Şimşek ve yıldırım
Elektriklenme

Elektrik yüklenmesinin ayrıntıları bilim insanlarınca hâlâ incelenmektedir ancak fırtına elektriklenmesinin bazı temel kavramları üzerinde ortak bir kanı vardır. Elektriklenme, çarpışan cisimler arasındaki iyon transferinin sonucu olarak triboelektrik etki ile olabilir. Yüksüz, çarpışan su damlaları, gök gürültüsü bulutunda olduğu gibi, aralarındaki (sulu iyonlar olarak) yük aktarımı nedeniyle elektrik yüklenebilirler. Fırtınadaki ana elektrik yüklenme alanı, havanın hızla yukarı doğru hareket ettiği ve sıcaklık aralığının -15 ila -25 °C (5 ila -13 °F) arasında değiştiği fırtınanın ortasında oluşur. Bkz. Şekil 1. Bu bölgede, sıcaklık ve yukarı doğru hızlı hava hareketinin birleşimi süper soğutulmuş bulut damlacıkları (donma noktasının altındaki küçük su damlacıkları), küçük buz kristalleri ve graupel (yumuşak dolu) karışımı üretir. Yukarı çekiş, süper soğutulmuş bulut damlacıklarını ve çok küçük buz kristallerini yukarı doğru taşır. Aynı zamanda, çok daha büyük ve daha yoğun olan yumuşak dolu, yükselen havada düşer veya asılı kalır.
Yağışların hareketindeki farklılıklar çarpışmalara neden olur. Yükselen buz kristalleri yumuşak dolu ile çarpıştığında, buz kristalleri pozitif ve yumuşak dolu negatif olarak yüklenir. Bkz. Şekil 2. Yukarı çekiş, pozitif yüklü buz kristallerini fırtına bulutunun tepesine doğru yukarıya doğru taşır. Daha büyük ve daha yoğun olan graupel, ya fırtına bulutunun ortasında asılı kalır ya da fırtınanın alt kısmına doğru düşer.
Sonuçta, fırtına bulutunun üst kısmı pozitif olarak yüklenirken, fırtına bulutunun orta ila alt kısmı negatif elektrikle yüklenir.
Fırtına içindeki yukarı doğru hareketler ve atmosferdeki daha yüksek seviyelerdeki rüzgarlar, fırtına bulutunun üst kısmındaki küçük buz kristallerinin (ve pozitif yükün) fırtına bulutu tabanından yatay olarak bir miktar uzağa yayılmasına neden olur. Fırtına bulutunun bu kısmına örs denir. Bu, fırtına bulutu için ana şarj süreci olsa da, bu elektrik yüklerinin bazıları fırtınadaki hava hareketlerince (yukarı çekişler ve aşağı çekişler) yeniden dağıtılabilir. Ayrıca, yağış ve daha yüksek sıcaklıklar nedeniyle fırtına bulutunun dibine yakın bir yerde küçük ama önemli bir pozitif yük birikimi vardır.
Saf sıvı sudaki yükün indüklenmiş ayrılması, tribo-elektrik etkisi ile saf sıvı suyun elektriklenmesi gibi 1840'lardan beri bilinmektedir.
William Thomson (Lord Kelvin), sudaki yük ayrımının dünya yüzeyindeki olağan elektrik alanlarında oluştuğunu ispatladı ve bu bilgiyi kullanarak sürekli elektrik alan ölçüm cihazını geliştirdi. Sıvı su kullanılarak yükün farklı bölgelere fiziksel olarak ayrılması, Kelvin tarafından Kelvin su damlalığı ile gösterilmiştir. En olası yük taşıyan türler, sulu hidrojen iyonu ve sulu hidroksit iyonu olarak kabul edildi.
Katı su buzunun elektriksel şarjı da düşünülmüştür. Yüklü türler yine hidrojen iyonu ve hidroksit iyonu olarak kabul edildi.
Elektron, gök gürültülü fırtınalardaki anlık zamanda hidroksit iyonu artı çözünmüş hidrojene göre sıvı suda kararlı değildir.
Yıldırımdaki yük taşıyıcısı esasen plazmadaki elektronlardır.
Sıvı su veya katı su ile ilişkili iyonlar (pozitif hidrojen iyonu ve negatif hidroksit iyonu) olarak yükten yıldırımla ilişkili elektronlar olarak yüklenme süreci, bir tür elektro-kimyayı, yani kimyasal türlerin oksitlenmesi ve/veya indirgenmesini içermelidir.
Hidroksit baz olarak işlev gördüğü ve karbon dioksit asidik gaz olduğu için, negatif yükün sulu hidroksit iyonu biçiminde olduğu yüklü su bulutlarının sulu karbonat iyonları ve sulu hidrojen karbonat iyonları oluşturmak üzere atmosferik karbon dioksit ile etkileşime girmesi mümkündür.