环境
说起闪电的形成过程，还得从雷暴天气发生之前的晴天谈起。
由于地球是良导体，自身的电容量很大，因此，人们将地球的电势规定为0。在距离地球表面60公里以上的区域是电离层，本身带有一定量的正电荷。于是，带正电的电离层和电势为0的地面就组成了一个电容器，二者之间的电势差（电压）可达250千伏（kV）。即便是晴天，地面附近的电场强度也会达到约100伏/米。也就是说，在人的头顶和脚底之间也有上百伏的电压。不过，这个电压不会对我们造成任何影响。
而雷暴天气时的大气电场与之相比，则有很大差别。雷暴云是可以产生雷暴的积雨云，位于地面和电离层之间，距离地面几公里至十几公里，内部有很强烈的对流运动。因为雷暴云内的正负电荷被分别集中于特定的区域，具有明显的分层特征，使原来晴天大气中带电粒子的分布状况和电场的强度发生极大的改变。科学家们测出，当发生闪电的时候，雷暴云中的电场强度非常高，电压降可达几十万伏/米，雷暴云与地面之间的电压甚至能达到上亿伏。
对流运动使电荷分离
那么，雷暴云为什么会有如此大的电场强度呢？
虽说雷暴云中的粒子都是由水组成的，但是随着高度和温度、压力的不同，水呈现出不同的面貌。气态的水称作水汽，若随着空气膨胀过程变冷就形成液态的水滴，进一步冷却，则会形成固态的冰晶、雪晶、雪花、霰粒、小雹粒等等。以上这些粒子的粒径和比重都不相同，原本都是电中性的，它们在对流层中随着气流运动而上下飞舞、互相碰撞。由于不同的粒子束缚正、负电荷的能力有所不同，于是，不同的粒子碰撞的过程中，互相带上了不同极性的电荷。这就像用摩擦毛皮和橡胶棒的方法分离电荷，最终，使毛皮带正电，橡胶棒带负电。
通常情况下，云层里的冰晶更容易带正电，冰雹和水滴更容易带负电。由于冰晶比冰雹和水滴轻，在强对流活动的驱动下，这些粒子逐渐带上了电荷，所处的位置也逐渐出现分异：较轻的冰晶携带正电荷位于云层上部，较重的冰雹和水滴携带负电荷位于云层下部。尽管每个粒子带的电量是非常小的，但是由于云层里的粒子数量极其巨大，聚集在一起就能体现出宏观效应。同时，由于对流运动非常复杂，云层的电荷分布会在局部位置出现反常。这样，雷暴云便体现为三个典型的带电区域：上部正电荷区，下部负电荷区，同时，在云层最下方还存在小范围的正电荷区。当雷暴云中电荷分离达到一定程度，导致云内的电场积累增强，最终导致空气击穿并进一步形成闪电。
当雷暴云中的带电粒子在竖直方向上运动到对流层顶时，会受到上方的平流层压制，然后沿着平流层横向扩散开来，于是，把一个区域的电荷搬运到另一个区域。因此，在大片的雷暴云之间，即使水平距离很远，也经常会携带不同的电荷，彼此之间也存在电势差。
（更多精彩图片及完整内容请阅览《科学世界》2013年第10期）
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