防走失，電梯直達
安全島
報人劉亞
東A
圖片來源：pixabay
存活率從30%提升至50%！
撰文 | 黃雨佳
審校 | clefable
每年，全世界大約會出現30億次閃電。這種自然界的強烈放電現象既絢麗又危險，尤其是當放電發生在雲層和地面之間時，就可能帶來嚴重的人員傷亡和經濟損失。氣象局的數據顯示，
僅2007年一年，中國共發生雷電災害事故12 967起，造成827人死亡、718人受傷
。華南地區和西南部份地區是雷電多發區，廣東、海南和雲南等省份尤其嚴重。
如果遇見雷暴天氣卻忘了帶傘，不得不冒著大雨出行，此時你的心中可能會升起隱隱的不安：渾身都是能導電的雨水，會不會更容易被雷劈死呢？一項最近發表於【 科學報告 】（ Scientific Reports ）的研究得出了完全相反的結論： 相比於沒有淋雨的情況，淋雨可能將雷擊後的存活率提升70%～90% 。
淋濕的頭顱
為了探究淋雨對人被雷劈的後果的影響，研究人員根據電腦體層成像（CT）的數據精心制作了兩個人頭模型。
他們用瓊脂糖仿制出了人大腦、顱骨和頭皮的結構
，還透過摻入不同比例的氯化鈉、碳黑和石墨，使相應結構具有了與真實情況相同的電導率和相對介電常數。
然後，研究人員把人頭模型放在一種特殊的電極裝置上，這種裝置具有4個獨立的電極，分別檢測「人頭」受到電擊後內部不同結構的電流大小。隨後，研究人員對每個人頭模型以最大電流42kA和電壓12kV的強度施加了10次電擊。兩個模型分別代表頭部幹燥和淋雨的情況，因此， 在每次電擊前，研究人員都會給模擬淋雨情況的模型噴灑一定量的鹽水 。
受電擊的人頭模型（圖片來源： 原論文 ）
研究人員發現，幹燥的人頭模型受到電擊後，頭部的平均電壓會迅速上升至12kV，相應地，大腦、顱骨和頭皮內部的電流首先上升至約110A，隨後出現了快速下降，頭皮表面的電流在此時開始快速增加。
表面潮濕的人頭模型在受到電擊後雖然也會經歷類似的過程，但模型內部的電流上升速率相比於幹燥的人頭模型有所減緩。
不僅如此， 潮濕條件似乎改變了電流在頭部的分布 。無論是幹燥還是潮濕，在頭部受到電擊後的初始階段，電流均主要存在於頭皮，其次是大腦和顱骨。幹燥情況下頭皮中的電流占到總電流的81.3%，而在潮濕情況下，這一比例則升高到了90.3%，平均電流更是從733.4A升高至1410.3A，提升了接近一倍。因此， 雖然淋雨使得雷擊時頭部的總電流強度大大增加，但這種電流分布的改變卻使流經大腦的實際電流反而變得更小了 ，平均電流降低了12.5%，比能量平均降低了32.5%。
除了這些抽象的數據記錄，研究人員還在結束對模型的10次電擊後，檢查了兩個人頭模型的外觀。他們發現， 相比於「淋雨」的模型，幹燥的頭部模型的確在電擊後受到了更多損害 ：不僅出現了9個肉眼清晰可見的電擊痕跡，還出現了4條裂縫，「人頭」摸上去的手感也變得又幹又坑坑窪窪，而這些瓊脂糖模型最初時摸起來應該是柔軟而潮濕的，就像潮濕的皮膚那樣。
相較而言，「淋雨」模型的損傷程度則更輕，只出現了4處小穿孔。因此，研究人員推測， 「淋雨」後被雷擊，頭部的燒傷將主要出現在頭皮部位而非大腦之中，危害程度更低 。可見，同樣是被雷劈，相比於幹燥情況，淋雨能對大腦起到一定程度的保護作用，不僅降低了電流，還減少了熱損傷和機械損傷。
幹燥（左）和淋雨（右）情況下受電擊的人頭模型（圖片來源： 原論文 ）
在1986年的一項動物實驗中，研究人員就曾發現潮濕可能有助於被雷擊後存活： 皮膚幹燥的動物被雷擊後的存活率僅為30%，而皮膚潮濕的動物存活率則「高達」50% 。研究人員認為，「淋雨」可能以多種方式提高了存活率：除前面提到的因素外，皮膚上的水還會透過蒸發帶走熱量，從而降低體表的溫度；這些水蒸氣還可能將電弧稍稍帶離人的體表，從而減輕傷害。
預防雷擊
正如前文所述，人體被雷擊後，體內的電流首先會迅速增加，而後快速下降。我們可以把人體看作一個電阻，電流從被擊中的部位一直流入大地。在電流進出的兩端，存在著電勢差。根據歐姆定律，隨著體內電流增加，這一電勢差將迅速增大。當電勢差達到某個臨界值時，就會沿著人體皮膚表面形成一條電阻遠小於人體內部的放電路徑，此時絕大部份電流將沿體表進入大地，透過人體內部的電流迅速減小。這種現象名為「
表面閃絡
」（surface flashover）。
表面閃絡的產生（圖片來源： 原論文 ）
濕潤的體表正是透過降低發生表面閃絡所需的電壓，來減小流經體內的電流。
類似地，佩戴金屬物體也可能降低這種電壓，將電流轉移至體表，進而減輕雷擊傷害。不過，千萬不要以為把自己淋濕並戴上大金鏈子，就能在雷雨天高枕無憂地漫步了。
雖然表面閃絡能將部份電流引到體表，但 雷擊仍能透過高溫、電解、擾亂電訊號等其他方式造成嚴重損傷 。特別是心臟這種由電脈沖指導工作的器官，最容易受到影響。而且，在心臟規律運動的不同階段（P波、Tp、P-R間期、QRS、J點、ST段、T波、Q-T間期和U波），電擊造成的損傷大小也不相同。處於左右心室快速復極的T波階段的心臟對外界電流最敏感，電擊造成傷害的可能性也更大。
所以，我們應該如何科學地預防雷擊呢？除了直接雷擊，雷電還可能透過旁側閃擊、接觸電壓、跨步電壓、引線連通和沖擊波這5種方式對人體造成傷害，其核心在於雷電會尋找阻抗最小的路徑抵達地面。無論是躲在樹下或是未安裝適當防雷系統的建築物內，只要人體成為更佳的路徑選擇，就可能被擊中。因此， 遇到雷雨天，我們要盡量減少室外活動，哪怕在室內也要遠離墻壁、門窗以及可能引入雷電的金屬器材 。
遇到雷雨天，在找一棵樹躲雨和冒雨狂奔之間，後者可能是更「安全」的選擇。
參考連結：
https://link.springer.com/book/10.1007/978-94-017-8938-7
https://www.cma.gov.cn/2011xzt/20100728/2010072808/201208/t20120801_180383.html
https://www.nature.com/articles/s41598-023-50563-w
本文來自微信公眾號「環球科學」（id：huanqiukexue），如需轉載請聯系 [email protected]
