Fulminazioni

I fulmini sono delle scariche elettriche improvvise e violente che si verificano tra due nubi oppure tra una nube e la superficie terrestre a causa di differenze di potenziale molto elevate nell’ambito dell’atmosfera. Il fenomeno si manifesta con un effetto luminoso (lampo) ed uno sonoro (tuono) che non vengono percepiti simultaneamente dall’osservatore a causa delle diverse velocità di propagazione della luce (circa 300.000 km/s) e del suono (circa 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. Normalmente un fulmine è composto da un ramo principale e da molti rami secondari, con il caratteristico aspetto spezzettato, determinato dalla ricerca del percorso di minor resistenza elettrica. La lunghezza può raggiungere i 2-3 Km, con punte di 5 Km in Sud Africa; quando si verificano tra nubi, spesso in quelle più compatte, i percorsi possono anche raggiungere i 10-15 Km.

Di seguito alcune mappe riguardanti le ultime rilevazioni di fulmini.

 

Fulminazioni Blitzortung

Mappe per il territorio italiano



 

Fulminazioni in Italia

Animazione per le ultime 2 ore



 

Fulminazioni in Europa



 

Fulminazioni nel Mondo



 
 

Fulminazioni animate

La mappa seguente ci offre le fulminazioni per il territorio nazionale in tempo reale, da parte della nuovissima rete europea Microsferis. Si tratta, per quanto riguarda la strumentazione, di una scheda Arduino con annesso GPS per la rilevazione esatta dei fulmini caduti. Fulmini che vengono identificati sulla mappa solo se confermati da almeno altre due stazioni presenti nelle vicinanze.

Elaborazione concessa gentilmente da Meteo Carmignano


 

Fulminazioni real-time

La mappa fulminazioni in tempo reale, offerta dalla stazione di rilevamento situata ad Arzignano (VI), con a fianco la relativa analisi delle scariche elettriche, ed il loro andamento e intensità nel tempo.


 
 
 

Fulminazioni real-time

Mappa interattiva dalla rete Blitzortung

Centralina di rilevamento a Cartura (PD)
Scariche elettriche in Italia
Il prodotto presenta la sovrapposizione delle posizioni ed intensità delle scariche elettriche acquisite dalla rete di fulminazione LAMPINET, del Servizio Meteorologico dell’Aeronautica, sull’immagine del METEOSAT di Seconda Generazione, in frequenza infrarossa.
Il prodotto viene realizzato ogni 15 minuti. La legenda presenta il tempo delle osservazioni da satellite e delle scariche. Le scariche vengono rappresentate con una X nel caso di corrente negativa e con un + se positiva, mentre i differenti colori rappresentano gli intervalli di intensità di corrente registrate, in kA. Il prodotto può essere utilizzato per individuare l’area dove è presente l’attività elettrica delle nubi. Solitamente questa attività è collegata alla presenza delle correnti ascendenti delle nubi. Quando queste sono caratterizzate da intensi moti verticali si crea una differenza di potenziale che innesca le scariche.
Questo prodotto è quindi un indicatore della presenza di nubi convettive imponenti, che possono essere associate alle nubi temporalesche. Quindi tanto maggiore sarà il numero di scariche elettriche presenti, tanto maggiore è la probabilità che l’area sia interessata da un forte temporale.



 
 
 

I Fulmini, come nascono e come si formano

Come si originano

Dalla fisica è noto che se si caricano elettricamente due corpi conduttori con cariche di segno opposto, non c’è passaggio di corrente elettrica se essi sono separati da un materiale isolante. Aumentando il numero delle cariche, l’intensità del campo elettrico aumenta proporzionalmente fino ad un certo limite, caratteristico di ogni isolante, oltre il quale il materiale cede istantaneamente con un passaggio violento di corrente fra i conduttori. La scarica produce la perforazione del materiale ed il valore limite del campo elettrico, oltre il quale si ha tale fenomeno, è noto come rigidità dielettrica. Nel caso dell’aria pulita e asciutta il valore del campo è di circa 30 KV/cm, che scende notevolmente, a valori inferiori a 3-4 KV/cm, in presenza di umidità, di pulviscolo atmosferico o di altre impurità. Il fulmine è l’equivalente atmosferico del fenomeno precedentemente descritto; in tal caso l’isolante è l’aria ed i due corpi conduttori sono la nube ed il suolo oppure due diverse nubi o due diverse parti di una stessa nube. E’ ormai accertato che le grosse nubi temporalesche (cumulonembi) sono caricate positivamente nella parte più alta e negativamente in quella più bassa; esistono diverse teorie che cercano di giustificare tale situazione, una di esse, abbastanza attendibile, è che le separazioni delle cariche abbiano origine dalle collisioni fra i vari elementi di nube rappresentati dalle piccole gocce di acqua o dai piccoli cristallini di ghiaccio, formatisi in seguito alla condensazione o alla sublimazione del vapore acqueo. All’interno delle nubi temporalesche esistono forti correnti ascensionali e precipitazioni che innescano complessi procedimenti di crescita e di interazione dei vari elementi, determinando le collisioni sopracitate. Si è ritenuto che le più piccole particelle tendano ad acquisire cariche negative, mentre le più grandi acquisiscano cariche positive. Queste particelle tendono a separarsi per effetto delle correnti ascensionali e della forza di gravità, fino a che la nube non assume lo stato elettrico precedentemente descritto (positivo in alto e negativo in basso). 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. Le differenze di potenziale possono raggiungere le centinaia o migliaia di milioni di volt, causando il superamento della rigidità dielettrica dell’aria: in tale istante scocca il fulmine. Il meccanismo della scarica è tuttavia alquanto complesso e si manifesta in due tempi:Inizialmente dalla nube scende verso il suolo una scarica debole ed invisibile composta da particelle cariche negativamente, essa è detta scarica pilota (o scarica guida o stepped leader) ed avanza verso il basso con una velocità relativamente piccola (circa 100 Km/s) e con percorsi successivi di breve lunghezza (circa 50 m). Lungo tale percorso a zig-zag si crea un’intensa ionizzazione che predispone alla seconda fase. Quando la scarica pilota si avvicina al suolo, da quest’ultimo parte una scarica “di ritorno” diretta verso l’alto e composta da un flusso di cariche positive presenti sulla superficie terrestre. Quando le due scariche si incontrano, esse segnano nell’aria una specie di scia di congiunzione tra cielo e terra; lungo tale traccia risale verso la nube una fortissima corrente elettrica ad una velocità stimata in circa un terzo di quella della luce. La scarica di ritorno (return stroke) può durare tra qualche decina e qualche centinaia di microsecondi e libera una quantità enorme di energia di tipo termico, ottico (lampo), acustico (tuono) ed elettromagnetico. Il canale conduttore, creato dalla scarica guida, può ramificarsi in parecchie branche, lungo le quali si possono avere diverse scariche di ritorno giustificando così l’aspetto tutto ramificato del fulmine, simile alle radici di una pianta. Spesso lungo il canale conduttore, dopo la prima scarica, si può avere un’altra scarica guida verso il basso, che innesca un secondo fulmine. Questo può verificarsi più volte in uno o due secondi, causando l’effetto tremolante nella luce del lampo.

 

La formazione delle cariche

L’ipotesi più accreditata per spiegare la formazione di cariche nelle nuvole temporalesche è che i moti convettivi all’interno delle nuvole spostano verso l’alto l’aria umida e verso il basso quella fredda; d’altro canto la temperatura, più bassa negli strati più alti dell’atmosfera, fa congelare le gocce d’acqua. Si creano così dei flussi convettivi che portano in alto gocce d’acqua e verso il basso particelle di ghiaccio. Questo origina uno sfregamento continuo di acqua e ghiaccio, permettendone il caricamento elettrostatico. Le particelle cariche tenderanno a disporsi secondo uno schema bi o tri polare, con le cariche negative nella parte bassa della nube e quelle positive nella parte alta. Il cumulonembo assume cosi l’aspetto di un grosso dipolo, essendo le regioni cariche di qualche km di diametro. Alcune sacche minori di cariche positive si possono trovare nella zona inferiore della nube. Tra queste regioni di carica opposta possono crearsi vari tipi di scarica, appunto i fulmini.