I FULMINI
Ivan Spelti (27/1/2017)
Chi non ha paura dei fulmini? Vediamo lampi, saette, di
solito ramificati ed irregolari nel cielo e dopo sentiamo i tuoni.
Tutti sappiamo che la luce si propaga a velocità estremamente
elevata rispetto alle onde sonore: 300.000 km/secondo, contro 0,34 Km/secondo.
Anche da ragazzi ci siamo divertiti a calcolare la distanza da cui si originava
il fulmine: per esempio, se contavamo 3
secondi voleva dire che il fulmine era partito circa da 1 km di altezza, mentre
se contavamo 6 secondi il fulmine partiva da altezza doppia.
I fulmini sono fenomeni atmosferici consistenti in scariche
elettriche improvvise e violente che si manifestano tra le nubi e la superficie
terrestre o tra le nubi stesse. L’aspetto a zig-zag e le ramificazioni derivano dalla ricerca del
percorso in atmosfera di minor resistenza elettrica nel quale si veicola la
scarica.
Perché i fulmini?
La fisica ci insegna che si caricano due corpi conduttori
separati da un materiale isolante con cariche di segno opposto non passa la
corrente elettrica. Se aumentiamo il numero delle cariche, aumenta il valore
del campo elettrico fino ad un certo limite caratteristico del tipo di isolante.
Un ulteriore aumento di cariche fa cedere la condizione di isolamento: la
corrente elettrica si sprigiona violentemente tra i conduttori “perforando” per così dire l’isolante interposto. Avete
già capito che l’isolante è l’aria e i corpi conduttori sono la nube e il suolo
terrestre o due nubi o due diverse parti di una stessa nube. Facile anche
capire come la condizione dell’aria sia importante: può essere secca, umida,
piena di pulviscolo.
Ci limiteremo all’analisi di quello che succede tra una nube
temporalesca e la superficie terrestre.
Uno schema semplificato del fenomeno prevede che una tale
nube (detta cumulonembo) sia
strutturata con cariche elettriche positive nella sua parte superiore e cariche
negative nella sua parte inferiore: questa separazione delle cariche
avviene mediante le collisioni delle
goccioline d’acqua o dei cristalli di ghiaccio formatisi dalla condensazione o
sublimazione del vapor d’acqua, favorite da correnti ascensionali e
precipitazioni mediante meccanismi di interazione e crescita oggetti di continuo
studio per i meteorologi dell’atmosfera.
Le particelle più piccole acquistano cariche negative e le
più grandi cariche positive: tendono a separarsi fino ad assumere il diverso
stato elettrico sopra e sotto la nube. Una separazione che origina una enorme
differenza di potenziale sia dentro la nube che tra nube e terra: parliamo di
milioni e miliardi di Volt, associati ad un valore di corrente elettrica che
può raggiungere i 200.000 ampere!
Nel contempo, la superficie terrestre, per induzione, tende a
caricarsi positivamente.
La scarica a terra, conseguente a questo elevatissimo valore
del potenziale, è complessa ed avviene in due tempi. Inizialmente, dalla nube
parte una “scarica pilota” che avanza
in basso verso il suolo: la scarica è debole, costituita da cariche negative, e
crea percorsi ramificati di poche decine di metri producendo un’intensa
ionizzazione dell’aria che predispone la seconda fase. Mentre la scarica pilota
si avvicina al suolo, parte da quest’ultimo una “scarica di ritorno” diretta in alto costituita dalle cariche
positive indotte sul suolo terrestre. Quando le due scariche si incontrano, tra
nube e terra c’è una congiunzione delle scie di scarica ed è lungo questa che
risale da terra verso la nube una fortissima corrente elettrica alla velocità
elevatissima di circa un terzo della velocità della luce.
Il fulmine è dunque la visualizzazione del canale conduttore
che si è andato creando, comprese le ramificazioni secondarie, simili alle
radici delle piante. Sulla Terra ci sono circa 44.000 temporali al giorno (16
milioni all’anno) e cadono 100 fulmini ogni secondo: in Italia, 2 fulmini ogni
Km quadrato in un anno.
I rischi?
Quando vengono rilasciate grandi quantità di energia ci sono
sempre rischi per l’incolumità delle persone e delle cose. Possiamo suddividere
gli effetti sulle strutture in elettrici e meccanici, mentre per le persone
parleremo di effetti biologici. Possiamo avere problemi sull’esercizio delle
reti elettriche (alta, bassa, media tensione), anche se le linee sono aeree e
provviste di isolatori. Ma non possiamo escludere che un fulmine si abbatta su
un traliccio o che crei sovratensioni elettriche nei cavi aerei, che fanno
scattare le protezioni automatiche e interrompono l’alimentazione dell’elettricità
al consumo. Naturalmente antenne, ripetitori, torri televisive, e così via sono
sempre sotto tiro, perché i fulmini prediligono le strutture a punta. I fulmini
possono anche penetrare negli edifici mediante cavi elettrici e antenne
televisive. I parafulmini non fanno altro che attirare i fulmini e scaricare a
terra, sfruttando l’enorme capacità della terra di assorbire cariche
elettriche.
Sono la seconda causa di morte per noi, dopo le alluvioni
improvvise, e colpiscono più gli uomini (80%) che le donne (20%). Non è ancora
ben chiaro perché. Tuttavia, solo il 30% delle persone colpite muore a causa di
arresto cardiaco o paralisi respiratoria. Testa, collo, spalle sono i punti più
colpiti, in conformità con il maggiore interesse del fulmine per “le punte”.
Come possiamo ridurre i
rischi di pericolosità dei fulmini?
Possiamo adottare alcune regole di comportamento per le
diverse situazioni. Se siamo in auto, siamo abbastanza al sicuro, poiché si
tratta di una gabbia metallica isolata tramite le gomme, che scaricano a terra
la corrente che avvolge la carrozzeria. L’importante è non toccare la
carrozzeria e tenere i finestrini chiusi.
Se siamo in casa, durante il temporale stacchiamo la spina
dell’antenna e della presa di corrente di televisione e radio, nonché di ogni
altro elettrodomestico. Non toccare i rubinetti, rimandiamo la doccia,
telefoniamo dopo e non facciamo bricolage sull’impianto elettrico. Al mare,
usciamo dall’acqua e andiamo al coperto. L’acqua salata diventa un buon
conduttore e restare in spiaggia, isolati, potrebbe essere gradito al fulmine.
In montagna, più esposti in quanto più vicino alle nubi e dove ci sono spesso
corrimani metallici nei sentieri, cerchiamo riparo nel rifugio: non ripariamoci
sotto agli alberi. I ciclisti è meglio che abbandonino la bicicletta.
All’aperto, non restare dritti ma accucciarsi a terra lontano
dagli alberi e da oggetti metallici. La corrente del fulmine, dopo aver colpito
il bersaglio, si disperde nel terreno e quindi non si è mai completamente al
sicuro: in un anno, nel mondo, circa 1.000 persone sono colpite dal fulmine.
Un fulmine scalda l’aria circostante a circa 35.000 gradi,
causando una forte espansione che corrisponde ad un’onda d’urto che passa da
una velocità supersonica (crepitio) ad una minore (brontolio): il suono
percepito proviene dai punti diversi del canale ionizzato dove passa la
corrente. Stiamo dunque attenti a non esporci ai fulmini: la probabilità di non
essere colpiti è a nostro favore, ma è meglio stare accorti!
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