天空中的闪电是如何形成的？

闪电的条件是雷雨云中有积累和极性。科学家们对雷雨云的荷电机制和电荷的规律性分布进行了大量的观测和实验，积累了大量的数据，提出了各种各样的解释，有些解释至今仍有争议。1.对流云初始阶段的“离子流”假说。大气中有大量的正离子和负离子。云中的雨滴上，电荷分布不均匀，最外层分子带负电，内层带正电。内层和外层之间的电位差大约高0.25V。为了平衡这种电位差，水滴必须优先吸收大气中的负离子，这就逐渐使水滴带负电。当对流开始发展时，较轻的正离子逐渐被上升的气流带到云的上部；而带负电的云滴因为比较重，留在了下部，造成了正负电荷的分离。2.冷云中的电荷积累当对流发展到一定阶段，云达到0℃以上高度时，云中有过冷水滴、霰粒子和冰晶。这种由不同相态的水汽冷凝物组成，温度低于0℃的云，称为冷云。冷云中电荷的形成和积累有几个过程:①过冷水滴与霰粒子碰撞发电。云多的时候温度低于0℃很多水滴不会结冰。这种水滴称为过冷水滴。过冷水滴是不稳定的。只要稍微摇晃一下，它们就会立刻冻结并称重冰粒。过冷水滴与霰粒子碰撞时，会立即冻结，称为碰撞冻结。当碰撞发生时，过冷水滴的外部立即冻结成冰壳，但其内部在一段时间内保持液态，由于外部冻结释放的潜热传递到内部，内部液态过冷水的温度高于外部冰壳。温差使得冻结的过冷水滴外部带正电，内部带负电。当内部也冻结时，云滴膨胀分裂，外表皮破裂成许多带正电的冰屑，随气流飞向云的上部，带负电的冻结云滴附着在较重的霰粒子上，使霰粒子带负电，留在云的中下部。(2)冰晶与霰粒子的摩擦碰撞使粒子带电。霰颗粒由冻结的水滴组成，呈白色或乳白色，结构较脆。因为冷水滴经常与它碰撞，释放潜热，所以它的温度一般比冰晶高。冰晶中含有一定量的自由离子(OH-和H+)，离子的数量随着温度的升高而增加。由于霰与冰晶接触部分的温差，高温端的自由离子必然多于低温端，所以离子必然从高温端向低温端迁移。在离子迁移过程中，带正电荷的氢离子速度较快，而带负电荷的较重的氢氧根离子速度较慢。所以在一定时间内出现了冷端氢离子过剩的现象，导致高温端负极化，低温端正极化。当冰晶与霰粒子接触后分离，温度较高的霰粒子带负电，温度较低的冰晶带正电。在重力和上升气流的作用下，较轻的带正电的冰晶集中在云的上部，而较重的带负电的霰粒子停留在云的下部，从而导致冷云上部带正电，下部带负电。(3)水滴被稀盐带电，导致冷云的上述两种带电机制。其他人认为大气中的水滴被稀薄的盐带电。当云滴冻结时，冰的晶格可以容纳负的氯离子，但排斥正的钠离子。所以水滴冻结的部分带负电，未冻结的部分带正电(水滴由内向外冻结)。在下落的过程中，被水滴冻结的霰颗粒在冻结前从表面的水中脱落，形成许多带正电荷的小云，而冻结的核心部分带负电荷。由于重力和气流的分选作用，带正电荷的液滴被带到云的上部，而带负电荷的粒子则停留在云的中下部。3.暖云的电荷在热带地区积累，有的云都位于0℃以上。所以它只含有水滴，没有固体水颗粒。这种云叫暖云或水云。暖云也会有闪电。在中纬度地区的雷雨云中，0℃等温线以下的云部分是云的暖区。在云的暖区也有一个起电过程。在雷暴云的发展过程中，计数机制在不同的发展阶段发挥作用。然而，主要的充电机制仍然是由水滴的冻结引起的。大量观测事实表明，只有当云顶呈现纤维状、丝状结构时，云才发展为雷雨云。飞机观测表明，雷雨云中存在大量以冰、雪晶和霰粒子为主的云粒子，大量电荷的积累，即雷雨云的快速充电机制，必须依靠霰粒子生长过程中的碰撞、冻结和摩擦。