Un fulmine è come un fiume di elettricità che scorre in un
canyon di aria... alla velocità della
luce.
I
Fulmini sono un fenomeno fisico che è sempre stato guardato con molta
ammirazione, in quanto è un evento "straordinario" gli antichi
credevano che questi fenomeni fossero creati dagli "dei", o comunque
da un qualcosa di molto superiore a loro, e quindi anche da adorare o venerare.
Al giorno d'oggi la fisica può stabilire per quale motivo ci sono, ma risulta
sempre impossibile stabilire con certezza dove andranno a cadere, in quanto
rimangono sempre un fenomeno imprevedibile.
In
questi giorni (ultimi due giorni di agosto del 2001 e primi due giorni di
settembre) in Lombardia, sono caduti la bellezza di quasi 30.000 fulmini, una
cifra enorme, quasi a dire un fulmine ogni 3 secondi, ma la natura, può anche
questo, in quanto come dicevo sopra, sono un fenomeno imprevedibile ed
incontrollabile. Vediamo però ora di spiegare un pò più precisamente come
avviene il fenomeno fisico del vero e proprio fulmine.
Provate a strusciare le vostre scarpe su un tappeto e
allora diventerete una "nube temporalesca" pronta a rilasciare l'energia
elettrostatica che avete accumulato. Avvicinatevi ad un oggetto metallico
e scatterà una scintilla; questo perché strusciando i piedi avete
assorbito dal tappeto una quantità di elettroni e così vi siete caricati negativamente,
mentre una maniglia metallica, che può essere assimilata alla terra, è
carica positivamente. E' noto che gli opposti si attraggono, così quando
siete sufficientemente vicini vi sarà una scarica di elettroni che
fluiranno da voi verso la maniglia per ripristinare la vostra "neutralità
elettrica". Quando un fulmine parte da un temporale e si scarica a terra
esso trasporta milioni di volt di elettricità, più di quanta tutte le
centrali elettriche degli Stati Uniti messe insieme, potrebbero produrre
in quel breve istante. Tutta l'energia trasportata da un fulmine si
trasforma in luce, onde sonore, onde radio, e calore; il massimo picco di
temperatura, che di solito raggiunge i 50.000 gradi, ha la durata di
qualche millesimo di secondo, appena sufficiente per bruciacchiare un po'
i vestiti.
Un fulmine che colpisce il World Trade
Center a New York. Si calcola che in media il grattacielo viene colpito
una volta al giorno
Una spettaccolare foto fatta da
Johonny Autery nel 1984 in Alabama. Per la cronaca l'albero è
sopravvissuto.
Via via che una nube temporalesca si forma, si crea al
suo interno una frizione tra le particelle di ghiaccio che risalgono la
nube e quelle che la discendono (in genere sono più grosse e scendono
perché il loro peso supera la forza ascendente delle correnti d'aria);
queste strappano alle particelle più piccole una variabile quantità di
elettroni. Si crea così, all'interno della nube, una differenza
elettrostatica in quanto le particelle caricate positivamente, quelle che
hanno ceduto degli elettroni, risalgono la nube, mentre quelli caricati
negativamente la discendono; si crea così una parte sommitale che è
positiva e una parte inferiore che è negativa. La predominanza di forze
negative alla base della nuvola crea delle zone d'ombra positive sulla
superficie della terra, e quando la differenza tra polo positivo e
negativo si fa sufficientemente grande allora parte la scarica (il
fulmine) che cerca di ristabilire un equilibrio scaricando parte di questa
energia verso terra.
Schema della distribuzione delle cariche
in un cumulonembo..
Come nasce e come si
muove...
Per far partire un fulmine si devono creare differenze
di carica elettrica all'interno di una nuvola o tra la nuvola e il suolo.
In genere la parte superiore di una nuvola ha carica positiva (Fig. 1) e
quella inferiore negativa (Fig. 2). Queste differenze si formano per Io
scontro, dentro il cumulonembo temporalesco,tracristalli
di ghiaccio che salgono e chicchi di grandine che precipitano verso il
basso (Fig. 4).I chicchi strappano ai cristalli elettroni (che hanno
carica negativa) e si caricano negativamente. I cristalli acquistano,
invece, carica positiva. <<Non è invece chiaro – dice il
fisico torinese Sruno Roccuzzo – perché talvolta alla base della nube ci
siano zone di carica positiva (Fig. 3)>>.
SCARICHE LEADER Le
cariche della nube ne inducono altre di segno opposto a terra. Fino a
che dalla nuvola scocca una scarica pilota (o "leader"), ancora
invisibile, che si muove verso il suolo zigzagando a 100 Km al secondo.
Quando una scarica leader discendente si incontra con una leader di
segno opposto proveniente dal terreno si creano onde d'urto che
provocano il tuono (Fig. 5), << e si apre un canale attraverso cui
inizia lo scambio delle cariche elettriche che surriscalda il percorso
fino a trentamila gradi e lo rende visibile>>, dicono i fisici
Franco Alemanni e Eugenio Manghi.
POTENZA Per un milionesimo di
secondo nel canale del fulmine si crea un potenziale elettrico superiore
a quello di tutte le centrali europee. Ma questa enorme produzione di
energia dura così poco che terrebbe una lampada accesa solo per un
mese.
QUATTRO TIPI Esistono quattro tipi di fulmine (nel
disegno). Negativo discendente quando la scarica leader ha
carica negativa e parte dalla nube, positivo discendente quando
la leader ha carica positiva. Positivo (o negativo) ascendente
quando ha carica positiva (o negativa) e va dalla terra alla
nube.
Storia di un lampo...
Nella sequenza
di disegni qui sotto le fasi di un fulmine discendente negativo. Si
forma un flusso discendente di elettroni (A) che da' vita alla scarica
leader (B). Questa scende fino ad incontrare la scarica leader
ascendente (C). Appena si forma un canale (D), iniziano le scariche di
ritorno (possono essere decine) e il fulmine diventa visibile (E).
Finite queste scariche si creano flussi di elettroni (detti
"J" e "K") all'interno della nuvola (F) e inizia,
ma non sempre, una seconda scarica discendente (G). Cinque fulmini su
sei si scaricano pero' dentro la nuvola.
