自然界中的闪电是一种强大的能量来源。在炎炎夏季的大草原上，没有别的景象比持续的电闪雷鸣更为壮观了。耳边是震耳欲聋的雷暴声，眼前是划过长空的闪电，伴随而来的往往还有空气中弥漫的特殊的泥土气味。
这种大自然所拥有的神奇力量是令人敬畏的存在，它对人、动物和建筑环境来说都非常危险。据统计调查表明，非洲的一些国家有着世界上最高的雷击死亡率，比如在南非，每年有250多人死于雷击。由于报道不足，我们并不清楚每年因雷击死亡的确切人数，但从来自28个国家的数据估算表明，全球每年有多达2.4万起因闪电造成的死亡事件。
然而，这些死亡并不一定都是由闪电造成的。虽然闪电很容易在被击中的人类和其他动物的皮肤或器官上留下创伤性痕迹，使得法医可以通过这些软组织创伤模式来识别由闪电造成的死亡，但没有人知道如何通过骸骨来鉴定死因。
现在，一项新的研究改变了这一点。这篇发表在《国际法医学》杂志上的研究，可以帮助法医人员 仅仅基于对人或其他动物的骨骼分析，辨别人和动物是否是致命雷击的受害者 。这样就可以在原因不明显的情况下找出意外死亡事件的死因，使专家能够更全面地了解闪电死亡的真实发生率。
当法医病理学家怀疑某个死者是因雷击致死时，他们会通过在死者的皮肤和内脏中寻找由雷击造成的损伤的迹象来确定死因。当一个人被击中，无论是否致命，巨大的电流会导致 心脏和呼吸停止 ，同时还会造成 神经损伤 。受害者的耳膜可能会破裂，有可能出现骨折，而且在电流的开端和出口部位会有严重的电灼伤，尤其是脚底。
闪电还会在皮肤上产生独特的标记，专业术语叫 利希滕贝格图 （Lichtenberg figure），这是一些由皮肤表面的血管受到电损伤后出现的像蕨类植物一样的图样。然而，当发现的尸体已经腐烂并骨骼化时，留有这些痕迹的软组织早已消失不见，因此法医可能无法确切地将死因归结为闪电。
这项新研究始于简单的因果问题： 当闪电穿过骨骼时，是否会留下可识别的创伤痕迹或特征性病变？ 如果在南非的丛林中发现了身份不明的人类遗骸，我们是否可以确定他们是致命雷击的受害者？
闪电实验：左图显示的是施加电流之前的骨骼；中间图像显示的是高速摄像机镜头下捕捉到的电流；右图显示的是在有电流流经之后的骨骼，气压创伤的影响显示骨组织被内部压力波分裂。| 图片来源：Nicholas Bacci, School of Anatomical Sciences and Hugh Hunt, Johannesburg Lightning Research Laboratory, University of the Witwatersrand.
在新的研究中，研究团队在实验室里制造了人工闪电，并将这些闪电直接应用于从自然死亡的捐赠尸体中提取的人体骨骼样本上。闪电物理学家在实验室里搭建了一个强电流脉冲发生器，它可以在几微秒内向骨骼发送高达15000安培的电流。
如此高的脉冲电流能够让研究人员模拟闪电穿过骨骼的情况。虽然自然界的闪电通常具有更高的电流强度，但是比起以某种方式将人体组织放置在自然雷击的路径上，这个实验装置给了研究人员更大的控制。
一旦骨骼被施加电流，研究人员就会将骨骼切片，然后使用光学显微镜和微CT成像加以分析。通过在细胞水平上观察这些骨骼，研究人员发现了 一种独特的由短时间的闪电电流通过其细胞时造成的创伤模式 。这种损伤的形式是从骨管的中心辐射出来的裂缝，或者是不规则地在细胞群之间跳跃。
实验诱导电流通过人体骨骼引起的微创伤和微骨折的模式（中），和一个已知在自然的致命雷击下死亡的幼年长颈鹿的案例（下）；最上的图片中显示的是用于作为参照的未受损伤的人类骨骼样品。| 图片来源：Patrick Randolph-Quinney, Forensic Science Research Group, Northumbria University and Tanya Augustine & Nicholas Bacci, School of Anatomical Sciences, University of the Witwatersrand.
这种损伤的整体模式与其他高能创伤 （如火灾造成的创伤）相比非常不同。研究人员在被自然闪电杀死的动物身上也发现了同样的创伤模式。他们将从人类身上得出的结果与已知是被雷电击中的野生长颈鹿的骨骼进行了比较，发现尽管人骨的微观结构与长颈鹿骨大不相同，但损伤模式是相同的。
那么，导致骨骼上出现这些微小断裂的具体机制是什么呢？研究人员认为有两种可能——单独或结合起来，都可以造成这种创伤。
第一，是 电流本身在穿过骨骼时产生的高压冲击波 。闪电专家将这种现象称为气压创伤：骨细胞被通过的电流炸开。第二， 骨骼在电场中会表现出奇怪的行为 ，这种情况被称为 压电效应 ，胶原蛋白是骨骼的有机组成部分，它们会排列成纤维或原纤维。当有电流通过时，原纤维会自行重新排列，导致在骨骼里的矿化和结晶部分中产生应力，进而导致变形和裂开。
这两种机制都会导致骨折 ，而这种独特的微小创伤正是研究人员想要寻找的确凿证据。
这项实验是在人类骨骼深处对闪电创伤留下的独特标记进行识别的首个研究，它使我们能够在软组织都尽数消失、只留下了骨骼的情况下鉴定闪电。它的独特之处在于将不同的学科结合在了一起，试图理解闪电对人体的影响，其长期目标是为那些有可能被闪电杀死的人创造更安全的环境。
研究结果也为现实世界的法医案件提供了一种新鉴定的工具。在全球气候变化可能导致雷暴和雷击的数量和严重程度显著增加之际，在法医人员调查死亡事件时，或将不得不定期地使用这一工具。
#创作团队：
原文：
Patrick Randolph-Quinney（诺森比亚大学法医学副教授）
Nicholas Bacci（南非金山大学解剖学讲师）
Tanya Nadine Augustine（南非金山大学高级讲师）
编译：糖兽
#参考来源：
https://theconversation.com/forensic-science-is-unlocking-the-mysteries-of-fatal-lightning-strikes-170239
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589871X21000760?via%3Dihub
https://www.wits.ac.za/news/latest-news/research-news/2021/2021-11/harnessing-thors-hammer.html
#图片来源：
封面图：wilhei / Pixabay