В разных уголках Земли сверкает около 2 тысяч молний в каждый момент, и в Землю приблизительно 50 молний ударяют  каждую секунду. В среднем, каждый квадратный километр Земли поражается 6 раз в год. Бенджамин Франклин еще в XVIII веке доказал, что молнии, ударяющие из грозовых облаков, представляют собой электрические разряды, которые отрицательный заряд переносят на землю. При этом от каждого разряда Земля получает несколько десятков кулонов электричества,  а при ударе молнии амплитуда тока колеблется от 20 до 100 кА. На основании скоростной фотосъемки можно сделать вывод, что в каждую молнию входят несколько  более коротких молний, и ее разряд продолжается только десятые доли секунды.

Электрическое поле Земли

Вначале XX века удалось измерить электрическое поле Земли. Для измерения использовались  измерительные приборы, помещенные  на атмосферных зондах. У поверхности Земли  напряженность  равнялась примерно 100 В/м, это значение отвечает суммарному заряду планеты около 400 тысяч Кл. В атмосфере Земли ионы служат переносчиком зарядов, их концентрация с высотой повышается и под воздействием космического излучения достигает максимума на высоте 50 м, на ней образуется электропроводящий слой – ионосфера.

На основании этого можно сказать,  что электрическое поле Земли представляет собой поле сферического конденсатора, к которому приложено напряжение примерно 400 кВ. Под воздействием такого напряжения постоянно  течет ток силой 2-4 кА и выделяется  энергия до 1,5 кВт из верхних слоев в нижние слоя. Плотность тока равняется (1-2)• 10-12 А/м2. Это электрическое поле могло исчезнуть при отсутствии молний. Из этого следует, что при грозе электрический конденсатор Земли заряжается, а при хорошей погоде  – разряжается.

Грозовое облако

Грозовое облако представляет собой огромное количество пара, из которого некоторая часть конденсируется в виде мельчайших льдинок и капелек. Нижняя часть грозового облака может виснуть над землей на высоте 0,5-1 км, а верхняя часть – может располагаться на высоте 6-7 км. Облака на высоте 3-4 км состоят из льдинок различных размеров, поскольку там всегда температура ниже 0?С. Благодаря восходящим потокам теплого воздуха, который снизу поднимается от нагреваемой поверхности земли, эти льдинки постоянно двигаются.

В отличие от крупных льдинок, мелкие льдинки легче, поэтому их увлекают восходящие потоки воздуха, и они  по дороге постоянно сталкиваются с крупными льдинками. От каждого такого столкновения случается электризация, при этом мелкие льдинки получают положительный заряд,  а крупные льдинки – отрицательный заряд.  Через какое-то время мелкие льдинки с положительным зарядом собираются, в основном, в верхней части облака, а крупные льдинки  с отрицательным зарядом концентрируются в верхней части облака.

При этом, положительные заряды сосредотачиваются на земле, прямо под грозовым облаком. Сейчас все подготовлено для разряда молнии, и при нем осуществляется пробой воздуха, после этого с нижней части облака отрицательный заряд перетекает на Землю. Следует отметить, что напряженность электрического поля Земли перед грозой может составлять 100 кВ/м, то есть в 1000 раз выше, чем в хорошую погоду.