Fulmini: ogni 3 secondi sulla Terra ne cade almeno uno

Ogni 3 secondi un fulmine si abbatte su qualche punto della Terra, scaricando al suolo una corrente elettrica pari a quella necessaria per mantenere accese, seppure per qualche millesimo di secondo, 50.000 comuni lampade da 100 Watt.

Ogni anno in Italia cadono più di 1.200.000 fulmini. La regione più colpita è la Lombardia – 100.000 circa all’anno contro i 38.000 della Sicilia – con una media di 4 folgori per km quadrato. I fulmini, per quanto violenti e temibili, servono in natura a mantenere immutata la quantità di cariche elettriche presenti nell’aria. In effetti dal punto di vista elettrico l’atmosfera può essere immaginata come un gigantesco condensatore elettrico, la cui armatura a carica negativa è il suolo terrestre mentre quella a carica positiva è l’elettrosfera, uno strato posto intorno 20-30 km di altezza. D’altra parte nell’atmosfera, per effetto dei raggi cosmici e della radioattività naturale del suolo, vi è una notevole quantità di molecole ionizzate, le quali vengono attratte dalle armature di opposta polarità. Questo viavai di cariche elettriche che si muovono verso l’alto o verso il basso genera, a scala planetaria, una corrente di circa 1500 Ampère e di 500 milioni di Watt, corrente che, in ideali condizioni di bel tempo su tutto il pianeta, scaricherebbe le armature del megacondensatore in appena 10-15 minuti, rimuovendo dall’aria tutta l’elettricità. Siccome in realtà si constata che la quantità di cariche elettriche presenti nell’atmosfera resta pressoché costante, sorge allora il sospetto che vi debba essere un meccanismo che reintegri, istante per istante, le cariche sottratte dalle armature del condensatore. In effetti intorno al globo in ogni istante sono simultaneamente in atto 2000-3000 temporali, i quali, attraverso i fulmini, restituiscono alle armature del condensatore le cariche  neutralizzate dalle correnti di bel tempo. Ma come si generano i fulmini? All’interno delle nubi temporalesche – i cumulonembi – le veloci correnti ascendenti, dell’ordine di 10-20 m al secondo, trascinano verso la sommità le particelle più leggere, come le gocce e i cristalli di ghiaccio di dimensioni inferiori a 100 micron (1 micron = 1 millesimo di millimetro). Le particelle più pesanti invece, come le gocce di pioggia e i chicchi di grandine, non adeguatamente sostenute dalle correnti ascendenti, tendono a muoversi verso la base della nube e, nello stesso tempo, per induzione elettrostatica, si elettrizzano positivamente nella parte rivolta verso la superficie terrestre e negativamente nella parte superiore. Ma, durante la caduta, la parte avanzata, a carica positiva, urta le gocce leggere in ascesa cosicché quest’ultime nel contatto si elettrizzano positivamente. Invece le particelle più grosse discendenti, depauperate in parte della carica positiva, acquistano una carica complessiva negativa. Di conseguenza la nube temporalesca si carica negativamente in prossimità della base e positivamente alla sua sommità. L’elettricità negativa alla base della nube induce, sul terreno sottostante, una carica di segno opposto e di gran lunga superiore a quella, negativa, esistente con il bel tempo. A questo punto le molecole d’aria ionizzate, già preesistenti tra la base della nube e il suolo, vengono sottoposte, da parte della base della nube o del suolo, a forze attrattive o repulsive così intense, da elettrizzare per urto le molecole d’aria circostanti, cosicché il numero di cariche si moltiplica rapidamente in un processo a cascata. A questo punto dalla parte inferiore della nube, si dirige verso il basso un intenso flusso di molecole cariche negativamente perché respinte dalla carica di ugual segno alla base del cumulonembo e, nello stesso tempo, attratte dalla carica positiva del suolo sottostante. È così iniziato il viaggio della scarica elettrica – la scarica guida – verso la superficie terrestre. Ogni fulmine è composto, in successione, dalla scarica guida, dal lampo principale, dalla scarica guida veloce e dal lampo secondario. La scarica guida, composta di cariche negative, avanza verso il basso a piccoli passi di circa 100 metri lungo il percorso preferenziale creato dalla ionizzazione per urto. Impiega circa 2 microsecondi per ogni tratto (1 microsecondo = 1 milionesimo di secondo), e dopo pause di circa 100 microsecondi, inizia il passo successivo, generando un solco conduttore tra nube e terra. Quando la scarica guida, alla velocità di 8000 km al secondo, giunge a 50-100 metri dal suolo, da questo parte a sua volta il lampo principale il quale sale verso la nube alla velocità di circa 46.000 km al secondo, trasportando con sé l’eccesso di carica positiva del terreno. Il lampo principale percorre in senso inverso il canale elettroconduttore preparato dalla scarica guida, illuminandone, con luce accecante, diramazioni e tortuosità. Ma, dopo una brevissima pausa, dalla nube parte verso la terra la scarica guida veloce, seguita in verso opposto dal lampo secondario, entrambi poco luminosi. Nel fulmine tale serie di scariche si ripete 3-4 volte, per una durata complessiva di circa 30 millesimi di secondo, ossia inferiore al potere risolutivo dell’occhio, che è di 1/25 di secondo. L’atmosfera attraversata dal fulmine viene surriscaldata fino a 10.000- 17.000 gradi. Nella brusca espansione esplosiva, l’atmosfera surriscaldata urta violentemente l’aria circostante, dando luogo al caratteristico fragore del tuono, il cui cupo brontolio è udibile fino a 15-20 km di distanza. Siccome il suono si propaga nell’aria alla velocità di circa 330 m al secondo, ovvero di gran lunga inferiore alla velocità della luce (circa 300.000 km al secondo), il bagliore del fulmine viene percepito prima che arrivi il tuono.

Mario Giuliacci

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