22-11-2002


I fulmini rappresentano uno dei fenomeni meteorologici piu' spettacolari da osservare.
Sono delle violente scariche elettriche che si manifestano con l'emissione di luce (lampo) e suono (tuono), originatesi all'interno delle imponenti nubi temporalesche, i Cumulonembi.

Fisicamente il fulmine e' determinato dal rapido passaggio di corrente che avviene fra due conduttori, in questo caso le nuvole, la terra o altri oggetti, quando l'eccessiva presenza di cariche elettriche di segno opposto vengono a contatto una volta che l'isolante, l'aria, non riesce piu' a tenerle separate.

All'interno dei Cumulonembi le cariche positive sono concentrate nella parte piu' alta e quelle negative in quella piu' bassa.

Esistono varie teorie che tentano di spiegare questa particolare disposizione e la piu' credibile e' che tale separazione abbia origine dalle collisioni fra i vari elementi che compongono la nube (piccole gocce di acqua e piccoli cristalli di ghiaccio), dovute alle forti correnti ascendenti e discendenti caratteristiche di queste imponenti e turbolente nubi.
Le particelle piu' piccole sembra che tendano ad acquistare cariche negative e a concentrarsi appunto in basso, mentre le piu' grandi tendano ad acquistare cariche positive concentrandosi in alto.
La suddetta separazione produce enormi differenze di potenziale sia all'interno della nube che fra la nube e la terra, che per induzione tende a caricarsi positivamente. La differenza di potenziale, che puo' raggiungere i milioni di volt, tende facilmente a superare la capacita' isolante dell'aria e a questo punto le cariche vengono a contatto scoccando il fulmine.

Questi sono i diversi tipi di scarica:

NUBE TERRA

NUBE-NUBE

TRA NUBI

Questi sono i tipi di fulmini piu' conosciuti:

Fulmini a razzo molto rari, sono dei fulmini in cui la scarica procede molto lentamente tanto da dare l'impressione di un razzo che voli.
Fulmini Globulari che sono stati osservati sporadicamente le cui cause fisiche sono ancora sconosciute. Si presentano come delle sfere luminose del diametro di 1-10 m colorate di rosso, arancione, giallo, bianco che possono durare anche diversi minuti e possono persino passare attraverso pareti, porte e finestre chiuse senza danneggiarle.
Fulmini a perla che appaiono suddivisi in segmenti ad intervalli piu' o meno regolari.
Fulmini superficiali che hanno l'aspetto di lingue di fuoco provenienti dall'orizzonte e sono prodotti da scariche elettriche non direttamente visibili dall'osservatore anche se puo' udirne il tuono. Possono verificarsi dentro una nube o dietro nubi piu' vicine, rendendole visibili anche a grandissima distanza. Fuochi di S. Elmo che sono scariche elettriche piu' o meno continue, di piccola o moderata intensita'. Tali scariche provengono da oggetti elevati sulla superficie terrestre come parafulmini, alberi di nave, pennoni o da aeroplani in volo.

Il meccanismo della scarica e' complesso e si manifesta in due tempi:
Inizialmente dalla nube scende verso il suolo una scarica pilota debole ed invisibile composta da particelle cariche negativamente che avanza verso il basso ad una velocita' di circa 100 Km/s con percorsi successivi di breve lunghezza, procedendo a zig-zag e creando un'intensa ionizzazione. Quando la scarica pilota si avvicina al suolo, da quest'ultimo parte una scarica di ritorno diretta verso l'alto composta da un flusso di cariche positive presenti a terra. Quando le due scariche si incontrano, segnano nell'aria una scia di congiunzione tra cielo e terra lungo la quale risale verso la nube una fortissima corrente elettrica ad una velocita' stimata in circa un terzo di quella della luce.
Anche se la scarica dura frazioni di secondo e' in grado di liberare una quantita' enorme di energia, pensate che si possono raggiungere i 20.000 AMPERE con produzione di calore pari a 30.000 °C.

La ramificazione del fulmine si verifica perche' il canale conduttore creato dalla scarica guida, puo' dividersi in parecchie branche lungo le quali si possono avere diverse scariche di ritorno. Spesso lungo il canale conduttore dopo la prima scarica, si puo' avere anche un'altra scarica guida verso il basso che innesca un secondo fulmine. Questo ultimo fenomeno, quando si verifica per piu' volte in poco tempo, crea quell'effetto tremolante nella luce del lampo che si nota molto spesso.

Molti di voi si saranno chiesti come mai il fulmine proceda a zig-zag piuttosto che in linea retta, la risposta sta nel fatto che la corrente non procede cercando la via piu' breve fisicamente ma quella con minore resistenza elettrica. Per questo motivo e' facile che la sua lunghezza possa raggiungere i 2-5 Km con punte di 10-20 Km quando avvengono fra nube e nube.

Come si origina il tuono ?

Lungo lo stretto canale percorso dal fulmine, l'aria si riscalda quasi istantaneamente fino a raggiungere 15-30.000 °C determinandone un'espansione esplosiva che si manifesta con un forte rumore noto come tuono. Se un fulmine cade ad una distanza relativamente breve, il tuono viene avvertito come un colpo secco mentre se cade lontano, il lampo e' seguito da un rumore sordo e prolungato perche' le onde sonore vengono riflesse nell'atmosfera e fatte rimbalzare magari su montagne, colline o altro.
Il tuono viene sentito in ritardo rispetto alla visione del lampo tanto piu' siamo lontani dal posto in cui "cade" il fulmine. Il motivo e' semplicemente che il suono viaggia ad una velocita' decisamente piu' bassa della luce, precisamente esso compie circa 300 metri al secondo contro i 360.000 Km al secondo della luce.

Quando ci si imbatte in un temporale e' bene stare attenti a dove ci troviamo, cosa indossiamo e come ci comportiamo.
Anche se la scarica elettrica segue il percorso con minore resistenza elettrica di certo non disdegna anche il percorso piu' breve fisicamente. Ogni cosa che si sopraeleva dal suolo, come alberi, camini, edifici alti, cime di monti e persino un individuo a piedi, possono diventare il bersaglio del fulmine, piu' l'oggetto e' alto, piu' e' vulnerabile. Naturalmente le cose peggiorano se ci troviamo in prossimita' di corpi conduttori di elettricita', come tubi metallici, fili spinati, antenne, grondaie e corsi d'acqua.

Come bisogna comportarci ?

Evitare di stare vicini a superfici e ad oggetti metallici, non accendere apparecchi elettrici tipo la televisione poiche' l'antenna anche se "messa a terra" puo' funzionare da parafulmine. Non tenere aperte le porte e le finestre.
Se vi trovate all'aperto e' sconsigliabile rimanere in acqua, essendo essa un ottimo conduttore di elettricita'. Non rimanete presso alberi, tralicci, antenne o oggetti simili perche' possono fungere da richiamo e quindi conviene piuttosto rannicchiarsi su di un qualsiasi oggetto isolante, evitando di sdraiarsi per terra. In particolare fate attenzione agli alberi, specie se isolati, vecchi e pieni di cavita' poiche' la corrente passando attraverso il tronco fa evaporare all'istante la linfa provocandone l'esplosione.
Un buon rifugio e' l'automobile la cui carrozzeria funziona come gabbia di Faraday non permettendo alla scarica di penetrare all'interno.

Effetti e danni provocati:

Nel caso in cui una persona fosse colpita da un fulmine, le conseguenze sono generalmente letali a causa dell'arresto cardiaco e respiratorio. Nel caso in cui la corrente entra ed esce dal corpo, si puo' avere carbonizzazione dei tessuti. Tuttavia, alcune persone sono rimaste illese o salvate in seguito ad un pronto intervento mediante massaggio cardiaco e respirazione bocca a bocca.

Il grande calore sviluppato da un fulmine ha la capacita' di fondere materiali metallici, provocare l'incendio di materiali combustibili o infiammabili, etc.
Sulle strutture metalliche colpite si possono produrre deformazioni o rotture. Ad esempio quando vengono colpiti i fili dell'alta tensione si determina uno schiacciamento dei cavi o peggio ancora vengono a contatto i conduttori con conseguenti cortocircuiti.
A livello chimico i fulmini causano la formazione di ozono (avvertibile dall'odore acre) e di composti nitrici tramite l'ossidazione dell'azoto. In quest'ultimo caso si producono nel suolo gigantesche quantita' di materie azotate (che lo fertilizzano).
Non dimentichiamoci gli effetti elettromagnetici. Le scariche sono accompagnate da forti emissioni di onde elettromagnetiche che producono disturbi nelle trasmissioni radio, in particolare nel campo delle onde lunghe e medie (accendendo la radio - ovviamente dove non c'e' musica - e' possibile sentire degli schiocchi quando si verificano i fulmini).
Infine, le sovratensioni indotte nelle linee elettriche e telefoniche possono causare danneggiamenti nelle apparecchiature collegate, in particolare di quelle elettroniche.