Bliksem is het gevolg van de opbouw van tegengestelde elektrische ladingen in een cumulonimbuswolk. Hoe dit precies verloopt, is nog niet bekend. Men denkt dat de ijskristallen die in de bovenste delen van de wolk ontstaan gewoonlijk positief geladen zijn en dat de druppeltjes, die naar de onderkant van de wolk zakken, gewoonlijk negatief zijn opgeladen. Misschien voeren opwaartse stromingen de positieve ladingen mee omhoog en de neerwaartse stromen de negatieve ladingen mee omlaag. Tijdens deze opbouw van ladingen ontstaat er ook een positieve lading aan de aardbodem onder de wolk en die lading beweegt ook met de wolk mee.

Tegengestelden trekken elkaar aan

De tegengestelde elektrische ladingen trekken elkaar krachtig aan. Uiteindelijk kan de isolerende luchtlaag tussen de ladingen ze niet langer gescheiden houden en vindt er een ontlading plaats. Negatieve ladingen bewegen naar de positieve ladingen in een onzichtbaar, grillig, chaotisch patroon, een zogeheten getrapte voorontlading. Als de negatieve lading de positieve ontmoet, wordt een krachtige elektrische stroom - de bliksemontlading - opgewekt en even in stand gehouden door een positieve ontlading die naar de wolk terugschiet. Deze positieve lading beweegt heel snel: ongeveer 100000 km per seconde. Dit alles kan zich in hetzelfde bliksemkanaal meerdere keren herhalen, waardoor de bliksem vaak lijkt te flikkeren. Dit proces gaat door tot alle ladingen uit de wolk zijn verdwenen. De meeste ontladingen vinden plaats binnen één wolk, tussen wolken onderling, of tussen een wolk en de lucht (als er voldoende lading in de lucht zit). Slechts één op de vier ontladingen bereikt de grond. Als dit gebeurt, trekt de getrapte voorontlading positieve ladingen vanaf de aarde omhoog, gewoonlijk vanaf een uitstekend voorwerp zoals een boom of een gebouw. Een bliksemontlading die van de bovenkant van de wolk helemaal naar de negatief geladen aarde buiten het gebied van de wolk beweegt, noemt men een positieve ontlading. De bliksem kan allerlei vormen hebben, afhankelijk van de afstand van de waarnemer tot de ontlading.

Horen en zien

De temperatuur in het bliksemkanaal ligt boven de 22000° Celsius. De lucht langs dit kanaal wordt dus enorm verhit, waardoor ze uitzet en vervolgens weer snel terugklapt. Dit is de oorzaak van de geluidsgolven die wij donder noemen. Doordat lichtgolven zich veel sneller voorplanten dan geluidsgolven, komt de bliksem altijd eerder dan de donder. De donder legt iedere 3 seconden één kilometer af. Door het aantal seconden te tellen dat verloopt tussen het zien van de bliksem en het horen van de donder, kan men dus gemakkelijk de afstand van het onweer afleiden. Vaak is het onweer nog te horen tot op afstanden van meer dan 30 kilometer.

Vliegende vonken

Er zijn twee andere soorten van atmosferische elektriciteit. Een zeldzame vorm, de bolbliksem, wordt soms gezien wanneer een deel van de ontlading tussen een wolk en de aarde een kleine bol lijkt te vormen. Deze bal van licht kan over de grond rollen of langs een muur omhoog bewegen, totdat hij ontploft of in het niets verdwijnt. Soms, wanneer de opbouw van tegengestelde ladingen niet toereikend is voor het laten optreden van een bliksemontlading, verschijnen er in de buurt van het onweer hoog boven de grond talloze vonken. Dit verschijnsel werd voor het eerst opgemerkt aan de top van scheepsmasten en werd toen Sint-Elmusvuur genoemd, naar de beschermheilige van de zeevaarders.

Franklins vliegerexperiment

Benjamin Franklin (1706-1790), een Amerikaans schrijver, diplomaat, onderzoeker en uitvinder, is vooral bekend door de experimenten waarmee hij liet zien dat bliksem een elektrische ontlading is. In 1852 liet hij tijdens een onweer aan een metalen draad een vlieger op. Onderaan de draad bevond zich een sleutel, die onder stroom kwam te staan toen de bliksem op de vlieger sloeg. Het was een wonder dat Franklin het experiment overleefde. Enkele jaren eerder had Franklin bedacht dat een lange, dunne, metalen staaf die op een dak stond en was verbonden met een draad die buiten het gebouw in grond verdween, de elektriciteit van de bliksem veilig naar de aarde zou kunnen leiden. Deze uitvinding, die in 1753 werd gepresenteerd en bliksemafleider werd genoemd, werd al snel een standaardvoorziening op gebouwen in de Verenigde Staten en Europa.