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Cosa genera un fulmine?

Intensi e sfolgoranti, veri e propri spettacoli di luce, affascinanti ma sempre temuti. Ecco i meccanismi che li scatenano.

Tutto temporali - 3 Agosto 2005, ore 16.01

Si addensano nubi minacciose davanti al nostro orizzonte, poi un bagliore seguito da un rombo fragoroso e di colpo si risveglia in noi quel misto di attrazione e timore per un fenomeno naturale così estremo: è la magia del fulmine. Ma cosa c'è dietro quell'istante luminosissimo? Come è noto, la Terra è un gigantesco magnete e la sua atmosfera è sede di un potente campo elettrico (lo chiameremo E) che ha il suo massimo di circa 140 Volt/m vicino al suolo e poi decresce fino a divenire quasi nullo verso i 10-12 km di altezza. Nelle giornate più assolate, i raggi solari tendono a far assumere alla Terra la funzione di polo negativo. Il polo positivo si trova in quota, a circa 25-30 km in quella che viene detta appunto elettrosfera. Di conseguenza, l'aria ha una leggera carica positiva. Alcuni fattori, come lo strofinio al suolo di venti molto secchi (si pensi al Foehn) possono aumentare la positività dell'aria. Analogamente, le particelle inquinanti o le minuscole goccioline di nebbie e foschie possono aumentare E, data la loro elevata capacità di isolanti elettrici. Inversamente a quel che accade per E, il potenziale elettrico terrestre cresce con l'altezza, fino ad un massimo di 300000 Volt a circa 18-20 km di altezza. Ci sono allora tutti gli ingredienti affinché E sposti verso il suolo le particelle a carica positiva (ioni positivi) e spinga verso l'alto gli ioni negativi. In altre parole, quando c'è bel tempo, si genera una debole corrente elettrica convenzionalmente rivolta dal cielo verso la Terra (stimata globalmente in circa 2000 Ampère). Perché questo flusso non annulla la carica negativa terrestre in pochi minuti? Evidentemente, la natura ha studiato un meccanismo ingegnoso per reintegrare questa perdita: mentre state leggendo, su tutto il Pianeta sono in atto circa 3000 temporali che, con tutte le loro scariche, restituiscono al suolo la carica negativa persa durante le giornate di maggior soleggiamento. Dove si originano tutti questi fulmini? All'interno delle nubi temporalesche, le veloci correnti ascendenti, sospingono verso l'alto le goccioline e i cristalli di ghiaccio più leggeri. Quelli più pesanti tendono a cadere verso il basso sotto forma di precipitazione. Ogni goccia o chicco di grandine, cadendo, assume una carica positiva nella parte più bassa e una negativa in quella rivolta verso il cielo. Negli infiniti urti con le particelle leggere in ascesa viene ceduta la carica positiva e la precipitazione assume una carica debolmente negativa. Tutto il cumulonembo diviene un enorme dipolo elettrico, positivo nella sommità della nube, negativo alla base, in grado di attrarre, in basso e in alto, tutti gli ioni di segno opposto fluttuanti nell'aria circostante. Questo non fa altro che raddoppiare i dipoli: il primo, si troverà nella parte più bassa della nube ed avrà una carica complessiva negativa di circa 500 Coloumb (grosso modo all'altezza dello zero termico); il secondo sarà positivo, situato nella sommità, di circa 50-60 Coloumb. Alla base della nuvola, la crescente carica negativa, genera per induzione una carica positiva sul suolo sottostante. Quando la differenza di potenziale con l'aria circostante si aggira intorno a 1 milione di Volt, si generano delle forze elettriche fortissime che innescano un processo a catena in cui si elettrizzano negativamente sempre più ioni in un tempo brevissimo. Questa enorme massa negativa viene respinta dalle cariche di segno uguale verso il terreno (carico positivamente): è appena nato un fulmine! Rallentando i fotogrammi di un video che riprende un fulmine potremmo vedere le 4 fasi o sequenza che lo compongono: la scarica guida, il lampo principale, la scarica guida veloce e il lampo secondario. Tutta questa sequenza si ripete circa 3 o 4 volte in 30 millesimi di secondo, ossia per l'intera durata del fulmine.

Autore : Simone Maio

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