Fulmine

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Introduzione

Fulmine Scarica visibile di elettricità tra due nubi o tra una nube e la superficie terrestre. La scarica appare come un arco brillante, talvolta lungo parecchi chilometri, ed è spesso accompagnata da un'onda sonora che viene percepita come tuono.

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La carica elettrica

In che modo si carichino elettricamente le nubi temporalesche non è ancora del tutto chiaro; si sa che in esse vi sono accumuli di carica negativa alla base e positiva alla sommità. La maggior parte dei meteorologi ritiene che la presenza di ghiaccio sia determinante perché avvenga questo processo di polarizzazione, ipotesi suggerita dal fatto che i fulmini non vengono di solito osservati fino a quando non c’è formazione di ghiaccio negli strati superiori delle nubi.

Alcuni esperimenti hanno mostrato che quando si fanno congelare soluzioni diluite, il ghiaccio acquista una carica negativa, mentre l'acqua liquida mantiene carica positiva. Se, dopo l'inizio del congelamento, una corrente ascensionale d'aria separa l'acqua liquida dal ghiaccio, le goccioline si concentrano nella parte superiore della nube, mentre le più grandi e pesanti particelle di ghiaccio si concentrano verso la base. D'altro canto si è pure dimostrato che le grosse gocce d'acqua in rapida caduta tendono a caricarsi negativamente, mentre le gocce piccole, più lente, conservano carica positiva.

Così la polarizzazione delle nubi temporalesche potrebbe semplicemente essere legata a questa differenza di velocità nel moto di caduta delle gocce. Qualunque ne sia l'origine, la carica negativa alla base della nube induce una carica positiva sulla superficie terrestre, come se fosse la seconda armatura di un enorme condensatore. Quando il campo elettrico raggiunge un valore sufficientemente alto (circa 10.000 V/cm), l'aria si ionizza e la scarica elettrica può avvenire. Questo meccanismo di trasporto di cariche negative dalle nubi a terra potrebbe essere responsabile del valore negativo del potenziale della superficie terrestre.

Alcuni meteorologi ritengono responsabile della polarizzazione delle nubi la differenza di potenziale elettrico esistente tra la ionosfera, ovvero lo strato più alto dell'atmosfera, e la superficie terrestre. Secondo questa teoria, il flusso ascendente di aria calda attraverso una nube temporalesca reca con sé particelle cariche positivamente che si accumulano alla sommità della nube e attraggono dalla ionosfera cariche negative. Queste ultime sono poi trascinate verso il basso da potenti correnti discensive che hanno luogo alla periferia della nube, e ciò impedisce che le particelle cariche si neutralizzino reciprocamente. Raramente i fulmini scoccano da terra verso la nube; ciò avviene perlopiù da vette di montagne o da torri radio.

Studi effettuati con riprese ad alta velocità hanno dimostrato che nella maggior parte dei casi i fulmini sono eventi multipli, che consistono di un gran numero di 'colpi' principali; tutti i colpi seguono un percorso iniziale ionizzato– che può essere ramificato – lungo il quale transita la scarica. L'intervallo medio tra due successivi colpi di fulmine è 0,02 s e il lampo visibile dura in media 0,25 s. Dato che la durata di un colpo particolarmente potente non supera 0,0002 s, gli intervalli tra colpi successivi coprono in realtà la maggior parte della durata del lampo visibile. Inoltre, i fulmini interessano più frequentemente la terraferma che il mare e, in base a recentissimi studi, le terre più colpite sarebbero le Americhe, l’Africa centrale e l’Asia sudorientale.

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Misure di sicurezza

Gli edifici sono protetti dai fulmini da aste metalliche che si ergono dalla parte più alta dei tetti e scaricano l'elettricità direttamente a terra. Queste aste offrono minore resistenza al passaggio delle cariche elettriche associate alla scarica, la quale pertanto evita la struttura. Le linee elettriche e gli impianti radio con antenne esterne sono protetti da piccole lacune, poste fra la linea e il collegamento a terra, riempite di gas che si ionizza per effetto del fulmine. La ionizzazione aumenta la conducibilità del gas, cosicché l'elettricità trasportata dal fulmine viene scaricata a terra.

Molti luoghi comuni riguardo ai fulmini andrebbero sfatati. Uno è quello secondo cui un fulmine non colpisce mai due volte nello stesso luogo. Le riprese fotografiche mostrano che i grattacieli e molte strutture particolarmente alte possono essere colpiti numerose volte nel corso di un singolo temporale; in tali strutture, infatti, le misure di sicurezza sono curate con particolare scrupolo. Una seconda idea sbagliata consiste nella tendenza istintiva a cercare riparo dai fulmini presso gli alberi; bisogna ricordare che gli alberi, data la loro altezza, sono particolarmente suscettibili di essere colpiti dai fulmini, ed è pertanto estremamente pericoloso rifugiarsi in loro prossimità.

Il luogo più sicuro, quando si viene sorpresi da un temporale, è l'interno di un'automobile con struttura metallica; ma se non si dispone di questo riparo, la cosa migliore da fare per limitare il pericolo è stendersi a terra.

Va sottolineato comunque che, con qualche precauzione e grazie ai dispositivi di sicurezza che proteggono la maggior parte degli edifici, sono estremamente rari danni alle persone nelle zone urbane; boschi e foreste, al contrario, sono particolarmente esposti alle minacce di questo fenomeno meteorologico.

Un aspetto positivo invece risiede nel fatto che durante un temporale il suolo viene arricchito dell'azoto proveniente dall'atmosfera e trasportato dai fulmini o dalle gocce d'acqua. Alcuni scienziati ritengono che i fulmini abbiano avuto un ruolo fondamentale per l'inizio della vita sulla Terra: avrebbero infatti propiziato la formazione, a partire da semplici elementi, di complessi composti chimici indispensabili per la vita degli organismi. Risulta invece, da recenti studi condotti negli Stati Uniti, che i fulmini abbiano un ruolo determinante nella formazione dell’ozono atmosferico; è stato stimato che in estate, quando il numero di fulmini è più alto, la percentuale di ozono creato dall’azione dei fulmini raggiunga il 30% circa del totale presente nella troposfera.