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I segreti dei temporali attraverso la scienza

Fulmini su New York

Immagina di sdraiarti su un prato o su una spiaggia a guardare le nubi sparse che transitano in una bella giornata di Sole. Le nuvole a cui probabilmente stai pensando sono definiti cumuli e assomigliano a soffici gomitoli di cotone. Sembrano nubi abbastanza innocue, ma se le condizioni lo consentono, possono evolvere nei più formidabili cumulonembi, le nubi a sviluppo verticale capace di generare fulmini e tuoni; esse sono potenti, possono causare fenomeni distruttivi e sono ancora abbastanza misteriose alla scienza. Carpirne i segreti permetterebbe una comprensione maggiore del loro funzionamento e degli effetti sul mondo umano, incluso il modo in cui costruiamo edifici o linee elettriche.

Molte nubi si formano quando l’aria calda e umida sale ad altitudini elevate, dove diventa più fredda e si condensa in goccioline d’acqua. La nube, in questo modo, tenderà a crescere, aspirando sempre più vapore acqueo, fino a generare un temporale, con precipitazioni talvolta abbondanti e forti raffiche di vento. E generando naturalmente i fulmini attraverso una differenza di potenziale tra nubi stesse o con il suolo.

In tutto il globo ogni secondo si verificano più di 100 scariche elettriche, e ci sono luoghi dove essi si verificano più di frequente. Negli ultimi anni, inoltre, la loro frequenza sembra aumentare a causa del riscaldamento globale, capace di fornire una maggiore energia grazie al calore sempre più intenso.
Nel 2014, il professor David Romps dell’Università della California, a Berkeley negli Stati Uniti, sviluppò un modello atmosferico che prevedeva un aumento dei fulmini del 12% per ogni grado in più sulla Terra.

Più recentemente, un team di ricercatori nei Paesi Bassi ha esaminato il numero di incendi provocati dai fulmini nelle foreste dell’Alaska e del Canada e hanno scoperto che essi sono aumentati dal 2% al 4% all’anno negli ultimi 40 anni. Nonostante la tecnologia abbia fatto passi da gigante negli ultimi decenni, tuttavia, non conosciamo bene il meccanismo che genera i fulmini.

Se, ad esempio, dovessi filmare un fulmine e riprodurlo in super slow motion, noteresti che la scarica procede per gradi. “Si ferma per un po’ a intervalli, prima di andare avanti“, dice il dottor Alejandro Luque dell’Istituto di astrofisica dell’Andalusia a Granada, in Spagna. Ma non sappiamo perché questo accada. Secondo il professore ci sono alcuni articoli in merito, ma essenzialmente nessuna teoria accettata.

Il dottor Luque ritiene di avere alcune intuizioni sul problema attraverso un fenomeno elettrico ancora più incredibile ma meglio compreso: gli spettri rossi.

Si tratta di enormi getti di luce colorati che si verificano tra i 50 e i 90 chilometri dal suolo, molto più alti dei temporali. La loro esistenza è stata messa in dubbio per anni poiché sono difficili da vedere da terra, ma il dottor Luque li ha studiati principalmente guardando le immagini scattate dagli aeroplani di ricerca, anche perché essi sono invisibili ad occhio nudo. Sebbene siano meno familiari dei fulmini, la fisica degli spettri è più facile da studiare perché, a quote così elevate, c’è poca aria e quindi le scariche elettriche avvengono più lentamente e a temperature più fredde.

E mentre i fulmini creano temperature più elevate della fotosfera solare, i canali di scarico degli spettri mostrano temperature identiche dell’aria circostante. Il bagliore generato da questi fenomeni è dovuto al comportamento degli elettroni, i quali si attaccano alle molecole d’aria aumentando la forza del campo elettrico e producendo una luce più brillante. Nei fulmini, ad altitudini inferiori, ci sono più molecole d’aria e l’attaccamento degli elettroni ad esse potrebbe funzionare in modo leggermente diverso.

Come già citato, il fulmine sembra procedere per fasi, e non si sa perché. Per cercare di svelare l’arcano, Luque e il suo team sta lavorando alla costruzione di un modello computazionale di fulmini.
Capire perché il fulmine procede per fasi non ci aiuterà a renderlo meno pericoloso. Ma il dottor Luque dice che ottenere una migliore comprensione del fenomeno potrebbe essere utile in diversi ambiti.

I fulmini, tuttavia, non sono gli unici elementi pericolosi di un temporale; questi generano, infatti, anche venti violenti. Il clima dell’Europa è dominato da sistemi organizzati come i cicloni extra-tropicali, ossia correnti d’aria a spirale che portano con sé vento e pioggia mentre attraversano una regione. Le città ne vedono decine ogni anno e gli scienziati hanno una buona comprensione di come funzionano. Queste tempeste possono essere forti, anche se non lo sono sempre.

Ogni volta che un edificio viene costruito in Europa, i progettisti devono assicurarsi che possa resistere a forti venti e i modelli che usano sono basati proprio sui cicloni extra-tropicali. Il problema è che tali modelli non tengono conto dei venti ritenuti rari, come quelli dei temporali.

TEMPORALI E CICLONI – A differenza di un temporale, che esclusi gli auto-rigeneranti, si dissipano in poche decine di minuti, i cicloni possono durare anche tre giorni e presentano venti moderati o sostenuti che, a differenza dei temporali, non raggiungono comunemente raffiche estremamente violente e improvvise. Un’altra differenza sostanziale tra i due fenomeni è la forza dei venti a seconda dell’altitudine.

I cicloni diventano sempre più forti con l’aumentare della quota; i temporali, invece, tendono a produrre venti che iniziano a circa 100 metri di altezza e soffiano verso il basso, con il vento che diventa più forte man mano che scende. “Un vento normale soffia parallelamente al suolo, ma un temporale soffia verso il basso. È completamente diverso“, ha affermato il professor Giovanni Solari dell’Università di Genova.

Per aiutare a comprendere i temporali, il Prof. Solari e il suo team hanno costruito una rete di 45 torri meteorologiche distanziate lungo la costa mediterranea progettate per acquisire dati sui venti creati nelle tempeste.

La gente un tempo pensava che i temporali fossero rari“, ha detto il prof. Solari. “Questo perché non potevano vederli tutti. La rete ha ora registrato un database di 250 record di temporali. Il piano è ora quello di modificare il modello iniziale per tenere conto di tutti questi diversi temporali ed essere veramente rappresentativo.”

La ricerca in questo articolo è stata finanziata dal Consiglio europeo della ricerca dell’UE.

Per approfondire:

Renato Sansone: Giornalista scientifico, iscritto all'ordine nazionale dal 2013. Si occupa di cronaca scientifica dal 2011. Contatti: renato.sansone@geomagazine.it
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