È arrivato settembre e, con lui, i primi temporali. Un temporale è fatto da precipitazioni, pioggia o grandine, e scariche elettriche.
La Natura dei Fulmini
Queste scariche, i fulmini, sono da sempre un fenomeno affascinante per l’umanità. Quando si scoprì l’elettricità, molti scienziati si dedicarono ai fulmini, finalmente con metodi scientifici. Sono passati 250 anni, ma ancora non sappiamo bene come funzionino i fulmini.
Sappiamo che sono scariche elettriche, come le scintille della candela del nostro motore, ma molto più potenti. Sono stati osservati fulmini tra le nuvole e il terreno e tra una nuvola e l’altra, durante i temporali, ma anche durante le tempeste di sabbia e nelle colonne di fumo durante le eruzioni vulcaniche.
La Fisica dei Fulmini
In ogni caso, ci devono essere due oggetti (ad esempio una nuvola e un palo metallico sul terreno) con cariche elettriche opposte e queste cariche devono essere molto grandi, in modo da generare la cosiddetta “rottura del dielettrico”. In condizioni normali, l’aria non conduce la corrente: se avviciniamo una mano a un cavo elettrico non prendiamo la scossa, infatti. Se però le cariche sono molto grandi, il campo elettrico che generano può diventare così grande da ionizzare l’aria e renderla conduttrice.
Questa ionizzazione provoca appunto la rottura del dielettrico, creando un canale in cui le cariche possono muoversi. Per l’aria servono potenziali molto forti, l’aria secca si “rompe” quando il campo supera i 30000 Volt a centimetro. Durante un temporale l’aria è umida, per cui la ionizzazione avviene prima, ma comunque, per un fulmine di qualche decina di metri, servono decine o centinaia di milioni di Volt, una tensione molto, ma molto più alta di quella che sta dietro ad un cartello ALTA TENSIONE!
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Una volta che l’aria si ionizza e si forma il canale conduttivo, in un tempo molto breve le cariche negative vanno verso il polo positivo, mentre ci vuole un tempo un po’ più lungo perché le cariche positive facciano il cammino inverso: gli ioni positivi perdono molta più energia degli elettroni, emettendo molta più luce e calore. Di solito, il terreno si carica positivamente e la nuvola negativamente, quindi la parte “visibile” del fulmine è quella che va in su, non quella che viene giù, come di solito immaginiamo.
La liberazione di energia che produce il lampo luminoso produce anche molto calore, in un “tubo” di qualche centimetro di diametro. Questo calore fa espandere l’aria tutto intorno e provoca un’onda di pressione, che percepiamo come suono molto intenso, il tuono. Il lampo e il tuono si formano nello stesso istante, ma la luce viaggia molto più veloce del suono: il suono fa solo un chilometro in tre secondi, mentre la luce fa il giro del mondo in pochi millisecondi. Potete contare quanti secondi passano tra il lampo e il tuono e dividere questo numero per tre, saprete immediatamente a quanti chilometri da voi è il temporale.
Lampi di Calore e Lampi Gamma
“Lampi di calore”: quante volte l’abbiamo sentito dire guardando l’orizzonte nelle sere d’estate. Convenzionalmente si sostiene che i fulmini si generino quando nell’atmosfera si forma un gigantesco campo elettrico, situazione frequente in caso di strutture temporalesche.
Pensate infatti che accanto ai lampi da temporale esistono altri lampi, non necessariamente emessi durante le manifestazioni temporalesche, anche se più frequentemente presenti in aree effettivamente temporalesche. Si tratta di emissioni energetiche di origine cosmica chiamati lampi gamma.
“Abbiamo dimostrato che esiste una stretta connessione fra i lampi gamma terrestri ed i fulmini ottici rilevati a terra”, ha spiegato Fabio Fuschino, dell’INAF-IASF di Bologna e autore dell’articolo pubblicato su Geophysical Research Letters. Il ricercatore rende noto di aver scoperto che esiste una corrispondenza molto stretta, soprattutto nel sud-est Asiatico, tra l’emissione di lampi gamma e la generazione di fulmini ottici, e questo è un risultato che è stato possibile dimostrare appunto solo nel 2011.
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Le zone della Terra con una più alta presenza di fulmini, quindi, sono anche quelle dove si concentra una maggiore frequenza di lampi gamma. I fulmini temporaleschi sono maggiormente concentrati sulle zone continentali rispetto agli oceani e anche le emissioni gamma seguono questa distribuzione.
Prevedere i Temporali: Una Sfida Complessa
Tra tutti gli eventi meteorologici, i temporali sono di gran lunga quelli più complicati da prevedere. Queste difficoltà di previsione derivano anche dal meccanismo atmosferico che porta alla formazione dei temporali.
La prima è stimata dall’indice CAPE (convective available potential energy), che appunto quantifica l’energia potenziale disponibile per i moti convettivi e si misura in J/kg. Il CAPE ci dice quindi quanti Joule di energia riceve ogni chilogrammo di aria durante il suo moto ascendente.
Questa può essere di origine orografica come ad esempio una massa d’aria sollevata da un rilievo montuoso. I modelli meteorologici devono avere una risoluzione abbastanza elevata da stimarne il più correttamente possibile l’altezza, in modo da poter quantificare la sua influenza sui moti della bassa troposfera.
E’ interessante far notare come spesso i venti che fanno da innesco a temporali, sono le correnti di outflow in uscita da altre celle temporalesche.
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Anche in presenza di elevata energia a disposizione è inoltre possibile che non vi sia un innesco dei fenomeni. Questo può essere causato da uno strato di inversione termica (uno strato in cui l’aria a una certa quota è più calda di quella sottostante) in bassa-media troposfera. L’aria calda, essendo meno densa, funge da “tappo” ai moti verticali.
A tutto ciò si aggiunge il fatto che al di sotto di un temporale ci sono aree in cui banalmente non avvengono precipitazioni (ad esempio al di sotto dell’area delle correnti ascensionali in alcune tipologie di temporali), aree in cui avvengono precipitazioni deboli e aree in cui i fenomeni sono più intensi. Queste sono solo alcune delle casistiche che possono determinare la difficoltà di una previsione di eventi temporaleschi.
Bisogna innanzitutto saper interpretare i parametri forniti dai modelli matematici e valutarne l’errore intrinseco.
Ondate di Calore e Cambiamenti Climatici
Spesso chi racconta dell’ondata di calore che sta avvolgendo l’Italia esagera senza motivo una realtà che è già da sola molto preoccupante, e dimentica di citare il legame con la causa principale, il surriscaldamento globale.
Molto spesso quando si parla di queste ondate di calore manca del tutto il legame fra la loro numerosità e intensità e i cambiamenti climatici in atto. Secondo l’IPCC è “molto probabile” che la frequenza e/o durata delle ondate di calore sulla maggior parte delle terre emerse aumenterà a fine secolo (si vede la Tabella SPM.1 del AR5 WG1).
I modelli utilizzati indicano una maggiore probabilità di occorrenza di ondate di calore in Europa (ma con importanti differenze da paese a paese) nei prossimi due decenni a causa del surriscaldamento di origine antropica. In scenari a più lungo termine, le ondate di calore ancora rare nel clima attuale potrebbero diventare episodi comuni e verificarsi in qualsiasi paese in Europa.