昨夜和今晨，我国的四川和新疆分别发生了7.0级和6.6级的地震，灾情牵动人心，让我们共同为灾区的同胞祈福。不少朋友在后台留言，希望看到有关地震的科普，其实就在三个月前，我们科学电台就专门做过两期有关地震的节目《地震真的可以被预测吗？》、《地震之后还有很多我们不知道的事》，点击即可收听，希望对大家能有所帮助。
回到我们今天的话题，在上一期的节目中，我们给大家介绍了打雷和闪电的区别、雷电的分类以及雷电形成的原因。在本期节目中，我们将从雷电的危害及预防、雷电固氮、雷电能量的利用方面，和大家一起，对雷电进行更加深入的探讨。
美国公园护林员罗伊.C.苏利文，一生曾遭受七次雷击，是世界上遭受雷击生还的吉尼斯纪录保持者。民间传说，中国清朝的嘉庆皇帝暴毙在承德避暑山庄的原因正是因为雷击。2015年8月6日，美国加州一对情侣在散步时被雷电击中，幸运的是，两人均未受伤。专家分析，两人当时手牵手是其毫发未损的主要原因。遭受雷击的人群中，有87%的为男性，单身的男同胞们可要小心啦！
直击雷产生电效应、热效应、机械力。
直击雷指的是雷云对大地某点发生的强烈放电，它可直接击中设备。雷电在放电时，能产生高达数十千伏甚至数百千伏的冲击电压，而其产生的热效应则可以在雷击点局部范围内产生高达6000℃-10000℃，甚至更高的温度，能够使金属熔化，树木、草堆引燃；当雷电波侵入建筑物内低压供配电线路时，可以将线路熔断。
雷电击中架空线后会破坏电气设备的绝缘，烧断电线或是劈裂电杆，而雷电流则可以沿着导线进入设备，从而造成大规模停电、着火、爆炸、触电等危害。
感应雷产生静电感应、电磁感应、雷电电磁脉冲，雷电反击。感应雷可分为静电感应及电磁感应。当一般情况下带负电的电雷云出现在导线上空时，由于静电感应作用，导线上束缚了大量的相反电荷。
一旦雷云对某目标放电，雷云上的负电荷便瞬间消失，此时导线上仍有大量正电荷存在，并以雷电波的形式沿着导线经设备入地，引起设备损坏。当雷电流沿着导体流入大地时，由于频率高，强度大，在导体的附近便产生很强的交变电磁场，如果设备在该磁场中，便会感应出很高的电压，以致损坏。
我国大部分地区于2月、3月份就进入了雷电期。城市高楼的增加使雷电击穿空气的距离缩短，因为雷击概率与建筑物高度成正比，所以协击概率加大。
同时，由于全球气候变暖，城市热岛现象增多，使城市的大气环境流出现了新特点，夏季雷暴期延长。更重要的是，随着科技的进步，微电子设备被广泛应用，城市通信电源大幅增加，电磁场发生变化，特别是微电子产品普遍绝缘强度低，过电压耐受力差，容易遭受雷电侵袭，其中电脑网络、通讯指挥系统和公用天线都是重灾区。据统计，在各种灾害造成的损害中，感应雷击造成的损害高居榜首，占全部灾害损失的33.8%。
雷电波入侵产生闪击高压。雷电波侵入通常有三种入侵方式：①直击雷击中金属导线；②来自感应雷的高电压脉冲；③直击雷在房子或房子附近入地。
地电位提高均压连接接闪装置在捕获雷电时，引下线立即升至高电位，会对防雷系统周围尚处于地电位的导体产生旁侧闪络，并使其电位升高，进而对人员和设备构成危害。为了减少闪络危险，最简单的办法是采用均压环，将处于地电位的导体等电位联结，一直到接地装置。
金属设施、电气装置和电子设备如果与防雷系统的导体(特别是接闪装置)的距离达不到规定的安全要求时，则应用较粗的导线将其与防雷系统进行等电位联结。这样在闪电电流通过时，所有设施立即形成一个“等电位岛”，保证导电部件之间不产生有害的电位差，不发生旁侧闪络放电。完善的等电位联结还可防止闪电电流入地造成的地电位升高所产生的反击。等电位联结是防止雷电反击的重要技术手段。
直击雷的损坏所占的比例较小，而感应雷与地电位提高的损坏所占的比例较大。一般建筑物上的避雷针只能预防直击雷，而强大的电磁场产生的感应雷和脉冲电压却能侵入室内，危及电视、电话及联网微机等弱电设备。
避雷针与直击雷防护。面对雷电危害最常见的要属避雷针，避雷针最上端为受电端，中间是导电线，下端是接地体。当雷雨云接近避雷针时，它会感应出大量的异性电荷，通过导电线和受电端向空中放电，与雷雨云中的电荷中和，减弱雷雨云的电场强度，达到防雷目的。如果受电端上为直击雷，避雷针可将雷电流引入大地，从而起到保护作用。
感应雷防护。
为了防护感应雷对供电线路、传输电缆和架空天线及高层导电线建筑的破坏，可以在线路上安装碳化硅阀型避雷器或金属氧化物避雷器。对于高层建筑，可将建筑物内的金属设施联合接地；对于非金属屋顶，可加装金属防护网并可靠接地。但有时一些建筑也难免遭受雷击，究其原因关键在于存在接地电阻，雷击接地体流经接地电阻产生高电压，仍可将设备击坏，所以避雷效果不理想。
随着社会的进步，特别是电子技术的迅速发展，防雷技术也在不断提高，等电位避雷器就是其中之一。其目的是实现均压等电位，消除不同金属部件及导线间的雷电流引起的高电位差，以均衡电位。
分流防护。所谓分流就是将从室外来的导线与接地线之间并联一种适当的避雷器。当直击雷或感应雷在线路上产生的过电压波沿着这些导线进入室内或设备时，避雷器的电阻突然降到低值，近于短路状态，将闪电电流分流入地。分流在防雷技术中发展迅猛，是防护各种电气电子设备的关键措施。由于雷电流在分流后，仍会有少部分沿导线进入设备，这对于不耐高压的微电子设备来说就很危险了，因此，对于这类设备在导线进入机壳前应进行多级分流。
屏蔽电缆。屏蔽是防御电磁脉冲的有效方法。因此屏蔽电缆对于设备来说也是不错的手段，它可以利用各种人工的屏蔽箱盒、法拉第屏蔽笼，或各种自然屏蔽体来阻挡、衰减施加在系统设备上的过电压能量。
雷电固氮。
碳（C）、氮（N）元素，是生物体中的主要组成元素，C为生命带来了能量，N主要为参与生命细胞的建造，它是生物分子的化学粘合剂，虽然大气中充满了N2，但是这些都不能被生物体直接利用，生物体主要吸收的是N的化合物，而将N单质直接转化为N的化合物的过程称之为固氮。固氮的形式多种多样，比如说有生物固氮、非生物固氮（雷电、工业固氮）等等。
生物固氮是自然界中最常见的固氮方式，比如大家熟知的根瘤菌将氮气转化为氨气的过程就叫做细菌固氮。在自然界，非生物固氮过程可以自然的发生，但是需要有较多能量输入，闪电和森林大火就对这个反应的实现提供了必要条件。
雷电中蕴含的能量有多少？通常，单次雷电可以携带大约为五十亿焦耳的能量，相当于145L汽油中储存的化学能，平均每次负雷电击携带30kA的电流，传输1库仑电荷和500兆焦耳能量。
大号的雷电可以产生120kA的电流，携带350库仑电荷。从理论角度分析，我们如何才能这些收集并利用这些能量？利用雷电能量面对的难题有哪些？从1980年代开始，就有研究者试图获取雷电中的能量。然而这种能量聚集在很小的一个区域且发生在很短的时间段内（微秒量级）。五十亿焦耳能量在10微秒内释放相当于500兆瓦功率。雷电的电压和电流在随时变化，平均的功率值大约为一百亿瓦。
曾经有人提出过借助雷电通过对快速的加热对水产生电离，从而产生氢气，或者通过一组避雷针将雷电中的能量直接转化为热能或者机械能，或者通过电感原理在远距离处安全地收集雷电的能量。
收集雷电的技术要求其能够快速地捕获雷电中的巨大能量。研究者提出了一些可行性计划，然而单次雷电所包含的能量是多变的，这使得在收集雷电能变得不切实际，能量太高会使得储能容器损坏，太低的能量则表现为并不能有效储能。
另外，雷电的发生是不定时的，因此能量必须收集后存储起来，然而从高电压的电能转化为低电压的电能是一个难题。从纯电荷角度考虑的话，每次闪电的能量平均只有50亿焦耳，假设在传输和存储过程中的损失为零，这也仅相当于不到1400千瓦时的能量。据英国《独立报》报道，全球一年的闪电次数约为14亿次，其中只有约25%是地面闪电，其他大多数是云内或云间的闪电，无法利用。
另外，假设可以百分之百利用所有闪电，而且在捕捉、传输和存储过程中没有任何损失，那么一年收集的电能为4900亿千瓦时。2009年，全球使用了约20万亿千瓦时的电，是所有可利用的地面闪电所含电能的40多倍。这就是说，所有我们可以捕捉的闪电仅可供全球使用9天。
巨大的能量储存不是问题，但是它仅能持续几微秒，就会使整个操作变得复杂。除此之外还有一个困难：雷电没有恒定的功率。
一些闪电的功率可能比平均高得多，有时也相当低。因此，这使得建造一座闪电发电厂的想法从一开始就变得相当不切实际。另外，雷电的出现比较随机，我们无法知道其确切的位置或时间。所以获取其中的能量就变得很困难。即使事先知道这些细节，在如此短的时间内捕获这种巨大能量，仍然存在操作的问题。考虑到雷电能量实际上只有一小部分到达地面，用我们目前可用的设备来进行这样大规模地操作，变得更加不切实际。
另外捕捉这些闪电的花费与收入也是不成正比的：为了捕捉每次地面闪电，我们必须在全球范围内建很多高塔（可以想象一下巴黎埃菲尔铁塔）！算下来我们在地球表面需要建造2亿个这样的塔。捕捉闪电电能的设备必须能应对极大的瞬间电流。为此，需要使用很粗的导电棒以及超重型电路和超级电容器。
尽管我们尚未开发出这种电能存储技术，但假设我们能够做到，另外再假设能量系统是百分之百高效的，然后每个塔和电容器的费用约为35万英镑。这样一来，光地面设备的费用就高达67万亿英镑。更不用说安装成本、常规维护以及连接所有高塔的高压输电线路网的费用了。相比之下太阳能简直是经济又实惠。