Молния – это электрический искровой разряд длиной от 1 до 10 километров и диаметром несколько сантиметров. Разряд может происходить как между облаками, так и между облаком и землей, при этом происходит обмен электрических зарядов (электронов или ионов газа), т.е. протекают электрические токи (80% – в диапазоне 30-40 кА, хотя бывает до 150-200 кА).
В момент разряда температура воздуха в канале разряда поднимается до 30000°С; продолжительность вспышки обычно 0.2с,в редких случаях доходя до 1.5с, заряд, переносимый в течении вспышки молнии, колеблется от единиц до сотен кулон. Сам разряд происходит со скоростью 300 км/с и начинается с развития так называемого «лидера» – слабосветящегося канала с током в несколько сотен ампер, когда в узком воздушном канале лавиноподобно нарастает количество электронов, двигающихся по направлению от облака к земле. Этим ионизированным каналом, как по проводнику, начинает перетекать заряд – так образуется лидер, который, двигаясь словно рывками с микросекундными паузами, направляется к земле. По мере продвижения напряженность поля в лидере возрастает; в ответ на это с выступающих на поверхности земли объектов «выбрасывается» узкий канал (стример) положительных зарядов. При контакте с лидером стример словно притягивает лидера к тому месту, откуда он начинался – именно это свойство начинающейся молнии используется для создания молниеотвода.
После установления сквозного ионизированного канала следует главная стадия разряда – быстрая нейтрализация накопившихся зарядов, сопровождающаяся ярким свечением и нарастанием тока до пиковых значений. При этом происходит интенсивный разогрев канала с ударным расширением, воспринимаемым на слух как удары грома.
Большинство разрядов молний происходит внутри самого облака или между облаками. Из разрядов молнии между облаком и землей (по направлению движения лидера – от облака вниз, или от наземного сооружения вверх) – молнии подразделяются на нисходящие и восходящие. Около 90 % – это отрицательные нисходящие молнии от облака к земле («лидер» зарождается в отрицательно заряженной зоне облака и распространяется до положительно заряженной земной поверхности); 10% – молнии, восходящие из земли к облаку.
Лидер нисходящей молнии возникает в результате процессов между облаками, и его появление никак не зависит от наличия на поверхности земли каких либо сооружений. Соприкосновение нисходящего лидера с одним из встречных стримеров (или касание лидером поверхности земли) определяет место удара молнии в землю или какой-либо объект.
Восходящие лидеры возбуждаются с высоких заземленных сооружений и с остроконечных элементов рельефа, у вершин которых во время грозы электрическое поле резко усиливается – поэтому в горной местности восходящие молнии возникают чаще, а на равнине восходящие молнии поражают объекты высотой от 150 метров и выше. После того, как лидер восходящей молнии достигает грозового облака, начинается процесс разряда.