闪电的生成机制：云层中电荷碰撞产生的巨型自然放电现象

闪电是自然界中一种壮观的大气放电现象，其生成机制涉及云层内复杂的电荷积累与释放过程，具体步骤如下：

1. 电荷分离与积累

• 云层内部分层：在强对流的积雨云（雷暴云）中，上升气流携带水汽凝结成冰晶和霰粒（小冰雹），并在碰撞过程中发生电荷转移：
  • 冰晶带正电：较轻的冰晶随上升气流聚集到云顶（约-10℃至-40℃层）。
  • 霰粒带负电：较重的霰粒下沉至云中下部（约-10℃至0℃层），形成负电荷区。
• 电荷分布：云顶形成正电荷区，云中下部为负电荷区，地面因静电感应带正电，形成巨大的电位差（可达数亿伏特）。

2. 先导放电（击穿空气）

• 阶梯先导：当云底与地面间电场强度超过空气的绝缘极限（约300万伏特/米），负电荷区向下试探性放电，形成一条电离通道（每段约50米，阶梯式延伸）。
• 路径形成：先导通道随机分支，向地面延伸，同时将负电荷输送至近地面（约100米高度）。

3. 回击放电（闪电主体）

• 连接地面：当先导通道接近地面，地面正电荷向上迎击（如通过高楼、树木），形成连接。
• 光爆发射：通道贯通瞬间，云中负电荷与地面正电荷剧烈中和，产生高达3万安培的电流，温度骤升至约30,000℃（是太阳表面的5倍），发出耀眼白光（即闪电可见部分），持续约0.1秒。

4. 后续放电（多重闪击）

• 重复过程：一次闪电常包含多次闪击。云内残留电荷通过原通道再次放电（间隔约0.05秒），形成肉眼可见的“闪烁”效果。

5. 雷声的成因

• 热膨胀爆鸣：闪电通道内空气受热急剧膨胀，形成冲击波，后衰减为声波（雷声）。因光速远大于声速，先见闪电后闻雷声。

关键数据

• 电压：1亿~10亿伏特
• 电流：平均3万安培（最高可达30万安培）
• 温度：约30,000℃
• 速度：先导放电约2×10⁵ m/s，回击放电约1.5×10⁸ m/s（光速一半）
• 长度：云地闪平均3~5公里，最长可达20公里

闪电类型

• 云地闪（CG）：云与地面间放电（占比20~30%）。
• 云内闪（IC）：云内正负电荷区放电（最常见）。
• 云际闪（CC）：不同云团间放电。

闪电的生成是电荷积累与大气击穿的物理过程，体现了自然界中能量释放的惊人威力。雷雨时务必远离空旷地带和高导电物体，避免雷击风险！