图片来源：Dr Carina Schumann, CC BY-NC
闪电是自然环境中最强大的能源之一。任何在南非约翰内斯堡的夏季待过的人都知道，在漫长而炎热的一天结束时，没有什么比高空雷暴更壮观的了：泥土的芬芳、湍急的雨水、雷声和一道道划过天际的巨大闪电。
这些雷雨令人敬畏，但也对人、动物和建筑环境构成危险。非洲的赞比亚和乌干达，是世界上闪电致死率最高的国家。在南非，每年有超过250人死于闪电。
由于报告不足，尚不清楚确切的死亡人数，但来自28个国家的估计显示，全世界每年死于闪电的有多达两万四千人。
但死亡常常无法明确归因于闪电，因为闪电的痕迹虽然很容易在皮肤或器官上发现，但没有人知道如何在骨骼的遗骸上识别它的痕迹。
我们的研究改变了这一点。我们的研究发表在《国际法医学:协同》（Forensic Science International: Synergy）杂志上，代表了来自南非威特沃特斯兰德大学、英国诺森比亚大学和南非核能公司的法医人类学、组织学、闪电物理学和微聚焦X光计算机断层扫描专家之间的合作。
这项工作可以帮助法医团队仅基于对骨骼的分析，就能了解人类或动物是否是致命雷击的受害者。这也许能让我们对原因不明的意外死亡进行归因，并让专家能够对闪电致死的真实发生情况建立更完整的描述。
因果关系
当怀疑死者遭受雷击致死时，法医病理学家通过寻找其皮肤和内脏中的雷击创伤迹象进行判断。
当身体被闪电击中时，无论是否致命，巨大的电流都会导致心脏和呼吸停止，以及神经损伤。耳鼓可能破裂；骨头可能会断裂，闪电的进出口处会有严重的电烧伤，尤其是脚底。闪电也会在皮肤上产生独特的标记，称为利希滕贝格图形。这些是由皮肤表面血管的电损伤引起的分枝或蕨状图案。
然而，当身体的骨骼结构被恢复时，软组织就不存在了；因此不能肯定地将死亡原因归因于闪电。
我们的研究从一个简单的因果问题开始:闪电穿过骨骼时会留下可识别的创伤痕迹或特征性损伤吗？如果我们在南非丛林中发现了身份不明的人类遗骸，我们能否确定他们是致命雷击的受害者？
然后，我们在实验室中合成人造闪电，直接应用于尸体（来自自然死亡的人体捐赠）中提取的人体骨骼样本。
闪电物理学家在我们位于Wits医学院的实验室中设置了一个高电流脉冲发生器，它可以在几微秒内向骨骼输送高达15,000安培的电流。
合成如此高的脉冲电流让我们能够模拟闪电穿过骨骼的效果。自然闪电通常可以产生数值更高的电流，但与试图将人体组织置于自然雷击路径中相比，这种实验方式为我们提供了更大的控制权。
图片来源：Nicholas Bacci
雷击损伤成像
施加电流后，我们将骨头切成薄片，并使用光学显微镜和显微CT对其进行扫描成像。通过在细胞水平上观察骨骼，我们发现了一种特有的损伤模式，这是由短时间雷电流通过骨细胞所造成的。
这种损伤表现为从骨管中心向外辐射的裂缝，或在细胞簇之间不规则地跳跃的裂缝。整体损伤模式与其他高能量创伤（如在火中燃烧造成的创伤）非常不同。
我们在被自然闪电杀死的动物身上看到了同样的损伤模式。我们将人类的实验结果与已知被击中的野生长颈鹿的骨头进行了比较。尽管人骨的微观结构与长颈鹿骨有很大不同，但损伤的模式是相同的。
图片来源：Patrick Randolph-Quinney
证据确凿
那么，导致这些微小裂缝形成的具体机制是什么呢？我们认为有两种可能性（单独或结合作用）会产生这种损害。
首先，电流本身在穿过骨骼时会产生高压冲击波。闪电专家称之为气压性创伤:电能的穿过直接将骨细胞撕裂。
其次，骨骼在电场中的表现很奇怪，被称为压电效应。骨骼的有机部分是胶原蛋白，以纤维或原纤维的形式排列。当施加电流时，这些原纤维会重新排列，导致骨骼的矿化和结晶成分中产生压力，进而发生变形和开裂。
这两种机制都会导致骨折的发生。这种特有的微创伤模式就是我们要找的确凿证据。
我们的研究为真实法医案件中的雷击致死情况的研究提供了一个新的工具。在全球气候变化可能导致雷暴和雷击的数量和严重程度增加的时候，这种工具可能不得不在死亡调查中被经常使用。
撰文：Patrick Randolph-Quinney，纽卡斯尔诺森比亚大学法医学副教授；Nicholas Bacci，威特沃特斯兰德大学解剖科学学院讲师；Tanya Nadine Augustine，威特沃特斯兰德大学高级讲师。
翻译：魏书豪
审校：郭晓
引进来源：theconversation
本文来自：中国数字科技馆
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