自然エネルギーの神秘！雷を観察しよう

激しい閃光が走り、大きな電流が流れ衝撃波が発生し、雷鳴がとどろく。
雷は、凄まじい自然エネルギーです。

まずはじめに、雷の一瞬を捉えた写真を見てみましょう。

雷は「積乱雲」がもたらす自然現象のひとつです。
日本での落雷数は、ひと夏に多い年で100万回、少ない年でも10万回程度観測されており、身近な自然現象といえます。

皆さんは、落雷は静電気と同じ電気現象と言うことを、ご存知ではないでしょうか。小学校の理科で学びますね。すべての電気現象は、プラス（＋）とマイナス（ー）の電荷で形成されており、電荷の移動を「電流」と呼んでいます。積乱雲のなかにも、＋とーの電荷が存在し、＋電荷とー電荷に分かれることを「電荷分離」といいます。この偏った電荷を中和するため電流が流れることを「放電」といいます。

雷雲の内部はどうなっているのでしょうか。
積乱雲の上昇流域では、数十m/sを超える激しい上昇流が存在するため、活発な電荷生成（電荷分離）が生じます。雲内では、さまざまな降水粒子同士がぶつかり合い、粒子間で＋とーの電荷が分離します。

夏に発生する積乱雲は、上昇流と対流的に不安定な条件が整えば、雲頂は高度10kmにまで達し、アラレによる電荷分離が活発に働きます。雷の発生には、アラレ粒子による電荷分離が最も重要で、積乱雲内は上層に＋、中層にー、 そして雲底付近に＋の電荷にわかれて偏ります。この三層の構造を「三極構造」（図2.1）といいます。この雲内の偏った電荷を中和するため放電が起こります。これが「雷」です（図2.2）。

雷雲のなかで偏った電荷は、まずそれを中和するために、雲のなかで「雲放電」が生じます。これが、雲の中でピカピカとしている光です。雲放電でも電荷が中和しきれない時に、「対地電撃」が発生し、これを「落雷」といいます。

具体的なステップで見てみましょう。
雲内に電荷が蓄積される（図3.1）と、まず部分的な空気の絶縁破壊がはじまり、導電性の高いプラズマの道（チャネル）を形成し、進展と停止を繰り返しながら、空気中を枝分かれしたり、ギザギザに伸びていきます。これを「ステップトリーダ」（図3.2）といいます。

雲からのステップトリーダ（マイナスリーダ）を迎える形で、大地からは上向に「結合リーダ（プラスリーダ）」が伸びます（図3.3）。

ステップトリーダと結合リーダが接したとたん、雲内から地面まで放電路が繋がり、地面から雲内に電流が流れ、電荷は中和されます（図3.4）。この電撃は、時間にするとわずか約20ms程度で、放電路の温度は30000K（ケルビン）に達し、激しい雷光が生じ、大きな電流が流れる際に衝撃波が発生し、雷鳴となります。