是谁点燃了鬼火？科学家揭开关键谜团
环球科学约 3 分钟图片来源：Unsplash
撰文｜蕾切尔·努维尔（Rachel Nuwer）
翻译｜郑添惺
几个世纪以来，不断有人声称见过沼泽、泥炭地等湿地上方飘浮的诡异而微弱的蓝色幽光。这种现象常被称为“鬼火”（will-o'-the-wisps），拉丁名称为ignis fatuus，意为“迷惑性火焰”（foolish fire）。不同文化将这些倏忽即逝的幽光解释为精灵、鬼魂或亡灵。科学家则认为，鬼火是腐烂物质释放的甲烷等气体在空气中短暂燃烧所产生的火焰形冷光。
但有一个重大谜团仍未解开。鬼火虽非真正的火焰，且在环境温度下出现，可仍需被点燃。然而，具体引燃机制一直不明。《美国科学院院刊》（PNAS）今年9月发表的一项研究似乎给出了答案：微闪电（microlightning），即因水滴表面电荷差异而产生的微小、自发性电火花。研究发现，沼泽中携带甲烷的气泡升至表面并破裂后，会形成带相反电荷的微小水滴。这会引发微闪电，进而引燃甲烷，产生鬼火特有的冷光。
“当你听到这项发现时，第一反应也许是，‘鬼火不就是些幽灵般、阴森诡异的物质，那又怎么样呢？’”美国斯坦福大学物理化学家理查德·扎雷（Richard Zare，这项研究的通讯作者）说，“实际上，我们发现的现象意义深远，即界面如何驱动化学反应。”
水本身呈电中性，通常不带电荷。但早在1892年，科学家就注意到，瀑布水雾或雾气等气溶胶中的微小水滴可带正电或负电。扎雷和同事也在今年3月发表于《科学·进展》（Science Advances）的研究中表明，带相反电荷的液滴一旦靠近，便会瞬间放电，产生微闪电。
这是研究者首次提出这一术语，并阐明其机制。他们发现，当水以细小液滴形式喷射到空气中时，一些微滴会带上相反的电荷；这些带不同电荷的水滴彼此靠近时，可产生电火花。这些电火花可以驱动周围空气中的化学反应，生成简单有机分子。扎雷和同事推测，这一机制也许曾参与合成地球生命所需的某些基本化学物质。
尽管这项研究的意义不及鬼火成因研究那般深远，扎雷表示其背后的机制基本相同。研究团队的实验装置十分简单：研究者向一个装有水的烧杯中通入甲烷和空气的混合气体，以生成气泡。接下来，气泡升至水面破裂时，会形成带电微滴并发出微弱闪光。研究者通过高速摄像机捕捉了这一过程，并利用质谱仪进一步证实，他们观察到的微闪电释放的能量足以驱动甲烷与氧气发生反应，生成新的化合物。
美国哥伦比亚大学化学家闵玮（未参与这项研究）表示，这项扎实的研究有力地表明，微闪电确实是鬼火背后的自然引燃机制。
闵玮补充道，仍有一些谜团尚未解开。例如，一个关键的未解问题是，这些液滴表面的强电场最初究竟是如何形成的？闵玮说，这一问题的答案将对“物理学、化学、生物学和工程学产生广泛影响”。
本文选自《环球科学》杂志2025年12月刊。
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