第110章 知識儲備
驚蟄聞雷米如泥，是前世諺語，意思是指驚蟄日打雷，當年的稻穀會大豐收。
為什麼會豐收？
這可以關聯到另一句漢語俗語：春雨貴如油。
春雨貴如油，比喻春季雨水珍貴，對農業生產至關重要。
打雷下雨一家親嘛，就和拉屎撒尿一樣，不單獨出現。
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這兩句話也是農業靠天吃飯的濃縮體現。
農民觀察了幾千年後發現，一場應時的驚蟄雷雨，幾乎是風調雨順、五穀豐登的完美預兆。
但雷雨的作用不僅於此，雨是油的話，那雷又是什麼呢？
古人對此一無所知，也無需知道。
就好像人類使用火焰百萬年，卻並不了解氧化反應一樣，這並不影響使用。
魯迪烏斯是在前世上過高中後，才了解到雷可以固氮的。
高中生物中有講，植物生長需要三種最主要的元素：氮、磷、鉀。
雖然生物課本上沒接著告訴魯迪烏斯，磷和鉀從何而來，但他在前世也依照興趣，了解到那來自植物的共生朋友：真菌。
真菌會為植物提供磷和鉀元素，而植物會回饋給真菌碳元素。
如果轉生成真菌的話，植物顯然是真正的盟友，或者說是盟友都太謙虛了，應該直接稱號對方為人生合伙人。
而且是離開對方就會死的那種合伙人。
對於普通人來講，植物和真菌的關係，就是在木樁上種蘑菇，可它們的關係遠不單單是真菌汲取植物屍體的養分那麼簡單。
它們之間是古老的、高度成功的共生關係，是一場共同演化持續4億年的雙贏合作。
植物負責把陽光變成糖，真菌負責從土壤里挖礦。
至於蘑菇，則是真菌的生殖器官，按照大小比例來看，可能相當於人和自己的頭髮作對比？
【並非如此。
你的對比很有趣，但一根頭髮直徑約0.1毫米，人的身高約1.7米，長度比例大約是1
：17000。
一個蜜環菌的菌絲體可以蔓延超過9平方公里，重達數百噸，是地球上最大的生物體
之一。
而它長出的蘑菇，每個只有幾克到幾十克重。如果按質量比例，可能是1：10億甚至更大。
所以，更精確的比喻應該是：蘑菇對於真菌整體，就像一個蘋果對於整片森林。】
怎麼說呢？
大多數人對真菌的恐怖一無所知，只認為看到的那根蘑菇就是全部。
卻不知道森林的土壤里，藏匿著的根系與真菌才是真正的王者。
或許用萬萬人的信仰供氧出一位神的比喻來說明數量關係也很形象？
哦————這個比喻真是不錯，感覺神跟格調似的，哈哈哈哈哈。
魯迪烏斯搖了搖頭，拋開自己轉生為真菌後，菌臨天下的暢享。
還是說說氮吧。
眾所周知，空氣中含量最多的氣體就是氮氣，占比78%左右。
可以說就是一個取之不盡、用之不竭的巨大「氮庫」了。
從地球整體的物質循環來看，植物所能補充的氮元素，其最終來源幾平全部是空氣中
的氮氣（N2）。
在農業生產中，農民通過輪耕，種植固氮類植物，比如豆類，來增加土壤的肥力。
可他們不知道的是，雷電同樣可以固氮。
【生物固氮（占比最大，約90%）：根瘤菌（與豆科植物共生）、固氮螺菌（與水稻、甘蔗等共生或聯合）、以及藍藻、自生固氮菌等，把N2轉化為氨。
高能固氮（雷電、燃燒等，約占10%）：打雷閃電製造出氮氧化物，隨雨水落下。
這也是自然界的「免費化肥」。】
魯迪烏斯看著根瘤菌的描述，突然很好奇，他還一直以為是豆類植物自身在固氮，難道並非如此？
又是真菌？
【根瘤菌不是真菌，它是細菌（而且是原核生物）。
豆科植物本身並沒有獨立的固氮基因。
它的「固氮能力」來自於和細菌共生的結果：
豆科植物提供根瘤這個「房子」和碳水化合物「食物」，根瘤菌提供「固氮酶」這個「機器」，兩者合作完成固氮。】
所以固氮不是真菌的專長，而是細菌的專長？
【完全正確。】
那看來真菌只負責提供磷和鉀了。
【不太準確。
鉀不是真菌的特長。
鉀在土壤中移動性相對較好，植物自己根系吸收鉀的能力已經很強，不太依賴真菌。
有一類叫「解鉀細菌」，它們能分泌有機酸等物質，把土壤礦物中固定的鉀溶解出來。
這還是細菌的功勞，不是真菌。
更精確的來說：
真菌主供磷，細菌主供氮，鉀需要細菌來「解」或者根系自己吸。
但菌根真菌同時也能幫助植物吸收鋅、銅等微量養分和水分。】
這是因為記憶太過久遠模糊了，還是當時根本就是學到了錯誤的知識呢？
嗯喝————
整理完植物相關的知識，魯迪烏斯再次將目光轉向僅僅占比10%的高能固氮。
其實，現代社會還有工業固氮，也就是所謂的化肥。
魯迪烏斯記不得發明化肥的傢伙叫什麼了，只記得他好像是愛因斯坦的朋友。
只是無職世界這種中世紀世界，魯迪烏斯也不打算造出個工廠產化肥。
他稍微思考了一下後，覺得自己如果真的被逼到需要造工廠的地步，造的多半也是子彈————
因此工業情況不作考慮。
說到高能固氮，他首先想到的並不是閃電，而是高溫高壓下氮氣（N2）與氧氣（02）
發生反應，生成一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。
實際上，就是生成了一氧化氮。
N2+02→閃電→2N0
但一氧化氮又會馬上與氧氣反應生成二氧化氮。
2N0+02→2N02
隨後二氧化氮溶於水生成硝酸：
3N02+H20→2HN03+NO
並隨雨水降落到地面，成為植物可吸收的硝酸鹽（NO3—）。
而且這種經過雷雨加工的氮肥，對植物們來說，要比化肥里的尿素更易吸收。
當時課堂上，化學老師自然的將話題延伸到了雷電上，並告知了學生們那句諺語：驚蟄聞雷米如泥。
魯迪烏斯聽了一遍，就記了一輩子。
話說，小學生也發生過這種事。
那時的數學老師教過他：一三五七八十臘，三十一天永不差。
還有上北下南，左西右東。
用來分辨一個月有幾天和地圖方向。
他也是聽了一遍就記了一輩子。
話說這是諺語嗎？
【這是用於記憶公曆的經典歌訣。】
什麼公曆陰曆，魯迪烏斯現在已經分不太清了。
他是理科生，不背古詩的，語文考試填寫古詩的填空題都是直接無視的。
不過，通過重複訓練，錘鍊出他理科思維，讓他用數學語言寫字的那位初中數學老師，曾炫耀性的在數學課上背過出師表————那時剛好學完出師表，並且已經過了一段時間。
那段時間，每次回想起來，魯迪烏斯都感覺自己吃了個大癟，像只在地上爬的草履蟲————因為他不會背。
不過他還是沒有回頭去背出師表就是了。
說回閃電固氮的話題。
魯迪烏斯之所以會那麼記憶深刻，是因為當時他問了化學老師一個問題。
既然高溫高壓可以延伸到閃電上，那鞭炮呢？
火藥爆炸形成的，不同樣是高溫高壓的環境？
為什麼不能固氮？
難道燃放煙花爆竹，除了污染空氣，就沒有一絲絲的好處了嗎？
聽到魯迪烏斯的問題後，下課後手拿教材被攔下的化學老師在思考良久後，給出的回答是可以。
那次對思考的肯定，令魯迪烏斯記憶猶新。
但之後，化學老師就以還有事為由，藉機離開了，他終究沒有通過三個問題的考驗——
——明明下一節也是化學課。
【鞭炮爆炸到底能不能固氮？
直接結論是：理論上「可以」，但實際上「等於沒有」。
從理論上來說，任何高溫高壓環境，只要能讓氮氣和氧氣反應，都能生成一氧化氮，進而固氮。
鞭炮爆炸的瞬間，溫度可達2000—3000℃，壓力可達數十甚至上百個大氣壓。
確實滿足N₂+O₂→2NO的熱力學條件。
從純化學角度，鞭炮爆炸會產生極微量的氮氧化物。
理論上，如果你在農田裡放一萬噸鞭炮，可能能頂上幾場雷雨。
它與閃電的主要不同來自於，閃電是在開放的空氣中，氮氣和氧氣無限供應。
鞭炮是封閉在紙殼裡的瞬間反應，大部分氧氣來自火藥自身的氧化劑（如硝酸鉀），而不是空氣。
爆炸後氣體迅速膨脹，外界的N2還沒來得及參與反應，壓力就降下來了。
從施肥的角度考慮。
雷電固氮發生在數千米高空，生成的氮氧化物會被氣流擴散，隨雨水均勻降落。
而鞭炮在地面爆炸，產生的任何NO會立刻被地面吸收或就地反應，很難進入土壤被植物根部利用。
同時，閃電發生在高空，那裡空氣稀薄，氮氣和氧氣更容易在高溫高壓下反應。
一顆鞭炮產生的氮肥，即使按相同效率計算，也遠低於閃電————十萬顆鞭炮才夠給一株水稻施一次「微肥」，而帶來的空氣污染、噪音、火災風險、紙屑垃圾，完全得不償失。
兩相對比之下，閃電除了偶爾劈到樹，可以說完全是一座產能大、覆蓋廣、無污染的巨型化肥廠。】
以反應條件來說，即使煙花被送上高空，對於閃電的相對位置，也可以說是接近地面。
那說一個反應條件空氣稀薄，一個反應條件空氣密度較高，自然沒有問題。
可是，空氣稀薄和高壓不是相反的條件嗎？
怎麼反倒是空氣稀薄的地方，更利於反應了？
【閃電通常發生在高空，那裡的空氣確實較為稀薄。
然而，稀薄的空氣並不意味著低壓，因為閃電發生的瞬間，能量釋放會在局部產生高壓。
從反應效率方向去考慮，稀薄的空氣雖然減少了分子間的碰撞頻率，但高溫和高壓足以克服這一影響。】
看著ai的描述，魯迪烏斯又覺得自己有些不懂閃電了。
隨即又馬上明白過來，懂得閃電的發生過程，和明白閃電會造成什麼影響是兩碼事。
所以，閃電的產生的高壓應該如何解釋呢？
【閃電在極短時間內（微秒到毫秒級）釋放大量能量，導致局部空氣迅速加熱和膨脹o
高壓是指在一個特定區域內，氣體分子密度和運動速度增加，導致壓力升高。
在閃電通道內，空氣被迅速加熱到極高溫度，分子運動劇烈，形成局部高壓。
而且就像你剛剛提到的鞭炮一樣，閃電的能量同樣會產生衝擊波。
儘管整體大氣壓力可能沒有顯著變化，卻在局部區域形成了足以滿足反應條件的高壓。】
什麼意思？
分子的運動頻率快慢不是指溫度嗎？
這和壓力有什麼關係？
【根據理想氣體狀態方程P=nkT：
P是壓強n是粒子數密度（有多「擠」）
k是常數T是溫度（粒子速度）
所以壓強由兩個因素共同決定：粒子密度（n）和粒子速度（T）。
由於閃電時間極短，閃電通道內的空氣被閃電電流瞬間加熱到幾萬度，空氣急速升溫，粒子速度瘋狂加快。
但通道周圍的冷空氣因為慣性，來不及立即膨脹出去。
結果就是：通道內的粒子被困在幾乎不變的體積里，以極高的速度瘋狂撞擊「牆壁」。
從而導致壓強瞬間飆升到大氣壓的幾十到上百倍。】
魯迪烏斯對壓力不甚了解。
但看公式就知道，溫度和離子密度是乘法關係。
所以溫度越高，壓力就會越大。
在看過解釋後，他也大致理解了壓力為什麼和溫度相關。
看來還要加上相同體積和相同離子濃度這兩個條件。
不過，不同於幾乎不可壓縮的水，氣體這種東西，肯定是越靠近地面，氣壓越高，氣體越多吧。
參與反應的原料充足不是件好事嗎？
怎麼反應原料越充足，越不利於反應了呢？
【對於閃電固氮這個特定的高能反應，「原料充足」反而是壞事，「空氣稀薄」才是
好事。
讓我們用一個簡單的比喻來解釋。
好比是一個人在跑步，他在人潮擁擠的菜市場裡，每跑一步都會撞到人，速度根本提不起來。
這樣，等你好不容易到達終點時，就會發現你的能量都浪費在撞人和躲避上了。
另一個人在空曠的田徑場上跑步，他的身邊沒什麼人，可以毫無阻礙地把速度加到最快，從而把所有能量都集中在最後一刻。
閃電固氮本身是一個高能吸熱反應，它需要克服一個非常高的能量壁壘，即氮氮三鍵（N≡N）。
它的瓶頸不是「碰撞頻率」，而是「能不能獲得足夠高的能量」。
參與反應的離子，需要足夠高的能量才能打破化學鍵。
那麼我們使用同一道閃電，即閃電的能量固定的情況下。
這些能量首先要加熱閃電通道內的所有氣體。
此時，靠近地面的空氣稠密，反應原料充足，單位體積內的分子數量巨大。
在普通化學反應看來，這是好事。
可對於閃電固氮反應來說，卻是巨大的比熱容陷阱。
閃電的能量被大量的分子稀釋了。
能量的分攤，導致閃電通道內的溫度可能只能升到幾千度，而不是幾萬度。
而幾千度的高溫又不足以讓大量氮氣分子發生反應。
與此相反，在高空中，空氣稀薄的情況下，閃電通道溫度可以飆升到30000℃，是地面閃電的幾倍甚至十倍。
在這種極端高溫下，氮氣分子被「震碎」成氮原子，然後才能與氧原子結合。
空氣稀薄同時也意味著分子間的距離更遠，這讓分子在被電場加速的過程中，可以飛很長距離而不發生碰撞，從而獲得極高的動能。
用於最終碰撞時，打破氮氮三鍵。
所以，對於需要「極端高溫」的反應，少而精的原料環境，遠勝於多而雜的原料環境。】
是能量不夠啊————魯迪烏斯突然想起來，如果將一道閃電產生的電能換算成電費，好像也就十幾塊錢的樣子。
記得當時了解到這個知識時，他還嘲笑過一部老電影《回到未來》里，主角利用一道
閃電的能量代替核反應施放的能量的橋段。
結果換到自己面對未知的問題，也同樣沒有這方面的考慮。
或許所有人的潛意識裡都覺得天威不可測，覺得閃電的能量是無窮大的吧。
魯迪烏斯本能地想知道，如果將自身周圍的氣壓降低，再釋放雷擊的魔法，是否會對敵人造成更大的殺傷。
又立刻意識到，氣壓降低會讓強大的敵人察覺到異常，同時產生的一氧化氮和二氧化氮又是有毒氣體，會對自己造成殺傷，真這麼做還得從長計議——————
也不對，頂級的戰士，在魔力激發時就可以感受到魔法師的異樣。
近身肉搏的情況下，自己很可能只有一次施法機會。
放棄雷擊魔法出其不意的出手機會，轉而為了追求傷害最大化，暴露自己的攻擊意圖，讓對方心生防備，不是南轅北轍嗎？
哎呀————
現在還是想想怎麼用雷電為田裡的麥子做些什麼吧。
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