蕈狀雲

蕈狀雲又稱蘑菇雲，是一種由煙塵組成的蘑菇狀火積雲，通常由大爆炸引起的水蒸氣壓縮造成。這種現象常與核爆炸聯繫起來，但只要有足夠的能量爆炸或燃燒會產生同樣的效果。高能常規武器，如空投高功率真空炸彈和GBU-43/B大型空爆炸彈，甚至大型工業意外，也會產生蕈狀雲。一些火山噴發和撞擊事件則能產生自然蕈狀雲。

由煙箱而非浮力產生的蕈狀雲。

1990年4月21日里道特火山噴發時產生的蕈狀雲，火山碎屑流組成的蕈狀雲從火山北側升起。

1945年8月9日日本長崎市原子彈爆炸時產生的蕈狀雲。

任何高度突然產生巨大體積的低密度氣體都會形成蕈狀雲，這一過程導致瑞利－泰勒不穩定性。大量氣體急劇上升導致沿其邊緣彎曲向下的渦旋，從而形成一個渦環組成中心柱狀「蘑菇梗」。氣體以及夾帶的潮濕空氣最終上升到外界與其密度相同的高度並散開，而從低處升來的塵埃則會沉積（參見放射性落下灰）。這一穩定高度取決於溫度、露點以及起始高度上方空氣的風切變。

詞源

雖然這個術語似乎是從1950年代開始流傳的，但實際上由爆炸產生的蕈狀雲早在原子時代之前已有描述。例如1937年10月1日，英國泰晤士報報道日本進攻中國上海時產生了「巨大的蘑菇狀煙雲」，1917年加拿大哈利法克斯爆炸時也有同樣的描述。第二次世界大戰期間對蕈狀雲的描述是比較常見的。

1945年8月13日泰晤士報報道日本長崎原子彈爆炸產生的現象時用了「巨大的蘑菇狀煙塵」的描述。1945年9月9日，美國紐約時報刊載了乘坐執行轟炸飛機的曼哈頓計劃官方記者威廉·倫納德·勞倫斯關於長崎原子彈爆炸的目擊證詞。文中他寫道炸彈產生了「紫色火柱」，在那之上是「一朵巨大的蘑菇將那柱子延伸至45,000英尺」。

1946年年底，十字路口行動的原子彈實驗中的蕈狀雲被描述為「花椰菜雲」，但一位記者寫到「蘑菇現在已經是原子時代的象徵了」。蘑菇在過去一直和生與死、食物與毒藥相關聯，這使其成為比「花椰菜」更為強力的符號。

物理學解釋

蕈狀雲內部剖析圖。冷空氣接觸到渦環，使其冷卻成為雲。

蕈狀雲由各種在重力條件下的大爆炸產生，但最出名的還是由核爆炸產生的種類。如果沒有重力的作用，爆炸形狀將會是球形的。核武器通常在空中爆炸（而非撞擊地面，因在地面爆炸多數能量將被地面吸收）以最大化其威力。爆炸後產生的火球瞬間開始在空氣中上升，這一過程原理與熱氣球相同。其上升具有瑞利－泰勒不穩定性，空氣被向上托起（類似上升氣流及煙囪）並導致被稱為「餘風」的強氣流，此時在雲頂部熱氣體旋轉形成渦環。當爆炸高度足夠低，這些餘風便會捲起地面的灰塵和碎片形成蕈狀雲的梗幹部分。當大量的熱氣體到達其均衡水平時便停止上升，最終形成蕈狀雲頂蓋形狀。

1954年3月1日試驗的喝彩城堡氫彈，圖中可見多個縮合環和冰蓋。

核爆炸蕈狀雲

高空核爆炸不會產生蕈狀雲。蕈狀雲頂部含有核分裂產生的大量放射性物質，通常由風吹散並通過天氣形式（通常為雨）落至地面，形成放射性落下灰。

地下或海底核爆炸同樣不會產生蕈狀雲，由於爆炸造成的土和水的蒸發會原地形成氣泡。接近水面的水下爆炸會產生水柱，外觀類似花椰菜，與蕈狀雲相似（比如著名的十字路口Baker試驗）。較淺地層的地下核試驗則會產生基浪——兩種不同的雲。隨爆炸深度的增加釋放到大氣中的輻射量也會降低。

至於地表以及空中核爆，被拋射升空的碎屑量隨爆炸高度的增加而減小。爆炸高度約7米/千噸當量時不會產生爆心，且產生的灰塵和碎屑量相對較少。放射塵自由高度（高於此高度的放射性粒子只包含小火星）約為55米/千噸當量。然而即使在這種爆炸高度，放射塵也會以不同方式形成。

核武器當量與蕈狀雲大小關係圖。

蕈狀雲大小與核武器爆炸產量、核武類型、聚變/裂變比、爆炸高度、地形類型以及天氣有關。總的來說，小當量爆炸的90%放射性包含在「蘑菇蓋」中，剩下的10%屬於「蘑菇梗」。相比之下，百萬噸級爆炸的放射性更多地包含在蕈狀雲最下層的三分之一。

剋星-爭吵行動「查理」，1.4萬噸當量。圖示為其生成中的梗幹部分，圖中可見上方火球以及形成中的水蒸氣壓縮雲。

不倒翁睡犬行動中的蕈狀雲形成過程。爆炸左側的煙帶是用於觀測震波的，與蕈狀雲無關。

參見

• 廣島市原子彈爆炸
• 長崎市原子彈爆炸
• 東京大轟炸
• 德勒斯登轟炸
• 王恭廠大爆炸
• 2015年天津港危化品倉庫爆炸事故
• 2020年貝魯特爆炸事故

參考書目

• Glasstone, Samuel, and Dolan, Philip J. The Effects of Nuclear Weapons 3rd edn. Washington, DC: United States Department of Defense and Energy Research and Development Administration, 1977. (esp. "Chronological development of an air-burst" and "Description of Air and Surface Bursts" in Chapter II)
• Vigh, Jonathan. Mechanisms by Which the Atmosphere Adjusts to an Extremely Large Explosive Event, 2001.

外部連結

• Carey Sublette's Nuclear Weapon Archive has many photographs of mushroom clouds
• DOE Nevada Site Office has many photographs of nuclear tests conducted at the Nevada Test Site and elsewhere
• Burning bulbs （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） is a set of photographs by Kevin Tieskoetter, showing fine mushroom cloud structures generated by burning lightbulb filaments in air