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Come si formano i fulmini?

Il fulmine è una scarica elettrica causata da uno squilibrio tra le nuvole temporalesche e il suolo, o all’interno delle nuvole stesse. La maggior parte dei fulmini si verifica all’interno delle nuvole.

Servono tre elementi per provocare un fulmine: 

  1. una forte instabilità atmosferica, causata da una differenza verticale di temperatura con aria calda sotto e aria fredda sopra; 
  2. umidità; 
  3. un innesco, che genera movimento tra le correnti d’aria. Questo fattore può essere il calore radiante del sole o una catena montuosa.
I fulmini possono verificarsi in una nuvola (intra-cloud), tra le nuvole (cloud-to-cloud), oppure scaricarsi al suolo (cloud-to-ground). In blu sono indicate le cariche negative, in rosso quelle positive.

Durante una tempesta, le particelle di pioggia, ghiaccio o neve che si scontrano all’interno delle nuvole temporalesche aumentano lo squilibrio tra le nuvole temporalesche e il terreno e caricano negativamente i tratti inferiori delle nuvole. Gli oggetti sul terreno, come campanili, alberi e la Terra stessa, si caricano positivamente, creando uno squilibrio al quale la natura cerca di rimediare facendo passare corrente tra le due cariche: i fulmini. La carica elettrica scaricata è talmente forte che il canale del fulmine raggiunge anche i 20,000-30,000°C. Infatti può riscaldare l’aria circostante ad una temperatura cinque volte più calda della superficie del sole. Questo calore fa sì che l’aria si espanda e vibri rapidamente, creando il tuono che sentiamo poco dopo aver visto un lampo. Il tuono può aiutarci a capire quanto distante sia caduto il fulmine: dal momento che il suono percorre circa 1 chilometro ogni 3 secondi, è sufficiente dividere per 3 il numero di secondi intercorsi tra il fulmine e il tuono. 

I fulmini che raggiungono il suolo (cloud-to-ground, nell’immagine) sono un fenomeno comune – circa 100 colpiscono la superficie terrestre ogni secondo – eppure il loro potere è straordinario. Ogni lampo può contenere fino a un miliardo di volt di elettricità. Fulmini di questo tipo iniziano quando una serie di cariche negative, partendo dalla parte inferiore di una nuvola temporalesca, formano un percorso segmentato diretto verso il suolo a una velocità di circa 300.000 km/h. Ognuno di questi segmenti è lungo circa 46 metri. Quando il gradino più basso si trova entro 46 metri da un oggetto carico positivamente, la carica positiva lo raggiunge, generando una corrente elettrica (nell’immagine, il fulmine visibile è indicato in giallo). 

Le cariche negative si dirigono verso il suolo seguendo un percorso a zig-zag. Quando sono sufficientemente vicine al suolo, le cariche positive sulla superficie terrestre le vanno ad incontrare, generando un canale visibile (in giallo) nel quale scorre la corrente.

Altri tipi di fulmini, i più frequenti, non lasciano mai le nuvole, ma viaggiano tra aree caricate in modo diverso al loro interno, o tra di esse (cloud-to-cloud nell’immagine). 

Raramente, possono formarsi anche fulmini “positivi”, che si originano dalla parte superiore delle nuvole temporalesche, carica positivamente. Questi fulmini hanno un flusso di carica invertito e sono molto più potenti e distruttivi. Un fulmine positivo può estendersi nel cielo e colpire il suolo “dal nulla”, a più di 10 miglia dalla nuvola temporalesca in cui è nato.

I fulmini possono essere spettacolari, ma soprattutto sono pericolosi. Circa 2.000 persone vengono uccise dai fulmini ogni anno nel mondo. Altre centinaia sopravvivono all’incidente, ma soffrono di una varietà di sintomi duraturi, tra cui perdita di memoria, vertigini, debolezza, intorpidimento e altri disturbi che complicano la vita. 

Le auto sono un ottimo posto per proteggersi dai fulmini, in quanto gli pneumatici conducono la corrente, così come i telai metallici, che così la scaricano a terra senza causare pericoli. Molte case sono costruite in modo da condurre innocuamente l’elettricità di un fulmine a terra. Anche impianti idraulici, grondaie o altri materiali possono inconsapevolmente contribuire a scaricare a terra la corrente. 

Fonti

https://www.nationalgeographic.com/environment/natural-disasters/lightning/

https://www.sciencelearn.org.nz/resources/239-lightning-explained

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