闪电的形成与云层有什么关系？

令人称奇的是，一道闪电竟会产生1亿～10亿伏的电量。美国国家气象局提供的数据表明，一道典型的闪电所产生的电量足够一只100瓦的灯泡亮3个月。闪电向人类展现了它的威力和壮观，同时也给我们留下了一个令人惊讶的科学谜团：闪电究竟是如何形成的？

壮观的谜题

在雷暴中，暴风云都带电，它们就像天空中巨大的电容器。电容器是由两块导电的平板组成的电器，两块平板中间为绝缘间隙。当电压被加在平板上时，能量就被储存在相应的电场中。对于类似电容器的云层而言，云层的上方是正极，下方是负极。至今我们仍然不确定云层是如何带电的，下面让我们来看一种可能的解释。

作为水循环运动的组成部分，湿气在大气中聚集，形成我们所看到的云。云层里包含了几万亿颗水珠以及悬浮在空气中的冰晶。在不断的蒸发和冷凝过程中，这些水珠与上升过程中进行冷凝的湿气发生摩擦。同时，不断上升的湿气也可能与正在落向地面或处于云层下方的冰或雨夹雪发生摩擦。摩擦的结果是，电子从不断升高的湿气中分离出来，产生了电荷的分离。

新分离出来的电子汇集在云层的下方，使其带上负电荷。不断升高的湿气失去了电子，为上方的云层带来正电荷。

除了摩擦之外，冷冻也起到了重要作用。当上升的湿气与云层上方较冷的部分相遇时，湿气开始凝固。冷冻凝结的那部分湿气就带上负电荷，未凝结的水珠带上正电荷。此时，上升的气流把带有正电荷的水珠带到了云层的顶端。其余已凝结的部分可能会落入云层下方或继续落至地面。

了解了摩擦和冷冻的作用过程，我们就可以理解云层是如何获得闪电所需要的正负电荷了。

电场

当云层中的电荷相互分离时，会出现与电荷对应的电场。与云层中的电荷分离类似，电场也是下方带有负电荷，上方带有正电荷。

电场强度与云层中聚集的电荷数直接相关。随着摩擦和冷冻过程的持续发生，云层顶部和底部的电荷不断增加，电场的强度也随之增大。电场强度如此之大，使得在云层下方强大的负电荷作用下，位于地表的电子被迫进入更深的土壤中。这一电子斥入过程使地表获得了强大的正电荷。

现在还需要一条连接带负电的下方云层与带正电的地表之间的导电通道。强大的电场提供了这条通道。

引爆空气

紧随“先导”

强大的电场使云层周围的空气“分解”，气流开始流动，试图中和分离的电荷。空气的分解产生了一条导电通道，就像在云层与地面之间竖起了一根长长的金属棒。

当电场强度变得很大时，就具备了适合空气分解的条件。在电场的作用下，电场周围的空气分解为带正电的离子和电子。换句话说就是空气被离子化了。要记住，离子化并不意味着负电荷（电子）或正电荷（正离子）的数量要比离子化之前多。离子化只能表明电子和正离子与它们先前在分子或原子结构中时相比，彼此的距离更远。也可以说，电子从未离子化的空气的分子结构中被分离了出来。

这一分离或剥离非常重要，因为与分离前相比，电子的运动变得更加容易。因此，离子化的空气，也叫“等离子体”，比未离子化的空气导电性更强。大自然正是运用等离子体来中和电场里的电荷分离。我们可以这样想，离子化的过程就是在空气中开辟出一条供闪电运行的通道，就像在山中挖掘一条隧道来使火车通过一样。

这条通道并不是瞬间形成的。事实上，云层为等离子体铺设了多条通道。这些通道通常被称为“梯级先导”。

这些梯级先导分几批到达地面。各个方向空气离子化的程度不尽相同。空气中的任何物质如尘土或杂质，可能会加速空气在某一方向上的分解，在这个方向上的梯级先导也有机会更快地到达地面。

在初始先导发生弯曲或转向的区域，梯级先导可能会生成其他先导。这一过程一旦开始，不管这一先导是否首先抵达地面，它都会保持原位不动，直到电流开始流动。这一先导可能会在生成等离子体的过程中继续增强，或在目前的等离子体中耐心等候，直到另一个先导击中目标。

首先到达地面的先导为云层与地面铺设了导电的通道。先导并不是闪电的闪击，它只是勾画出闪击即将运行的轨迹。闪击是从云层到地面突然而巨大的电流释放。

接近天空

当梯级先导接近地面时，地表的物体开始对强大的电场作出回应。这些物体通过不断加强的正闪流接近云层。地表的任何物体都具有发送闪流的潜能，甚至是人类。闪流一旦生成，就不再向云层靠近；当梯级先导向下运动时，连接空隙才是它们的职责。这些闪流会耐心等待，当梯级先导靠近地面时，它们就会向上伸展。

梯级先导与闪流相遇后，等离子体就完成了它通往地面的旅行，在云层与地面之间架设了一条导电通道。通道架设完毕后，地面与云层之间就会产生电流运动。大自然是通过电流放电的方式来试图中和电荷分离的。放电发生时，我们所看到的闪光并不是闪击，它只是闪击所产生的地方效应。