圖片來源：Dr Carina Schumann, CC BY-NC
閃電是自然環境中最強大的能源之一。任何在南非約翰內斯堡的夏季待過的人都知道，在漫長而炎熱的一天結束時，沒有什麼比高空雷暴更壯觀的了：泥土的芬芳、湍急的雨水、雷聲和一道道劃過天際的巨大閃電。
這些雷雨令人敬畏，但也對人、動物和建築環境構成危險。非洲的尚比亞和烏干達，是世界上閃電致死率最高的國家。在南非，每年有超過250人死於閃電。
由於報告不足，尚不清楚確切的死亡人數，但來自28個國家的估計顯示，全世界每年死於閃電的有多達兩萬四千人。
但死亡常常無法明確歸因於閃電，因為閃電的痕跡雖然很容易在面板或器官上發現，但沒有人知道如何在骨骼的遺骸上識別它的痕跡。
我們的研究改變了這一點。我們的研究發表在《國際法醫學:協同》（Forensic Science International: Synergy）雜誌上，代表了來自南非威特沃特斯蘭德大學、英國諾森比亞大學和南非核能公司的法醫人類學、組織學、閃電物理學和微聚焦X光計算機斷層掃描專家之間的合作。
這項工作可以幫助法醫團隊僅基於對骨骼的分析，就能瞭解人類或動物是否是致命雷擊的受害者。這也許能讓我們對原因不明的意外死亡進行歸因，並讓專家能夠對閃電致死的真實發生情況建立更完整的描述。
因果關係
當懷疑死者遭受雷擊致死時，法醫病理學家透過尋找其面板和內臟中的雷擊創傷跡象進行判斷。
當身體被閃電擊中時，無論是否致命，巨大的電流都會導致心臟和呼吸停止，以及神經損傷。耳鼓可能破裂；骨頭可能會斷裂，閃電的進出口處會有嚴重的電燒傷，尤其是腳底。閃電也會在面板上產生獨特的標記，稱為利希滕貝格圖形。這些是由面板表面血管的電損傷引起的分枝或蕨狀圖案。
然而，當身體的骨骼結構被恢復時，軟組織就不存在了；因此不能肯定地將死亡原因歸因於閃電。
我們的研究從一個簡單的因果問題開始:閃電穿過骨骼時會留下可識別的創傷痕跡或特徵性損傷嗎？如果我們在南非叢林中發現了身份不明的人類遺骸，我們能否確定他們是致命雷擊的受害者？
然後，我們在實驗室中合成人造閃電，直接應用於屍體（來自自然死亡的人體捐贈）中提取的人體骨骼樣本。
閃電物理學家在我們位於Wits醫學院的實驗室中設定了一個高電流脈衝發生器，它可以在幾微秒內向骨骼輸送高達15,000安培的電流。
合成如此高的脈衝電流讓我們能夠模擬閃電穿過骨骼的效果。自然閃電通常可以產生數值更高的電流，但與試圖將人體組織置於自然雷擊路徑中相比，這種實驗方式為我們提供了更大的控制權。
圖片來源：Nicholas Bacci
雷擊損傷成像
施加電流後，我們將骨頭切成薄片，並使用光學顯微鏡和顯微CT對其進行掃描成像。透過在細胞水平上觀察骨骼，我們發現了一種特有的損傷模式，這是由短時間雷電流透過骨細胞所造成的。
這種損傷表現為從骨管中心向外輻射的裂縫，或在細胞簇之間不規則地跳躍的裂縫。整體損傷模式與其他高能量創傷（如在火中燃燒造成的創傷）非常不同。
我們在被自然閃電殺死的動物身上看到了同樣的損傷模式。我們將人類的實驗結果與已知被擊中的野生長頸鹿的骨頭進行了比較。儘管人骨的微觀結構與長頸鹿骨有很大不同，但損傷的模式是相同的。
圖片來源：Patrick Randolph-Quinney
證據確鑿
那麼，導致這些微小裂縫形成的具體機制是什麼呢？我們認為有兩種可能性（單獨或結合作用）會產生這種損害。
首先，電流本身在穿過骨骼時會產生高壓衝擊波。閃電專家稱之為氣壓性創傷:電能的穿過直接將骨細胞撕裂。
其次，骨骼在電場中的表現很奇怪，被稱為壓電效應。骨骼的有機部分是膠原蛋白，以纖維或原纖維的形式排列。當施加電流時，這些原纖維會重新排列，導致骨骼的礦化和結晶成分中產生壓力，進而發生變形和開裂。
這兩種機制都會導致骨折的發生。這種特有的微創傷模式就是我們要找的確鑿證據。
我們的研究為真實法醫案件中的雷擊致死情況的研究提供了一個新的工具。在全球氣候變化可能導致雷暴和雷擊的數量和嚴重程度增加的時候，這種工具可能不得不在死亡調查中被經常使用。
撰文：Patrick Randolph-Quinney，紐卡斯爾諾森比亞大學法醫學副教授；Nicholas Bacci，威特沃特斯蘭德大學解剖科學學院講師；Tanya Nadine Augustine，威特沃特斯蘭德大學高階講師。
翻譯：魏書豪
審校：郭曉
引進來源：theconversation
本文來自：中國數字科技館
