Περί ατμοσφαιρικού ηλεκτρισμού

Σύμφωνα με την κλασική θεωρία του ατμοσφαιρικού ηλεκτρισμού, η επιφά­νεια της Γης και η ηλεκτρόσφαιρα, δηλαδή το αγώγιμο στρώμα της ανώτερης ατμόσφαιρας που βρίσκεται στο κάτω μέρος της ιονόσφαιρας σε ύψη 50 με 65 χιλιομέτρων, είναι οι δύο αντίθετοι πόλοι ενός σφαιρικού πυκνωτή που χωρίζο­νται από τον ενδιάμεσο ατμοσφαιρικό αέρα. Η Γη θεωρείται ότι είναι αρνητικά φορτισμένη ως προς την ηλεκτρόσφαιρα που είναι θετικά φορτισμένη, τροφοδοτούμενη από το ρεύμα που δημιουργείται στη διάρκεια των καταιγίδων. 

Το ρεύμα αυτό όταν φθάνει κοντά στη ηλεκτρόσφαιρα, που η αγω­γιμότητα είναι πολύ μεγάλη, διασκορπίζεται οριζόντια και στη συνέχεια επιστρέφει στη Γη με τη μορφή ρευμάτων μι­κρής έντασης, ομοιομόρφως κατανεμημένων στις περιοχές που επικρατεί καλοκαιρία. Για τη λειτουργία του παγκόσμιου ατμοσφαιρικού ηλεκτρικού κυκλώματος απαιτείται η εκδήλωση περίπου 2.000 καταιγίδων μια δεδομένη χρονική στιγμή ανά τη Γη.

Η διοχέτευση των ασθενών ηλεκτρικών ρευμά­των από την ηλεκτρόσφαιρα στην επιφάνεια του πλανήτη είναι δυνατή λόγω της ύπαρ­ξης των ιόντων, τα χαρακτηριστικά των οποίων καθορίζουν την ηλεκτρική αγω­γιμότητα του αέρα. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του αέρα κατά κανόνα αυξάνεται με το ύψος και κοντά στο έδαφος μεταβάλλεται συνεχώς, επηρεαζόμενη από μετεωρολογικούς παράγοντες και τα αερολύματα της ατμόσφαιρας.

Τα καταιγιδοφόρα νέφη (σωρειτομελανίες) που αναπτύσσονται στην ατμόσφαι­ρα λειτουργούν ως ηλεκτρογεννήτριες. Σε ένα μεγάλης ανάπτυξης σωρειτομελανία τα φορτία γεννώνται και διαχωρίζο­νται στο στρώμα μεταξύ των ισόθερμων μείον 5 και μείον 40°C. Αρνητικά φορτία εντοπίζονται συνήθως στο στρώμα με­ταξύ των ισόθερμων μείον 10 και μείον 20°C. Το θετικό φορτίο βρίσκεται αρκετά χιλιόμετρα ψηλότερα, αλλά δευτερεύων θύλακας θετικού φορτίου περιστασιακά εντοπίζεται κοντά στη βάση του νέφους στην περιοχή του υετού. Όταν μεταξύ των βάσεων ενός σωρειτο­μελανία και της επιφάνειας της Γης δημιουργηθεί μεγάλη διαφορά δυναμι­κού, ο ενδιάμεσος αέρας γίνεται για πάρα πολύ μικρά χρονικά διαστή­ματα αγώγιμος και τα ηλεκτρόνια που τον διαπερνούν δημιουργούν ηλεκτρική εκκένωση που είναι γνωστή ως κεραυνός.