Fuochi fatui, scoperta la reazione chimica che li accende nei cimiteri: dalle leggende ai microfulmini

I fuochi fatui, flebili fiammelle blu che danzano nel buio senza bruciare nulla, senza fare rumore, senza calore, circondate dalle nebbie della palude o in tetro cimitero in campagna, non sono più un mistero. Non sono le anime dei morti che risalgono in superficie, né cattivi presagi dall’aldilà. Uno studio pubblicato qualche mese fa sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) ha scoperto che ad accendere queste fiammelle nella notte potrebbero essere stati microfulmini, scaturiti dallo scontro di minuscole bollicine di metano e acqua con una carica elettrica opposta. La scintilla che si genera basta ad accendere il gas e a dare vita a quelle fiammelle blu che per secoli hanno tormentato il tragitto di solitari viandanti in terre remote e alimentato leggende fin dal Medioevo. Gli scienziati già sapevano che si trattasse della combustione del metano prodotto dalla degradazione di materiale organico accumulato nelle paludi, ma questo studio del dott. Zare finalmente risponde all’unica domanda rimasta irrisolta da secoli: “cosa lo accende?".

I fuochi fatui e il problema dell’innesco

Dal Paradiso perduto di Milton agli scritti di ottica di Newton, dall’Enrico IV di Shakespeare ad Alessandro Volta, che aveva intuito l’importanza dell'elettricità nel fenomeno, i fuochi fatui hanno affascinato tanto filosofi e scrittori quanto gli scienziati. Descritte come piccole fiammelle alte circa 15 cm, apparivano a un paio di metri dal terreno e potevano durare fino a un quarto d’ora.

Che i fuochi fatui, o ignes fatui (dal latino, fuochi sciocchi che non fanno male), non fossero anime dei morti o spiriti ingannatori, lo sapevano anche i primi scienziati che si sono occupati della faccenda. Fin da subito si ipotizzava che queste flebili fiammelle blu fossero il risultato della combustione del metano. Tutto il materiale organico che si accumula in fondo alle paludi (foglie, radici, resti animali) viene metabolizzato e decomposto da batteri anaerobi, cioè che non hanno bisogno di ossigeno.

Il metano che ne deriva risale in superficie e può “incendiarsi” dando origine alle famigerate fiammelle blu. Il problema principale era: cosa lo “accende”? Il metano può ossidarsi (e quindi “accendersi”) anche spontaneamente, ma l’energia di attivazione per questa ossidazione spontanea è estremamente elevata (oltre 100 kcal/mol) e impossibile da raggiungere alle normali condizioni ambientali di una palude e senza una fonte di calore sufficiente.

La scoperta dei microfulmini

Nel 1776, Alessandro Volta ipotizzò che fosse l’interazione tra elettricità e aria infiammabile a generare i fuochi fatui, andando molto vicino al meccanismo proposto nell’articolo pubblicato pochi mesi fa su PNAS.

La ricerca di Zare e colleghi prova a spiegare cosa avviene a livello microscopico nelle piccole bolle di gas che risalgono dal fondo delle paludi. In pratica i ricercatori hanno sparato microbollicine gassose di metano attraverso l'acqua, simulando le bollicine di metano che attraversano l’acqua nelle paludi. Questo movimento porta alla separazione di cariche elettriche sulla superficie delle bolle.

La curvatura delle bolle all’interfaccia gas-liquido genera forti campi elettrici localizzati e bolle di dimensioni diverse si caricano con segni opposti: quelle più piccole si caricano negativamente, quelle più grandi positivamente. Quando due bolle con cariche opposte si avvicinano abbastanza, il campo elettrico nel piccolo spazio tra loro raggiunge un’energia tale da “rompere” il gas circostante, generando una scarica elettrica spontanea: il microfulmine, catturato dai ricercatori su video grazie a telecamere ad alta velocità.

Nonostante sia una scarica minuscola, l'energia è abbastanza da innescare l’ossidazione non termica del metano: una combustione sui generis, che avviene molto lentamente e a temperature molto basse (infatti non produce tanto calore). Grazie a un contatore di fotoni e uno spettrometro i ricercatori hanno rilevato luce ultravioletta e fluorescenza coerenti con la presenza di formaldeide, un noto un prodotto della combustione del metano.

Un dettaglio interessante è che, in uno studio precedente, i ricercatori avevano rilevato che i microfulmini si formano anche quando nell'acqua viene iniettata solo aria, dimostrando che il fenomeno non è legato all’infiammabilità del gas, ma è intrinseco alla separazione di cariche elettriche all'interfaccia tra gas e liquido. Il fatto che il metano sia infiammabile e si “accenda”, amplifica e rende più visibile l’effetto, ma non è la causa primaria delle scariche elettriche.

Cosa dicevano le teorie precedenti?

Una delle teorie più citate come spiegazione per l’innesco riguarda la fosfina, un gas tossico prodotto anch'esso dalla decomposizione organica, la cui ossidazione avrebbe potuto fornire la scintilla per l’ossidazione del metano. Teoria da scartare, perché la fosfina, come documentato dagli esperimenti dei chimici italiani Luigi Garlaschelli e Paolo Boschetti produce fiammelle verdi e non bluastre come quelle dei fuochi fatui.

Un’altra teoria suggerisce che in passato i viandanti vedessero i fuochi fatui perché le loro stesse lanterne fornivano la scintilla necessaria. Ma non è stata abbastanza forte da convincere la comunità scientifica, anche se spiegherebbe perché oggi il fenomeno sarebbe "scomparso": semplicemente perché non giriamo più con fiaccole e lanterne nel bel mezzo del nulla.

Perché oggi non li vediamo quasi più

Dalla prima descrizione registrata, intorno al 1340, le segnalazioni storiche dei fuochi fatui sono state numerosissime e diffuse in tutta Europa e Nord America. Oggi sono praticamente scomparsi e la colpa sembra essere del progresso, che ci avrebbe privato delle passeggiate notturne in campi infestati dai fantasmi e illuminati dalle spettrali fiammelle blu.

Oltre all’avvento dell’illuminazione artificiale, con conseguente abbandono delle lanterne per farci luce nelle nostre passeggiate notturne in palude, le bonifiche delle aree paludose e l’ampliamento delle aree urbane e agricole, hanno ridotto drasticamente le zone ricche di materiale organico che marcisce e produce gas metano. Niente bollicine di metano, niente microfulmini. Niente microfulmini, niente misteriose e affascinanti fiammelle blu danzanti nel buio.

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