Come funzionano? Dove cadono più spesso? Come ci si protegge? Il tema della serie #lameteospiegata, una collaborazione con RSINews, è decisamente elettrizzante: i fulmini. In questa prima parte vediamo un po' più da vicino alcune caratteristiche dei fulmini e la loro formazione.
"Come un fulmine a ciel sereno”, “L’amore è come un fulmine, non si sa dove cade finché è caduto”, “Il fulmine s’illumina la strada da solo”, “La verità deve cadere come un fulmine, altrimenti non ha alcuna efficacia”, “L’elettricità è solo un fulmine organizzato”.
Detti e citazioni letterarie sui fulmini si sprecano. D’altronde il fulmine, o saetta o folgore, è uno dei fenomeni meteorologici più immediati e impressionanti che l’uomo conosca e, fin dall’antichità, ha affascinato e terrorizzato intere schiere di pensatori e scienziati ma anche persone comuni. In questo secondo contributo di #lameteospiegata cercheremo di capire meglio questo spettacolo naturale. Lo facciamo insieme al meteorologo di MeteoSvizzeraLuca Nisi e all’ingegnere forestale dell'Istituto federale di ricerca per la foresta, la neve e il paesaggio WSL Marco Conedera.
In parole povere è una scarica elettrica transitoria molto breve nel tempo con alta intensità di corrente, che si verifica in atmosfera, con luce (lampo) e suono (tuono). “È uno dei fenomeni atmosferici più fotografati, – spiega il meteorologo Luca Nisi – è qualcosa di velocissimo, molto nervoso ma soprattutto imprevedibile. La luce è resa visibile grazie alla ionizzazione temporanea dell’aria nel canale dove si sviluppa il fulmine”.
“Il fulmine è una scarica elettrica. Nella vita quotidiana siamo circondati da scariche elettriche più o meno potenti. Pensiamo alla corrente elettrostatica. Basta strofinare un maglione e una coperta, meglio se bianca, in un locale buio: ecco che all’improvviso si vedono una miriade di “fulmini” in miniatura. Ovviamente cambiano le intensità coinvolte, ma alla base sta lo stesso principio: alcune particelle rubano gli elettroni ad altre” dice ancora Nisi. Tornando ai fulmini veri e propri: la parte sonora, il tuono, è data dalla repentina dilatazione dell'aria a causa del forte riscaldamento, che causa un'onda sonora.
La corrente elettrica all’interno di un fulmine può raggiungere valori tra i 2'000 e i 200'000 kiloampere (kA). Al suo interno la temperatura può raggiungere i 50'000 gradi dove si forma una colonna di plasma con un diametro stimato di 2-4 cm. La differenza di potenziale per generare fulmini che dalle nubi colpiscono il terreno è enorme: può andare da 1 miliardo a 10 miliardi di volt. “Sono delle differenze veramente impressionanti che anche l'uomo farebbe molta fatica a creare artificialmente: solo la natura è in grado di farlo in modo semplice”.
Il lampo viaggia a una velocità di circa 300'000 chilometri al secondo (la velocità della luce), mentre il suono a circa 1’200 chilometri all’ora. Un rapporto che permette a tutti un facile calcolo che molti si ricorderanno dai racconti infantili: “Molto facilmente si può calcolare la distanza a cui è caduto il fulmine: ogni intervallo di tre secondi che trascorre prima dell’arrivo del suono equivale a un chilometro di distanza”.
In meteorologia i fulmini si formano all'interno di uno specifico tipo di nubi che sono i cumulonembi, ovvero le nuvole temporalesche. Al loro interno è necessario avere due tipi di cristalli di ghiaccio e anche delle correnti ascensionali molto forti. “Queste condizioni particolarmente caotiche e turbolente fanno sì che i piccoli granelli di ghiaccio si scontrano con delle particelle di ghiaccio più grandi, chiamate gragnuola, e alle quali si sfregano. Ogni volta che succede una di queste collisioni il chicco di gragnuola concretamente ‘ruba’ un elettrone alla particella di ghiaccio. Quindi cosa succede? L'elettrone, che ha una carica negativa, rende il chicco di gragnuola carico negativamente, mentre i piccolissimi cristalli di ghiaccio si caricano positivamente. I cristallini di ghiaccio sono molto leggeri e con le correnti ascensionali vengono sospinti verso la sommità del temporale, a una quota di otto-dieci-dodici chilometri a dipendenza dell'intensità del temporale, mentre i chicchi di gragnuola caricati negativamente vanno verso il basso, alla base del cumulonembo, che di solito si trova tra 1500 e i 2800 metri di quota. La base si carica quindi negativamente e la sommità positivamente, creando una differenza di potenziale all'interno della nube”.
I fulmini all’interno della nube sono pertanto i primi a verificarsi e solo in seguito, considerato che la base del cumulonembo caricata negativamente attira cariche positive sul terreno, si forma una differenza di potenziale anche con il terreno e diventano possibili le scariche anche tra nube e terra.
“Quello spiegato è il fenomeno induttivo, che è la teoria più accreditata dalla comunità scientifica per descrivere i fulmini, ma va anche detto che è molto difficile osservare e studiare questo processo fisico e di conseguenza ci sono anche altre teorie che tentano di spiegare la separazione delle cariche all’interno di una nube temporalesca”.
La base di tutto il processo resta comunque la collisione tra particelle ghiacciate all’interno di una nube, una situazione che può però in certi casi verificarsi anche in altri ambiti. “Pensiamo a un altro tipo di nube imponente, ad esempio di origine vulcanica, dove a scontrarsi non sono delle particelle ghiacciate ma di cenere: anche in quel caso le particelle si ‘rubano’ degli elettroni e all’interno di questa nube di fumi vulcanici si crea una differenza di potenziale che genera dei fulmini. Situazioni analoghe sono state osservate anche durante imponenti tempeste di sabbia nel deserto, dove a ‘rubarsi’ gli elettroni sono le particelle di sabbia sospese dal vento” aggiunge ancora Nisi.
#lameteospiegata è una serie RSINews, in collaborazione con
MeteoSvizzera, che nasce con l’intenzione di approfondire, una volta al mese, un tema meteorologico non per forza legato alla stretta attualità. La missione: renderlo accessibile e comprensibile.
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