当炸弹爆炸时，能量会杂乱无章地向四面八方射出。那么，为什么核爆炸会导致蘑菇云，而不是不断扩大的火球？

加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室计算工程研究员凯蒂·伦德奎斯特(KatieLundquist)表示，尽管能量爆发最初确实形成了一个热空气球体，但这只是故事的开始。由于热空气上升，中间流体柱中较大的球体比边缘承受更大的浮力。

伦德奎斯特说：“按照球体的形状，中间有最大的低密度流体柱，因此上升最快，”就像在烤箱中上升的纸杯蛋糕的中间一样。（虽然我们倾向于互换使用“流体”和“液体”，但对于科学家来说，术语“流体”可以指液体或气体；两者都没有固定的形状，能够流动并且可以描述根据伦德奎斯特的说法，由同一组数学方程组成。）

伦德奎斯特告诉《生命科学》，尽管整个球体都在上升，但由于这个中间柱以更大的紧迫性升高，球体外较冷的空气开始“冲入正在上升的气泡下方”。

这会导致上升的气泡扭曲成圆环或甜甜圈形状。而且由于热空气分子在带电状态下快速移动，以高速相互弹跳，最终在它们之间形成了如此大的空间，以至于形成近乎真空的状态。伦德奎斯特说：“这种物质射流被吸入真空并向上推，从而形成顶部的蘑菇云和底部环面内较平坦的区域。”这种吸入灰尘和碎屑的喷射流形成了蘑菇云的茎，即使它进入蘑菇云盖也是如此。

战时投下的核弹和科学实验表明蘑菇云可以在地球上形成，但在太空中呢？如果核弹被扔到月球上爆炸，会产生蘑菇云吗？伦德奎斯特说答案是否定的。

“你需要一个大气层，这样它们才能拥有那种流体物质，比如空气，“她说，“这不会发生在真空中。”月球的无空气环境无法将最初的球体扭曲成环面，并且空气密度也不会存在差异，以吸收该物质柱以生长云。

正如有不同种类的蘑菇，也有各种各样的蘑菇云。根据炸弹的爆炸当量和爆炸高度，产生的蘑菇云会有不同的特征。第二次世界大战结束时发生在日本广岛和长崎的爆炸有两个主要部分，一部分包括上方的滚滚白云，由炸弹本身的汽化产物和周围空气中的冷凝水制成；另一部分是由棕色物质组成的蘑菇茎。但是这两部分并没有完全接触，如下图所示。

伦德奎斯特说：“有一团非常明显的白云，然后是下面的棕色云。”这些云上的帽和杆没有接触，因为炸弹在高处引爆，距离地面近米（2,英尺）。据美国能源部称，尽管它们造成了毁灭性的破坏，但与后来制造的武器相比，它们相当薄弱，爆炸的威力约为20千吨TNT或更少。（另一方面，前苏联的沙皇炸弹产量为50,千吨TNT。）

伦德奎斯特说，在经过测试的核弹中，核弹更强大或在离地面更近的地方爆炸，茎和帽融合成经典的蘑菇外形。

伦德奎斯特和她的实验室同事研究这些影响，以便在发生核危机时，他们将能够“知道放射性粒子的位置，以正确预测沉降，然后为保护公众健康的后果管理提供指导。”

据《原子科学家公报》称，虽然核世界末日的威胁是真实存在的，但世界上的总核武库的核弹数量在减少，现在核弹数量约10,枚核弹，远低于20世纪80年代的60,多枚。