Guida veloce alla comprensione del fenomeno dei fulmini. Come nascono i fulmini, come si genera questo spettacolo della natura

Un fulmine è composto da una manifestazione ottica chiamata lampo ed acustica chiama tuono.Il lampo e il tuono non vengono percepiti simultaneamente dall’osservatore a causa delle diverse velocità di propagazione della luce(300.000 Km/s) e del suono (340 m/s). Il lampo viene visto pertanto quasi istantaneamente, mentre il tuono viene udito dopo un intervallo di tempo tanto più grande quanto più è distante il fulmine.

Il Sistema Italiano di Rilevamento dei Fulmini (SIRF) presso il CESI di Milano ha rilevato che ogni anno il territorio italiano viene colpito da circa 1.500.000 fulmini. E’ stato inoltre stimato che questo fenomeno arreca ogni anno danni alle cose per diversi milioni di euro, senza contare i gravi danni alle persone.

Come nascono i fulmini?

La presenza di cariche negative nella parte inferiore della nuvola induce sul terreno sottostante delle cariche positive. La situazione è analoga ad un condensatore, in cui cariche positive e negative sono separate da uno strato d’aria che rappresenta il dielettrico. Si crea così un campo elettrico con una differenza di potenziale che è la causa principale della formazione della scarica. L’elettrizzazione delle nuvole è tuttora oggetto di studio. Tra gli esperti esiste però un consenso nell’accettare che questa sia dovuta alla collisione tra le particelle di acqua, cristalli di ghiaccio e grandine. In queste collisioni le particelle più pesanti si caricano negativamente e rimangono negli strati più bassi delle nuvole. La nuvola con carica negativa induce una carica positiva sul suolo. Quando la differenza di potenziale è sufficiente, dalla regione della nuvola in cui è maggiore la concentrazione di cariche negative partono una o più cariche con percorsi tortuosi e ramificati; spesso anche da più punti della nuvola possono partire diverse decine di rami. Queste sono dette scariche pilota (scariche leader). La propagazione avviene dall’alto verso il basso, con scatti ad intervalli di 10-12 microsecondi. La velocità di propagazione durante questi scatti è dell’ordine dei 10.000 Km/s, mentre l’effettiva velocità di propagazione della scarica si mantiene in genere sull’ordine dei 100 Km/s e raramente supera i 300 Km/s. Questa fase di propagazione delle cariche negative verso il terreno è silenziosa e debolmente luminosa. Quando le propaggini della scarica si avvicinano al terreno, sul quale intanto si sono indotte forti concentrazioni di cariche positive, da un punto del terreno con concentrazione di carica particolarmente elevata, partono analoghe schiere di cariche positive verso l’alto. Le cariche positive che salgono e quelle negative che scendono si incontrano ad una quota di circa 15-50 metri dal suolo. A questo punto si genera la scarica vera e propria che è detta scarica di ritorno: un intensissimo flusso di cariche positive dal terreno raggiunge la nuvola lungo il percorso precedentemente preparato dalle scariche pilota che si sono staccate dalla nuvola. E’ questa la fase durante la quale si generano il lampo ed il tuono. Quando la scarica di ritorno raggiunge la nuvola una vasta zona di quest’ultima viene neutralizzata e si generano degli squilibri con conseguenti scariche interne alla nuvola. In breve la nuvola raggiunge di nuovo l’equilibrio, con concentrazione di cariche negative nella sua parte inferiore; ciò può generare un’altra migrazione di cariche negative dalla nuvola verso il terreno che questa volta segue il percorso di gas fortemente ionizzati lasciati precedentemente dalla scarica di ritorno.

Succede a volte il fenomeno per cui non si se percepisce il tuono, questo succede perchè la veloctà del suono nell’aria cresce all’aumentare della temperatura. L’onda sonora generata se il fulmine è a una certa altitudine giunta a terra vicino agli strati d’aria più caldi più prossimi al suolo, viene ad essere piegata verso l’alto. Si ha un effetto di rifrazione del suono.

Nel seguente video composto da 7000 immagini al secondo è visibile il fenomeno nella sua completezza

 

Proteggersi dai fulmini

Ogni temporale è preannunciato da tuoni e quindi conviene subito cercare un riparo adeguato tenendo presente che una casa è il posto più sicuro in particolare se nelle vicinanze iniziano a cadere fulmini. Anche in casa è opportuno tuttavia seguire alcuni accorgimenti.

Evitare di stare vicini a superfici e ad oggetti metallici; è pure opportuno non sostare accanto alle pareti o in stanze troppo piccole. Non accendere apparecchi elettrici; si ricorda che l’antenna televisiva, purché opportunamente messa a terra può funzionare da parafulmine. Non tenere aperte le porte e le finestre. All’aperto, in mancanza di zone riparate e sicure occorre osservare che alberi, tralicci, antenne, bandiere possono fungere da richiamo e quindi conviene rannicchiarsi su di un qualsiasi oggetto isolante, evitando di sdraiarsi per terra. In particolare sono molto pericolosi gli alberi, specie se isolati, vecchi e pieni di cavità. La corrente passa attraverso il tronco facendo evaporare all’istante la linfa e provocando l’esplosione del tronco; se quest’ultimo è liscio e bagnato le probabilità di danneggiamento sono molto minori. E’ sconsigliabile rimanere in acqua durante un temporale, essendo essa un ottimo conduttore di elettricità. Un buon rifugio, al contrario, è l’automobile.

Bibliografia:

http://www.cdm1880.it/Fulmini/4-Formazione%20fulmine.htm

http://scienzapertutti.lnf.infn.it/risposte/ris38.html

http://www.sicurinsieme.it/fulmini.asp

http://www.lufe.it/Pagine/cosasono.htm

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