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Los rayos son una descarga electrostática repentina que ocurre durante una tormenta eléctrica. Esta descarga ocurre entre regiones cargadas eléctricamente de una nube (llamadas rayos intra-nube o IC), entre dos nubes (rayos CC), o entre una nube y el suelo (rayos CG).
Las regiones cargadas en la atmósfera se igualan temporalmente a través de esta descarga denominada golpe si golpea un objeto en el suelo y un destello, si ocurre dentro de una nube. Los rayos provocan luz en forma de plasma y sonido en forma de trueno. Los rayos pueden verse y no oírse cuando ocurren a una distancia demasiado grande para que el sonido llegue tan lejos como la luz del impacto o destello.
Los rayos no se distribuyen uniformemente alrededor del planeta, como se muestra en el mapa.
Alrededor del 70% de los rayos se produce sobre tierra en los trópicos, donde la convección atmosférica es la mayor. Esto ocurre tanto por la mezcla de masas de aire más cálidas y más frías, como por las diferencias en las concentraciones de humedad, y generalmente ocurre en los límites entre ellas. El flujo de corrientes oceánicas cálidas más allá de las masas de tierra más secas, como la Corriente del Golfo, explica en parte la elevada frecuencia de los rayos en el sureste de los Estados Unidos. Debido a que la influencia de las masas de tierra pequeñas o ausentes en los vastos tramos de los océanos del mundo limita las diferencias entre estas variantes en la atmósfera, los rayos son notablemente menos frecuentes allí que en las formas de tierra más grandes. Los polos norte y sur tienen una cobertura limitada de tormentas eléctricas y, por lo tanto, dan como resultado áreas con la menor cantidad de rayos.
En general, los rayos de nube a tierra (CG) representan solo el 25% del total de los rayos en todo el mundo. Dado que la base de una tormenta eléctrica generalmente tiene carga negativa, aquí es donde se origina la mayoría de los rayos CG. Esta región está típicamente en la elevación donde ocurre la congelación dentro de la nube. La congelación, combinada con colisiones entre hielo y agua, parece ser una parte crítica del desarrollo inicial de la carga y el proceso de separación. Durante las colisiones impulsadas por el viento, los cristales de hielo tienden a desarrollar una carga positiva, mientras que una mezcla más pesada y fangosa de hielo y agua (llamada graupel) desarrolla una carga negativa. Las corrientes ascendentes dentro de una nube de tormenta separan los cristales de hielo más ligeros del graupel más pesado, haciendo que la región superior de la nube acumule una carga espacial positiva mientras que el nivel inferior acumula una carga espacial negativa.
Debido a que la carga concentrada dentro de la nube debe exceder las propiedades aislantes del aire, y esto aumenta proporcionalmente a la distancia entre la nube y el suelo, la proporción de golpes CG (versus nube a nube (CC) o dentro de la nube (IC) ) se descarga) se vuelve más grande cuando la nube está más cerca del suelo. En los trópicos, donde el nivel de congelación es generalmente más alto en la atmósfera, solo el 10% de los rayos son CG. En la latitud de Noruega (alrededor de 60 ° de latitud norte), donde la elevación de congelación es más baja, el 50% de los rayos es CG.
Los relámpagos generalmente son producidos por nubes cumulonimbos, que tienen bases que generalmente están a 1–2 km (0.6–1.25 millas) sobre el suelo y alcanzan hasta 15 km (9.3 millas) de altura.
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