La Scienza dei fulmini: come, dove e perché si formano

I fulmini sono essenzialmente delle scariche elettriche generate da differenze di carica; potremmo dire che sono "energia pura". Sui fulmini se ne sentono di cotte e di crude: miti, leggende, esperienze che hanno dell’incredibile. Ma come si formano e perché? Cosa sappiamo attualmente sull'origine dei fulmini?

Come si formano i fulmini?

La scienza non ha ancora risposte iper-dettagliate su cui tutti sono d’accordo ma ormai possiamo dire di conoscere i principi di base secondo i quali si innesca un fulmine. Per generare un fulmine abbiamo bisogno di due ingredienti fondamentali: nubi temporalesche e una differenza di carica elettrica. Ma nello specifico cosa li scatena?

Il meccanismo di innesco del fulmine

Le nubi sono composte da piccole goccioline d’acqua, chicchi di ghiaccio o altre particelle che, grazie ai moti convettivi dell’aria, collidono e si sfregano le une contro le altre generando attrito. Ed è proprio a causa dell'attrito che durante i temporali si formeranno delle zone con cariche positive e negative all’interno della stessa nuvola. Le porzioni cariche della nube indurranno il suolo e le nuvole vicine a caricarsi di segno opposto, creando sostanzialmente un campo elettrico!
Le cariche opposte (all'interno della nuvole stessa, fra nuvola e terra o fra nuvola e nuvola) si attraggono e vorrebbero unirsi, ma sono mantenute separate dall’aria che funge da barriera. Quando però le differenze di carica diventano troppo grandi, l’aria non riesce più ad isolare le cariche positive da quelle negative e così si libera una scarica elettrica per riequilibrare il sistema: il fulmine!

non perderti questo articolo

Cosa sono e come si formano i fulmini vulcanici?

Di Nicole Pillepich

Nei casi più comuni la prima scarica (chiamata leader) parte dalla nuvola e si dirama verso il terreno scendendo a zig zag e attirando le cariche positive del terreno. A questo punto le cariche positive a terra formano una seconda scarica (chiamata streamer) che si allunga dal suolo verso l'alto, raggiungendo le cariche negative che arrivano dalla nube. Il punto di incontro tra le due scariche darà origine al fulmine vero e proprio – o meglio, al cosiddetto "colpo di ritorno".
Qui cariche positive e negative entrano in contatto generando un bagliore accecante di poche frazioni di secondo. La scarica è talmente potente da raggiungere centinaia di milioni di volt e poco meno di 28.000 °C, l’equivalente di 5 volte la temperatura della superficie del Sole! Ed è qui che avviene il tuono: l’aria si riscalda velocemente, aumenta di pressione, si espande e si propaga con un enorme frastuono udibile a chilometri e chilometri di distanza. Il tuono viene avvertito sempre dopo il lampo di luce e dipende dalla propagazione delle onde nell'aria.

Tipi di fulmini

I fulmini quindi partono dall’alto o dal basso? Sono tutti uguali?
Partiamo sottolineando un dato sostanziale: saette e fulmini non sono la stessa cosa. Le saette si formano all’interno di una nuvola o tra due nuvole e non toccano il suolo, mentre i fulmini sono scariche che collegano le nuvole al suolo.
In base al flusso di cariche che si spostano, invece, possiamo dividere i fulmini in positivi e negativi: se sono le cariche negative a muoversi, parliamo di fulmini negativi, se invece sono le cariche positive a muoversi parliamo di fulmini positivi.
In base alla direzione di propagazione esistono poi i fulmini "da su a giù" (i più frequenti) e anche quelli "al contrario" che partono dalla terra e vanno verso l’alto.

Fulmini vulcanici

Prima di concludere vogliamo citare un caso particolare, ma non raro: i fulmini vulcanici! Sono ancora oggi oggetto di studio e i meccanismi sembrano essere non del tutto chiari…ma pare si formino soprattutto durante eruzioni esplosive. All'interno delle colonne eruttive le particelle di cenere, vapore acqueo e gas vengono espulse violentemente, sfregando tra loro e formando aree con cariche positive e negative, proprio come avviene nelle nubi.
Sembra che il primo a descrivere questo fenomeno fu Alessandro Volta nel 1782, a seguito dell’eruzione del Vesuvio avvenuta qualche anno prima. Al tempo Volta non comprese appieno il fenomeno, ma fu un anticipatore delle odierne teorie su questi maestosi e terrificanti eventi elettrici.
Se poi andiamo a vedere alcuni bellissimi dipinti e iconografie del passato, vediamo che il Vesuvio viene spesso rappresentato con un’enorme colonna di fumo accompagnata da lampi luminosissimi che incorniciano l’eruzione.