有的闪电像一朵发光的盛开着的“绣球”菊花，有时候发出白光，有时候又发出象流星一样的粉红色光。有的像横向或向下悬挂的枝杈纵横的树枝，又象地图上支流很多的河流，发出耀眼的光芒和很细的光线。有的像闪光的珍珠项链，还有的看起来好象是在云面上有一片闪光。

如此美丽的闪电是怎样形成的呢？

如果我们在两根电极之间加很高的电压，并把它们慢慢地靠近。当两根电极靠近到一定的距离时，在它们之间就会出现电火花，这就是所谓“弧光放电”现象。

雷雨云所产生的闪电，与上面所说的弧光放电非常相似，只不过闪电是转瞬即逝，而电极之间的火花却可以长时间存在。因为在两根电极之间的高电压可以人为地维持很久，而雷雨云中的电荷经放电后很难马上补充。当聚集的电荷达到一定的数量时，在云内不同部位之间或者云与地面之间就形成了很强的电场。电场强度平均可以达到几千伏特／厘米，局部区域可以高达1万伏特／厘米。这么强的电场，足以把云内外的大气层击穿，于是在云与地面之间或者在云的不同部位之间以及不同云块之间激发出耀眼的闪光。这就是人们常说的闪电。

那么，雷雨云中的电荷又是怎样产生的呢？

科学家们对雷雨云的起电机制及电荷有规律的分布，进行了大量的观测和实验，积累了许多资料并提出了各种各样的解释，归纳起来，云的起电机制主要有如下几种：

A.对流云初始阶段的“离子流”假说

大气中总是存在着大量的正离子和负离子，在云中的水滴上，电荷分布是不均匀的：最外边的分子带负电，里层带正电，内层与外层的电位差约高0．25伏特。为了平衡这个电位差，水滴必须“优先’吸收大气中的负离子，这样就使水滴逐渐带上了负电荷。当对流发展开始时，较轻的正离子逐渐被上升气流带到云的上部；而带负电的云滴因为比较重，就留在下部，造成了正负电荷的分离。

B.冷云的电荷积累

当对流发展到一定阶段，云体伸入0℃层以上的高度后，云中就有了过冷水滴、霰粒和冰晶等。这种由不同相态的水汽凝结物组成且温度低于0℃的云，叫冷云。冷云的电荷形成和积累过程有如下几种：

a. 冰晶与霰粒的摩擦碰撞起电

霰粒是由冻结水滴组成的，呈白色或乳白色，结构比较松脆。由于经常有过冷水滴与它撞冻并释放出潜热，故它的温度一般要比冰晶来得高。在冰晶中含有一定量的自由离子(OH-或OH )，离子数随温度升高而增多。由于霰粒与冰晶接触部分存在着温差，高温端的自由离子必然要多于低温端，因而离子必然从高温端向低温端迁移。离子迁移时，较轻的带正电的氢离子速度较快，而带负电的较重的氢氧离子(OH-)则较慢。因此，在一定时间内就出现了冷端H 离子过剩的现象，造成了高温端为负，低温端为正的电极化。当冰晶与霰粒接触后又分离时，温度较高的霰粒就带上负电，而温度较低的冰晶则带正电。在重力和上升气流的作用下，较轻的带正电的冰晶集中到云的上部，较重的带负电的霞粒则停留在云的下部，因而造成了冷云的上部带正电而下部带负电。

b. 过冷水滴在霰粒上撞冻起电

在云层中有许多水滴在温度低于0℃时仍不冻结，这种水滴叫过冷水滴。过冷水滴是不稳定的，只要它们被轻轻地震动一下，马上就会冻结成冰粒。当过冷水滴与霰粒碰撞时，会立即冻结，这叫撞冻。当发生撞冻时，过冷水滴的外部立即冻成冰壳，但它内部仍暂时保持着液态，并且由于外部冻结释放的潜热传到内部，其内部液态过冷水的温度比外面的冰壳来得高。温度的差异使得冻结的过冷水滴外部带正电，内部带负电。当内部也发生冻结时，云滴就膨胀分裂，外表皮破裂成许多带正电的小冰屑，随气流飞到云的上部，带负电的冻滴核心部分则附在较重的霰粒上，使霰粒带负电并停留在云的中、下部。

除了上述冷云的两种起电机制外，还有人提出了水滴因含有稀薄的盐分而起电和暖云的电荷积累两种说法。

闪电的结构又是怎样的呢？

我们以线状闪电为例来介绍闪电的结构。闪电是大气中脉冲式的放电现象。一次闪电由多次放电脉冲组成，这些脉冲之间的间歇时间都很短，只有百分之几秒。脉冲一个接着一个，后面的脉冲就沿着第一个脉冲的通道行进。现在已经研究清楚，每一个放电脉冲都由一个“先导”和一个‘回击”构成。第一个放电脉冲在爆发之前，有一个准备阶段—“阶梯先导”放电过程：在强电场的推动下，云中的自由电荷很快地向地面移动。在运动过程中，电子与空气分子发生碰撞，致使空气轻度电离并发出微光。第一次放电脉冲的先导是逐级向下传播的，象一条发光的舌头。开头，这光舌只有十几米长，经过千分之几秒甚至更短的时间，光舌便消失；然后就在这同一条通道上，又出现一条较长的光舌(约30米长)，转瞬之间它又消失；接着再出现更长的光舌……光舌采取“蚕食”方式步步向地面逼近。经过多次放电—消失的过程之后，光舌终于到达地面。因为这第一个放电脉冲的先导是一个阶梯一个阶梯地从云中向地面传播的，所以叫做“阶梯先导”。在光舌行进的通道上，空气已被强烈地电离，它的导电能力大为增加。空气连续电离的过程只发生在一条很狭窄的通道中，所以电流强度很大。

当第一个先导即阶梯先导到达地面后，立即从地面经过已经高度电离了的空气通道向云中流去大量的电荷。这股电流是如此之强，以至空气通道被烧得白炽耀眼，出现一条弯弯曲曲的细长光柱。这个阶段叫做“回击”阶段，也叫“主放电”阶段。阶梯先导加上第一次回击，就构成了第一次脉冲放电的全过程，其持续时间只有百分之一秒。

第一个脉冲放电过程结束之后，只隔一段极其短暂的时间(百分之四秒)，又发生第二次脉冲放电过程。第二个脉冲也是从先导开始，到回击结束。但由于经第一个脉冲放电后，“坚冰已经打破，航线已经开通”，所以第二个脉冲的先导就不再逐级向下，而是从云中直接到达地面。这种先导叫做“直窜先导”。直窜先导到达地面后，约经过千分之几秒的时间，就发生第二次回击，而结束第二个脉冲放电过程。紧接着再发生第三个、第四个…．。直窜先导和回击，完成多次脉冲放电过程。由于每一次脉冲放电都要大量地消耗雷雨云中累积的电荷，因而以后的主放电过程就愈来愈弱，直到雷雨云中的电荷储备消耗殆尽，脉冲放电方能停止，从而结束一次闪电过程。

大家都知道，带异性电的两块云接近时放出闪电，闪道中因高温使空气体积迅速膨胀、水滴汽化而发出强烈的爆炸声，这就是我们常说的“闪电雷鸣”。闪电为什么总是弯弯曲曲的呢？美国国家气象局的内泽特·赖德尔认为，每当暴风雨来临，雨点即能获得额外的电子。电子是带负电的，这些电子会追寻地面上的正电荷。额外的电子流出云层后，要碰撞别的电子，使别的电子也变成游离电子，因而产生了传导性轨迹。传导的轨迹会在空气中散布着的不规则形状的带电离子群中间跳跃着迂回延伸，而一般不会是直线。所以，闪电的轨迹总是蜿蜒曲折的。

在去年全美地球物理联合会会议上，人们看到了一段影片。影片描述闪电撞击地面后形成的闪电球的诞生，成长的全过程。这部每秒一千帧的高速摄制的影片由一部设置于怀俄明南部的电子监视器拍摄，表现了一片位于内布拉斯加上空的雷暴云。当云层中的氮气突然发亮后，云层翻滚的边缘直冲向下，同时，一股剧烈的气浪在几千分之一秒内直冲上电离层。其后，云层中的静止水珠和在十分之一秒内逐渐熄灭的巨大亮光向上漂浮，就象焰火中的余焰。

据日前出版的巴西《今日科学》杂志报道，巴西圣保罗大学物理学家科特曼及其研究小组经过2年时间的研究后提出，球形闪电是因硅燃烧发光而形成的。

实验中，研究人员发现，将土壤样品暴露在跟闪电过程一样的条件下，就会产生含有硅的纳米微粒，其被氧化的速率与球形闪电平均8秒的生命周期是一致的。研究人员由此提出一种理论，即，土壤被雷电击中后，会向大气释放含有硅的纳米微粒，来自雷电袭击的能量以化学能的形式储存在这些纳米微粒中，当达到一定高温时，这些微粒就会氧化并释放能量，形成球形闪电。

球形闪电也称电火球，是一种与雷电有关的自然现象。它时常漂浮在半空中，与地面接触后会反弹，与之接触的物质顷刻间便会被烧焦。

闪电固然美丽，但它也有许多弊处，如尖端放电，容易击中人和物等。随着科学技术的迅速发展，闪电这一自然现象已基本上被人们了解。但是我们应当在了解闪电的基础上，做到控制闪电并使之为人类服务。怎样才能取其利而避其害呢？

雷鸣电闪时在室外的人，为防雷击，应当遵从四条原则。一是人体应尽量降低自己，以免作为凸出尖端而被闪电直接击中。二是人体与地面的接触面要尽量缩小以防止因“跨步电压”造成伤害。所谓跨步电压是雷击点附近，两点间很大的电位差，若人的两脚分得很开，分别接触相距远的两点，则两脚间便形成较大的电位差，有强电流通过人体使人受伤害。第三是不可到孤立大树下和无避雷装置的高大建筑体附近，不可手持金属体高举头顶。第四是不要进水中，因水体导电好，易遭雷击。总之，应当到较低处，双脚合拢地站立或蹲下，以减少遭遇雷的机会。

　　雷电期间在室内者，不要靠近窗户、尽可能远离电灯、电话、室外天线的引线等；在没有避雷装置的建筑物内，应避免接触烟囱、自来水管、暖气管道、钢柱等。

我们可以利用闪电人工制肥。自然界的闪电火花有几公里长，温度很高，一定有不少氮和氧化合生成二氧化氮。闪电时生成的二氧化氮溶解在雨水里变成浓度很低的硝酸。它一落到土壤中，马上和其它物质化合，变成硝石。硝石是很好的化肥。有人计算过每年每平方公里的土地上有100克到l000克闪电形成的化肥进入土壤。

有人在田野里竖立三根杆子(制肥器)，一般是木杆，杆高约20米，杆距120米，杆子顶部装有金属接闪器，用金属导线从接闪器一直引到地下埋入土中。建立后，曾进行了两次雷击实验。在每次雷击后对实验地段附近地区的雨水及土壤进行化学分析，测量其中硝酸态氮含量的增减。第一次雷击强度较小，比较明显的范围半径约15米，有效面积约1亩左右。经过土壤分析。结果是约增氮1.88斤至2斤，相当于硫酸铵9.4斤／亩至10斤／亩。第二次雷雨强度较大，以实验地点为中心50米半径范围内，平均每亩增加2.7公斤，相当于硫酸铵13.55公斤。

虽然这些数字只是从次数不多的试验中分析化验的结果，但是它可以直观地说明，闪电可以增加土壤里的氮肥，对农作物的生长有一定好处。

闪电是大自然创造出的杰作，如果没有闪电，这世界就会少了许多美丽¡