和微小颗粒，而雷电中所依靠的载体是微小的冰晶而已。