KÜLÖNLEGES VILLÁMOK
(2025 január)
ABSTRACT
A különleges villámok többsége bolygónk semleges légköre és az ionoszféra közötti, 20-100 km magasságban elhelyezkedő öv jelenségei: a lidérceknek nevezett vöröses ködkisülések, hasonlóak az északi fényhez, és a kék nyalábok. A kék és a vörös színt nitrogén ionok okozzák. A felszín közelében a Szent Elmo tüze nevű ködkisülés és a gömbvillámok nevezetesek. Az utóbbi feltehetően termikus ionizációval magyarázható.//
A különleges villámok többsége bolygónk semleges légköre és az ionoszféra közötti, 20-100 km magasságban elhelyezkedő öv jelenségei: a lidérceknek nevezett vöröses ködkisülések, hasonlóak az északi fényhez, és a kék nyalábok. A kék és a vörös színt nitrogén ionok okozzák. A felszín közelében a Szent Elmo tüze nevű ködkisülés és a gömbvillámok nevezetesek. Az utóbbi feltehetően termikus ionizációval magyarázható.//
RARE LIGHTNING: Most of the special lightnings are phenomena in the belt between the neutral atmosphere and the ionosphere at an altitude of 20-100 km: reddish sprites of avalanche discharges are similar to the aurora borealis, and blue jets. The blue and red colours are caused by nitrogen ions. Near the surface, the St. Elmo's fire discharge and the ball lightning are notable. The latter is thought to be due to thermal ionisation.
BEVEZETÉS
Villám fajták (https://en.wikipedia.org/wiki/Upper-atmospheric_lightning#/media/File:Lightning_sprites.jpg)
A különleges villámok bolygónk semleges légköre és az ionoszféra közötti, 20-100 km magasságban elhelyezkedő öv jelenségei. A nagy magasság miatt nem láthatóak, ha felettünk van a kiváltó vihar. Csak nagy távolságból megfigyelhetőek, a nagy magasság miatt még a világűrből is kiválóan láthatóak (https://en.wikipedia.org/wiki/Sprite). Erős elektromos kisülések, amelyek a zivatarfelhők felett, a mezoszférában fordulnak elő. A legismertebbek a vörös lidércek, amelyek vöröses-narancssárga villanásokként jelennek meg (https://24.hu/tudomany/2023/09/01/orias-nyalab-ritka-egi-jelenseg-voros-felfele-toro-villamok-video/). Igen rövid élettartamú, homályos, néha korong alakú ionizációs régiók, és magasan a légkörben zivatarok felett, esetleg 100 km (62 mérföld) magasságban fordulnak elő. Erős villámcsapások elektromágneses impulzusai váltják ki a vörös lidérceket. A kutatás módja az internetes keresés volt, célja az ismeretterjesztés.
A vörös lidérc (spriteang, ködfénykisülés, mint a sarki fény, https://hu.wikipedia.org/wiki/V%C3%B6r%C3%B6s_lid%C3%A9rc) a magaslégköri fényjelenségek közé tartozó jelenség, rövid fényfelvillanás. 1990 körül fedezték fel, kizárólag viharfelhők felett keletkeznek, nagy villámkisülések után. A viharfelhők felett 40–50 km-es magasságban keletkeznek, és kiterjedésük felfelé elérheti a további 50 km-t, vízszintes kiterjedésük is elérheti a 40–60 km-t. A kisülés alakja néha oszlopszerű, de előfordulnak fa vagy medúza alakú formák is. Szabad szemmel szinte megfigyelhetetlenek, mivel a felvillanás csak néhány ezredmásodpercig tart. A megfigyelést nehezíti, hogy rá kell látni a viharfelhők tetejére, ami több száz kilométeres távolságot jelent a megfigyelő számára. Közvetlen megfigyelésük sötétben lehetséges. A trollang-ok (tranziens vörös optikai világító vonalak) erős sprite-ok után fordulnak elő, és halvány farokkal vörös foltokként jelennek meg. A nagyobb sebességű kamerákon gyors eseménysorozat, kezdve a sprite inda után kialakuló vörös izzásból. Később vörös csík produkál lefelé.
A megfigyelést segíti, hogy a nagy energiájú villámok (melyek között a vörös lidérceket okozók is vannak) az átlagos kisülésekhez hasonlítva egy nagyságrenddel intenzívebb rádiósugárzást okoznak, az 5-30 Hz-es frekvenciasávban. A vörös lidércek kialakulása: 30–40 km-es magasságban, és magasabban a földi légkör össztömegének kb. 1%-a található, a nyomás a tengerszint légnyomásának 1/100 000–ed része. Nagyobb villámkisülések után a zivatarfelhő fölött rövid időre olyan elektromos tér alakulhat ki, amelynek az erőssége a kis légsűrűség mellett meghaladhatja a légköri kisülés létrejöttéhez szükséges értéket, amikor létre jöhet a vörös lidérc jelensége. Hasonló ködfény kisülések a kék nyalábok (Blue jetsang) és a gyűrűlidércek (Elvesang)
Kék nyalábok (Blue Jetsang)
A kék nyalábok abban különböznek a vörös lidérctől, hogy közvetlenül a viharfelhő tetejéről indulnak ki és gyakran keskeny tölcsért formáznak, 20–40 km magasságban. Felfelé mozgó elektromos kisülések, amelyek a zivatarfelhők tetejéről származnak és a sztratoszférába nyúlnak. Kék színű kúpként vagy keskeny oszlopokként jelennek meg, kevésbé gyakoriak, mint a sprite-ok.Fényesebbek, mint a vörös lidércek, kék színűek. Először 1989 októberében észlelték a kék nyalábokat egy űrsiklóból. Megfigyeltek egy nagy kiterjedésű nyalábot, amelynek magassága elérte a 80 km-t és 50 km/sec sebességgel növekedett az ionoszféra felé. A jelenség tetejénél elmosódottabb volt.
A kék nyalábok abban különböznek a vörös lidérctől, hogy közvetlenül a viharfelhő tetejéről indulnak ki és gyakran keskeny tölcsért formáznak, 20–40 km magasságban. Felfelé mozgó elektromos kisülések, amelyek a zivatarfelhők tetejéről származnak és a sztratoszférába nyúlnak. Kék színű kúpként vagy keskeny oszlopokként jelennek meg, kevésbé gyakoriak, mint a sprite-ok.Fényesebbek, mint a vörös lidércek, kék színűek. Először 1989 októberében észlelték a kék nyalábokat egy űrsiklóból. Megfigyeltek egy nagy kiterjedésű nyalábot, amelynek magassága elérte a 80 km-t és 50 km/sec sebességgel növekedett az ionoszféra felé. A jelenség tetejénél elmosódottabb volt.
Kék nyalábok 12 és 26 mérföld közötti magasságban, több száz ezredmásodpercig is eltarthatnak, és kúp alakúak.
Gyűrűlidérc (Elves)
A vörös lidércekhez hasonló a színe. (Korábban a „tündérkék” elnevezés is használatos volt, ami az elves szó szerinti fordítása.) A gyűrűlidércek általában közel 400 km átmérőjű elmosódott, lapos formájú légköri fényjelenségek, jellemzően kisebb mint 1 ms időtartamig tartanak. Az ionoszférában fordulnak elő kb. 100 km-es magasságban. A színük nem egyértelmű, általában vöröses színárnyalatúak. Az első gyűrűlidércet egy űrsiklóban sikerült rögzíteni, 1990 októberében.
A vörös lidércekhez hasonló a színe. (Korábban a „tündérkék” elnevezés is használatos volt, ami az elves szó szerinti fordítása.) A gyűrűlidércek általában közel 400 km átmérőjű elmosódott, lapos formájú légköri fényjelenségek, jellemzően kisebb mint 1 ms időtartamig tartanak. Az ionoszférában fordulnak elő kb. 100 km-es magasságban. A színük nem egyértelmű, általában vöröses színárnyalatúak. Az első gyűrűlidércet egy űrsiklóban sikerült rögzíteni, 1990 októberében.
Gyűrű lidérc (https://en.wikipedia.org/wiki/Upper-atmospheric_lightning#/media/File:Lightning_sprites.jpg)
Gömbvillám: Ritka villám típus, amely opálosan izzó, lebegő gömb alakú jelenség, gyakran zivatarok idején. Termikus ionizáció jellemezheti, negatív differenciális ellenállással. A tudósok még vizsgálják.
St. Elmo tűze: (https://en.wikipedia.org/wiki/St._Elmo%27s_fire): Olyan időjárási jelenség, amelyben a magas, hegyes tárgyakról, mint például a hajók árbocairól vagy épületek tornyairól, tűzre emlékeztető kék vagy lila fény jelenik meg zivatarok idején. A tárgy körüli levegő ütközéses ionizációja, elektronlavinák okozza koronakisülés, ködfénykisülés erős elektromos tér jelenlétében.
Pozitív villámok: a villámok kb. 5 %-a. A pozitív villámok a veszélyesebbek, nagyobb az energiájuk, és messzebbre, 30 -40 km-re is lecsaphatnak a zivatartól. A villámok egy része a cirrus felhőkből, vagy a zivatarfelhő felső részeiből ered, ahol nagy pozitív töltések találhatóak. A pozitív villám a leszálló lépcsős ioncsatornában pozitív töltéseket hordoz, míg a felszínről induló elővillámok elektronokat. A pozitív villámok veszélyesebbek, mert nagyobb energiájúak mint a negatív villámok, a vihar felső szintjéről származnak, a levegő mennyisége, amelyet át kell égetnie ahhoz, hogy elérje a talajt, általában sokkal nagyobb. Ezért az elektromos tér erősebb, mint a negatív villámnál. A villanás időtartama hosszabb, csúcstöltése és potenciálja tízszer nagyobb lehet, mint egy negatív kisülésnél, 300 000 amper és egymilliárd Volt is lehet. Sok pozitív villám fordul elő a felhő széle közelében, vagy 10 - 20 km-re, ahol esetleg nem észlelhető a mennydörgés. A pozitív villámokat a közelmúltban felfedezett sprite-ek és elf-ek fő forrásaként azonosították. A spritek és az elf-ek olyan villámcsapások, melyek 18-60 mérföld (30-95 km) magasságban fordulnak elő, jóval a zivatar felett. A pozitív villám általában egy villámcsapásból áll, a negatív villám általában kettő vagy több ismétlődő kisülésből.
A superbolt egy kivételesen erős villám, amely legalább 100-szor erősebb, mint egy átlagos villám. Ritkák, és rendkívüli energiájukról és fényességükről ismertek. A zivatarfelhők tetejéről iindulnak többnyire.
NEGATÍV VILLÁMOK, A VILLÁMOK 95% -A
Az elektrosztatikus kisülés létrejöttéhez két feltétel szükséges: a tér két tartománya között kellően nagy potenciálkülönbségnek kell lennie, másrészt egy nagy ellenállású közegnek akadályoznia kell az ellentétes töltések akadálytalan kiegyenlítődését. A légkör biztosítja az elektromos szigetelést, a nagy ellenállású közeget, amely megakadályozza a szabad kiegyenlítést az ellenkező polaritású nagy potenciálkülönbségű töltött területek között. A tér valamely tartományában, pl. zivatarfelhőkben, porfelhőkben a töltések sűrűsödését valamely tartományban súrlódás okozza. A felhőket sok vízcsepp és jégkristály alkotja, melyek lebegnek. A felszálló lehűlő, relatíve magas páratartalmú levegő vízcseppeket tartalmaz, melyek felfelé összeütköznek a többi vízcseppel, jégkristállyal vagy hókristállyal. Az ütközések elektronhiányt és elektromos töltésszétválasztást okoznak. Az elektronok általában a felhők alsó tartományaiban vannak többségben, ezért a negatív villámok a gyakoribbak, kb. 95 % a gyakoriságuk.
Ha valahol az elektromos tér meghaladja a nedves levegő dielektromos szilárdságát (körülbelül 3 MV/m), az elektromos kisülés jön létre, amit átütésnek is neveznek, amit gyakran követnek azonos útvonalon elágazó további kisülések, a töltéshordozók mennyiségének függvényében. A töltések felhalmozódását okozó mechanizmusok tudományos kutatások tárgyai, pl. a meleg, nedves levegő elektromos mezők jelenlétében történő keringése okozhatja. A jég- vagy vízrészecskék töltést halmoznak fel, mint egy Van de Graaff generátorban. Mozgó zivatarfelhők alatt a Föld felszínén ellentétes polaritású elektromos töltés indukálódik. Ha a Föld felszín és a felhők között elegendően nagy a töltés- és a feszültség különbség, létrejön a kisülés. A felhőkön belül és a felhők között, a felhők felett is hasonlóan kialakulhatnak nagy feszültségkülönbségű tartományok. Számos más megfigyelés is ismert: vulkáni villámok, amelyek vulkánkitörések során fordulhatnak elő; "hővillámok", amely nagy távolságból láthatóak, de nem hallhatóak; száraz villámlás, amely erdőtüzeket okozhat; és tudományosan ritkán megfigyelhető gömbvillámok.
Mindegyik típusnak vannak változatai, mint például a ritka "pozitív" és a gyakori "negatív" villámok, amelyek mindegyikére eltérő, közös fizikai jellemzők vannak, amelyek mérhetőek.
Mindegyik típusnak vannak változatai, mint például a ritka "pozitív" és a gyakori "negatív" villámok, amelyek mindegyikére eltérő, közös fizikai jellemzők vannak, amelyek mérhetőek.
Pozitív és negatív villámlás
A felhő-föld villám lehet pozitív vagy negatív, a felhő és a föld közötti áram iránya szerint. A legtöbb villám negatív, ami azt jelenti, hogy a negatív töltés (elektron) a villámcsatornában lefelé, a Föld felé elektronok áramlanak. Gyakorisága 95% körüli, mert az elektronok tömege viszonylag kicsi, ezért az elektronok a legmozgékonyabb töltéshordozók. Felfelé, a földfelszínről az elektronkisülést egy pozitív töltéshordozókból álló elővillám (streamer) előzi meg. A fordítottja történik egy pozitív felhő-föld villámnál. ahol az elektronok felfelé haladnak a villámcsatornán, miközben a pozitív töltések lefelé, a föld felé áramlanak.
A pozitív villámok kevésbé gyakoriak, mint a negatív villámok, átlagosan az összes villámcsapás kevesebb mint 5%-át teszik ki. Számos olyan mechanizmus ismert, amelyek pozitív villám kialakulását eredményezik. Ezek főként a felhőben lévő töltéstartományok mozgásán, erősödésén alapulnak. A felhőtöltés változásai a függőleges szélnyírás, csapadéksűrűség változása, vagy a vihar eloszlása miatt következnek be. A pozitív villámcsapások általában sokkal intenzívebbek, mint negatív társaik.
Egy átlagos negatív villám 30 000 amper (30 kA) elektromos áramot hoz létre, amely összesen 15 C (coulomb) elektromos töltést és 1 gigajoule energiát ad át. A nagy pozitív villámcsapások akár 120 kA-t is létrehozhatnak, és 350 C-ot továbbíthatnak. Az átlagos pozitív föld- felhő villám nagyjából kétszerese a tipikus negatív villám csúcsáramának, és 400 kA-es csúcsáramot és több száz coulomb töltést is képes szállítani. Ezen túlmenően a nagy csúcsáramú pozitív földvillámokat általában hosszú folyamatos kisülések követik, melyek a negatív földvillámoknál nem észlelhetőek.
Nagyobb erejük miatt a pozitív villámcsapások lényegesen veszélyesebbek, mint a negatívak. A pozitív villámcsapás nagyobb csúcsáramokat és hosszabb folyamatos áramot szállítanak, így sokkal magasabb hőmérsékletre képesek felmelegíteni a tárgyakat, tüzet gyújtanak. Az, hogy a pozitív villám nagy távolságra terjedhet a tiszta levegőn, megmagyarázza, hogy miért váratlanok a kék villámok. A pozitív villámokról azt is kimutatták, hogy a magas építmények tetejeiről felfelé irányuló villámokat váltanak ki, és nagyrészt felelősek a sprite-ok beindításáért több tíz kilométerre a talajszint felett. A pozitív villámlás gyakrabban fordul elő téli viharokban, például zivatar esetén, intenzív tornádók, zivatarok feloszlási szakaszaiban.
Nagy mennyiségű rendkívül alacsony frekvenciájú és nagyon alacsony frekvenciájú rádióhullám is keletkezik. A kutatások szerint a villámok által generált mágneses mezők hallucinációkat válthatnak ki azoknál, akik villámlástól 200 méteren belül tartózkodnak, hasonlóan mint ami a koponyán keresztüli mágneses stimulációnál történik. Az elektromos töltések mozgása erős mágneses teret is létrehoz. Ahol a villám árama sziklán, talajon vagy fémen áthalad, némelyik anyag tartósan mágnesessé válhat. a hatást villám által okozott állandó mágnesesség-nek nevezik. A legkisebb ellenállású útvonalat követi, ahol az érctestek vagy a talajvíz ellenállása kisebb. Az ókorban előforduló természetes mágnesek ilyen módon jöhettek létre. A villám által okozott mágneses anomáliák feltérképezhetőek a talajban, és a mágnesezett anyagok elemzése megerősítheti, hogy a villám volt a mágnesezés forrása. Az egyiptomiakról régóta ismert, hogy villámok erős befolyást gyakorolhatnak.
A közhiedelemmel ellentétben a pozitív villámok nem feltétlenül a felhők felső pozitív töltési tartományaiból származnak, és a zivataron kívül eső esőmentes területre csapnak be. Valójában negatív felvillanásokkal kezdődnek a felhőkben, majd a negatív villám kilép a felhőből és kiváltja a pozitív villámot egy pozitív töltésű régióból, és a tiszta levegőn egy bizonyos távolságra a talajba csap. A villámlás által keltett nagyon magas hőmérséklet az ózon és a nitrogén-oxidok jelentős helyi növekedéséhez vezet. A mérsékelt és szubtrópusi területeken minden villámlás átlagosan 7 kg NOx -et termel. A troposzférában a villámlás hatására az NO -ok színtje 90%-kal, az ózoné pedig 30%-kal nőhet. A Villámok többségükben nitrogén és oxigén ionokat, hidroxil gyököket (-OH+) hoznak létre, de sok molekula törmeléket, elemi részeket is, pl. pozitronokat.
Az elővillámok (streamer) szerkezete
Nem kellően ismert folyamatok során az ionizált levegő kétirányú vezető csatornája alakul ki a zivatarfelhő ellentétes töltésű tartományai között. A kétirányú vezető ioncsatorna negatív vége a felhő pozitív töltésű tartományban van, amelyet kútnak is neveznek, míg a pozitív vége egy negatív töltésűben. A vezetőcsatornák gyakran felhasadnak, elágaznak, és faszerű ágakat alkotnak. A negatív és néhány pozitív töltéshordozó megszakításokkal sülnek ki, úgynevezett "lépések" -ben a kutak között. A részecskék szaggatott mozgása jól megfigyelhető a villámcsapásokról készült lassított videókon.
A pozitív és negatív töltésű részecskék ellentétes irányba haladnak, pozitívak felfelé a felhőbe és negatívak a Föld felé. Mindkét ioncsatorna a saját irányában, több egymást követő villámban halad. Mindegyik vezetőcsatorna "összegyűjti" az ionokat a vezetőben, kialakítva egy, néha több új vezetőcsatornát a kutak között. A kutak közötti ioncsatorna-hosszak körülbelül 90%-a körülbelül 45 m (148 láb) hosszú. Az ioncsatorna létrehozása viszonylag hosszú időt vesz igénybe (több száz ezredmásodperc) a kisülésekhez képest, amelyek néhány tucat mikroszekundum alatt következnek be. A csatorna létrehozásához szükséges, több tíz vagy száz amperes elektromos áram a tényleges kisütés során eltörpül a kisülési áramok mellett.
A fővillám kialakulása nem teljesen érthető, mert az elektromos térerősség a zivatarfelhőkben nem elég nagy ahhoz, hogy ezt a folyamatot elindítsa. Sok hipotézist javasoltak. Az egyik hipotézis azt feltételezi, hogy a relativisztikus elektronok záporait a kozmikus sugarak hozzák létre. Ahogy a relativisztikus elektronok ütköznek és ionizálják a semleges levegőmolekulákat, ütközéses ionizációt indítanak el. Egy másik hipotézis szerint lokális erős elektromos mezők képződnek megnyúlt vízcseppek vagy jégkristályok közelében. Az ütközéses lavinamodell a valószínű, mint a koronakisüléseknél.
Töltéseloszlások zivatarfelhőkben, minden zivatarfelhő alján van egy kis pozitív tartomány (oka?)
(https://www.researchgate.net/figure/Electric-charges-in-a-cumulonimbus-cloud-and-Intra-cloud-inter-cloud-cloud-to-ground_fig2_266289213)
Felfelé irányuló zöld elővillám (streamer), amely a medencetakaró tetejéről ered
Amikor egy lépcsős villám közeledik a talajhoz, a töltéseket a talajon megosztja, azaz szétválasztja a töltéseket, és növeli az elektromos tér erősségét. Az elektromos tér azokon a földelt tárgyakon a legerősebb, amelyek teteje a legközelebb van a zivatarfelhő aljához, például fákon és magas épületeken. Ha az elektromos tér elég erős, ezekből a pontokból pozitív töltésű ioncsatorna, úgynevezett pozitív felfelé irányuló elővillám, streamer alakulhat ki. Ahogy a negatív töltésű elektronok, ionok közelednek a talajhoz, növelve a lokalizált elektromos térerősséget, a már koronakisülést mutató földelt objektumok túllépnek egy feszültség küszöbértéket, és felfelé irányuló áramlások, elővillámok jönnek létre. A lefelé haladó villám kapcsolódik egy elérhető felfelé haladó elővillámhoz, alacsony ellenállású út alakul ki, és létrejöhet a termikus ionizációs kisülés a gyújtási feszültség felett. Fényképek készültek, amelyeken jól láthatóak a nem csatlakozó elővillámok is. A nem kapcsolódó lefelé haladó csatornák is láthatóak az elágazó villámokban. amelyek egyike sem kapcsolódik a földhöz. A nagy sebességű videók jól mutathatják a folyamatot.
Kisülés szerkezete, a villám Ismétlődik
Kisüléskor egy vezető ioncsatorna áthidalja a távolságot a felhőben lévő negatív töltéstöbblet és a földfelszínen lévő pozitív felszíni töltéstöbblet között, az ellenállás lecsökken a villámcsatornában. Az elektronok felgyorsulnak a felső kapcsolódási ponttól kezdődő ioncsatornában a fénysebesség egyharmadára. Az elővillám után a "csapás", azaz a kisülés legfényesebb és legszembetűnőbb része. Nagy mennyiségű elektromos töltés áramlik végig a plazmacsatornán, a felhőtől a földig, semlegesítve a pozitív földtöltést. A csatorna átmérője egy-két mm-től egy két cm-ig terjed. A hatalmas áramlökés nagy radiális feszültségkülönbséget hoz létre a talaj felszíne mentén. A lépéspotenciállal mérhető jelenség sok sérülésért és halálesetért felelős, többért mint közvetlenül a villámcsapás. A lépéspotenciál miatt gyakran áram folyik át az egyik lábon, majd ki a másik lábon, áramütést okozva.
Kisüléskor egy vezető ioncsatorna áthidalja a távolságot a felhőben lévő negatív töltéstöbblet és a földfelszínen lévő pozitív felszíni töltéstöbblet között, az ellenállás lecsökken a villámcsatornában. Az elektronok felgyorsulnak a felső kapcsolódási ponttól kezdődő ioncsatornában a fénysebesség egyharmadára. Az elővillám után a "csapás", azaz a kisülés legfényesebb és legszembetűnőbb része. Nagy mennyiségű elektromos töltés áramlik végig a plazmacsatornán, a felhőtől a földig, semlegesítve a pozitív földtöltést. A csatorna átmérője egy-két mm-től egy két cm-ig terjed. A hatalmas áramlökés nagy radiális feszültségkülönbséget hoz létre a talaj felszíne mentén. A lépéspotenciállal mérhető jelenség sok sérülésért és halálesetért felelős, többért mint közvetlenül a villámcsapás. A lépéspotenciál miatt gyakran áram folyik át az egyik lábon, majd ki a másik lábon, áramütést okozva.
Az ismétlődő villámcsapás árama átlagosan 30 kilóamper egy tipikus negatív levegő-föld villám esetén. Néha a talaj pozitív töltésű területéről, nagyon magas szerkezetek, például antennák tetejéről indulnak. A visszatérő villámcsapás sebessége körülbelül 100 000 km/s, a fénysebesség egyharmada. Egy tipikus felhő-föld villám teteje az elektromosan vezető plazmacsatorna esetén több mint 5 km (3,1 mérföld) magasan van, a felhő belsejéből a föld felszínéig ér.
A visszatérő villámcsapás során fellépő hatalmas elektromos áram és annak sebessége (mikrómásodpercben mérve) gyorsan túlhevíti az ioncsatornát, és egy elektromosan jól vezető plazmacsatornát képez. A plazma maghőmérséklete a visszatérő löket során meghaladhatja a 27 800 °C-ot (50 000 °F), amitől termikus ionizáció: ragyogó, kék-fehér színű sugárzás jön létre. Amint az elektromos áram leáll, a csatorna lehűl, és több tíz vagy száz milliszekundum alatt szétoszlik, gyakran izzó gáz töredezett foltjaiként eltűnve. A visszatérő villámnál az azonnali felmelegedés hatására a levegő robbanásszerűen kitágul, és erős lökéshullámot kelt, amely mennydörgésként hallható. A legtöbb negatív levegő-föld villám 3 vagy 4 egyedi kisülésből áll, bár előfordulhat, hogy akár 30 is lehet. Minden ismétlődő villámot 40-50 milliszekundum választ el, az ismétlődő kisülések gyakran észrevehető külön villanások, "villanófény" hatást okoznak.
A többszörös villámok ugyanazt a csatornát használják, mert a pozitív vezető talaj elővillámok gyorsabban bomlanak le, mint a negatív csatornák. Nem teljesen tisztázott okokból, a vezetőcsatornák hajlamosak az elpusztult pozitív vezető csatornák helyén újakat indukálni, a negatív csatornavég megpróbálja újra ionizálni a talajszintet. Amikor sikerül kapcsolatot létesítenie, ismét megtörténik az átütés, és egy újabb vezetőcsatorna jön létre az eredeti vezető hosszának egészén vagy egy részén. A földdel kapcsolatot teremtő csatornák okozzák az ismételt átütések többségét. Minden egymást követő átütés gyorsabb, de kisebb amplitúdójú, mint a kezdeti átütés. Minden átütés újra felhasználja az előző ioncsatornát, de a csatorna elmozdul az előző helyzetétől, mivel a pl. a szél elmozdítja.