In meteorologia una corrente a getto (in inglese jet stream) è un "fiume d'aria" che scorre principalmente da ovest verso est in entrambi gli emisferi per diverse migliaia di chilometri, appena sotto la tropopausa (cioè a circa 10-12 km dal suolo). Pur essendo un fenomeno che avviene ad alta quota, può essere (ed è stato) sfruttato in vari modi: nell'aviazione civile per accorciare i tempi di volo, nella meteorologia come aiuto nelle previsioni meteo e persino per attacchi militari a distanza! Ma andiamo per gradi: cosa sono esattamente queste correnti a getto? E come si formano?
Come sono fatte le correnti a getto principali
Esistono due principali correnti a getto per ogni emisfero, quella polare e quella subtropicale, ed entrambe scorrono principalmente da ovest verso est in entrambi gli emisferi, come se fossero dei "fiumi d'aria" ad alta quota. Quella polare si trova tipicamente ad un’altitudine che va dai 7 ai 12 km, mentre quella subtropicale raggiunge altitudini ben maggiori, che vanno dai 10 ai 16 km. Entrambe presentano una sezione trasversale relativamente piccola, 60–120 km di larghezza per 6–8 km d’altezza, e una velocità di scorrimento che va dai 150 km/h fino a oltre 450 km/h. Per definizione, la zona dove la temperatura e l’intensità del vento rimangono costanti è chiamata nucleo del getto, o core in inglese. Per quanto riguarda il nostro emisfero boreale, la prima si trova intorno ai 30°-60°N mentre la seconda intorno ai 20°-50°N di latitudine.
Esistono poi altri tipi di correnti a getto minori, come quella orientale, africana e polare notturna. Queste hanno carattere strettamente stagionali e, nel caso della corrente orientale, sono correlate al fenomeno del monsone estivo.
Come si formano?
La formazione delle correnti a getto è dovuta all’interazione di due fattori: il riscaldamento della superficie terrestre per irraggiamento dovuto al Sole e l’azione della Forza di Coriolis sulle masse d’aria.
Il Sole infatti riscalda la superficie terrestre in modo disomogeneo, con intensità decrescente all'aumentare della latitudine (legge di Lambert). Questo causa un cosiddetto "gradiente termico" tra i poli e l'equatore, cioè una differenza di temperatura causata dalla differente insolazione (massima all'equatore e minima ai poli). Per riequilibrare questi gradienti di temperatura e pressione si instaurano venti e correnti con diverse scale spaziali e temporali che prendono il nome di circolazione atmosferica.
La Forza di Coriolis (di cui abbiamo già parlato nel video sugli uragani) è invece una forza apparente, a cui sembra essere soggetto un corpo (in questo caso la massa d'aria) a causa della rotazione terrestre. Il suo effetto è tanto maggiore quanto più esteso è lo spostamento percorso dalla massa d'aria (oltre che dalla velocità con cui questo avviene). Nel caso dei fenomeni atmosferici, che hanno scale di grandezza di migliaia di km, è facile intuirne la portata. Sono proprio queste masse d'aria in movimento che, sottoposte alla Forza di Coriolis, causano le correnti a getto.
Corrente polare
Nel caso della corrente a getto polare, il contatto di una massa d’aria molto fredda delle alte latitudini (cella polare), con le masse d’aria più calde delle medie latitudini (cella di Ferrel), provoca una significativa differenza di temperatura e di pressione. Questa a sua volta favorisce uno spostamento di flussi d’aria verso la zona di "scontro" tra queste due masse, creando dei venti che vengono deviati dalla Forza di Coriolis verso oriente e tendono a scorrere lungo la superficie di contatto tra le due masse d’aria.
Corrente subtropicale
Rispetto alla precedente, la corrente subtropicale ha un andamento molto più stabile. In questo caso le masse d’aria vicine all’equatore, scaldandosi, si sollevano e tendono a muoversi verso nord, attratte dai movimenti discendenti dell’aria più fredda (e quindi più pesante) che avvengono alle medie latitudini (circolazione della cella di Hadley). Come abbiamo visto poco fa, a causa della Forza di Coriolis, queste masse d’aria dirette verso nord vengono curvate verso oriente, dando origine appunto ad una corrente che spira da ovest verso est.
Come possiamo sfruttare le correnti a getto?
Un fenomeno fisico globale come le correnti a getto, così intrinsecamente carico di energia, ha potenzialmente moltissimi utilizzi, alcuni già sfruttati, altri ancora sul piano teorico.
Aviazione
In campo aeronautico approfittare della presenza delle correnti a getto permette sia un risparmio di tempo che di combustibile.
Il primo volo commerciale ad averle sfruttate è stato un volo della PanAm nel 1952 da Tokyo a Honolulu, che grazie alla spinta della corrente a getto polare ha ridotto il tempo di volo di oltre un terzo (da 18h a 11.5h).
Oggigiorno continuano ad essere ricercate dai voli commerciali a tal punto da allungare anche di svariate centinaia di miglia la rotta pur di farsi spingere (o non farsi contrastare) da una di queste correnti, soprattutto nelle tratte tra Nord America ed Europa e Asia e Nord America.
Meteorologia
Le correnti a getto hanno importanti effetti anche sulla meteorologia. Per quanto riguarda l'Europa e l'Italia, il getto sub-tropicale influenza il tempo durante la primavera e il periodo estivo, originando le tanto temute ondate di calore quando si propaga verso nord, mentre nel periodo autunnale e invernale il protagonista è il getto polare. Quando il ramo principale del getto polare scende di latitudine, le masse d’aria fredde polari scivolano nel cuore del vecchio continente, causando le ondate di freddo. Viceversa, l’aria fredda rimarrà relegata a latitudini settentrionali, mentre in Europa affluiranno masse d’aria più miti dall’Atlantico.
Generazione di energia
La presenza di una fonte di vento così forte e praticamente infinita ha aperto ben presto la strada a molte speculazioni su come poterlo usare per ricavarne energia.
L’idea sarebbe quella di usare dei dispositivi come aerostati o alianti sospesi (come se fossero degli aquiloni) collegati a delle turbine che, investite dalla corrente, trasformerebbero l’energia cinetica del vento in energia elettrica.
Le stime di energia che si potrebbe ricavare dalle correnti a getto variano moltissimo: secondo alcuni studi (Archer et al., 2009) basterebbe estrarne l’1% dell’energia cinetica per soddisfare il fabbisogno energetico mondiale, secondo altri invece (Miller et al., 2011) questa cifra è a dir poco ottimista. Stesso disaccordo per quanto riguarda l’impatto ambientale di una tale soluzione, per alcuni (Archer et al., 2009) trascurabile per altri (Miller et al., 2011) decisamente più rilevante.
Attacco aereo
Un utilizzo di certo meno nobile, ma che è già stato effettivamente adottato in passato, è quello di sfruttare l’energia di queste correnti per compiere attacchi militari senza bisogno di un sistema propulsivo.
È quanto accaduto nel 1944-1945 ad opera del Giappone, in cui vennero progettate le cosiddette bombe Fu-Go: delle piccole mongolfiere con a bordo bombe convenzionali e incendiarie che venivano utilizzate per raggiungere le coste del pacifico di Canada e Stati Uniti grazie alla spinta della corrente polare. Erano ovviamente poco efficaci, ma rappresentano comunque uno dei pochi attacchi diretti sul suolo americano durante la seconda guerra mondiale.
Trasporto merci
In tempi recenti, si sta iniziando a valutare la possibilità di sfruttare l'idea dei giapponesi per scopi benefici come il trasporto merci. In particolare, l'idea sarebbe quella di ritornare all'utilizzo di grossi dirigibili in grado di portare enormi carichi (soprattutto se paragonati agli aerei cargo) con costi estremamente ridotti.
Il rovescio della medaglia è che i dirigibili devono essere riempiti di gas per poter galleggiare e l'opzione più economica e a minor impatto ambientale è quella dell'idrogeno, che però è altamente infiammabile (come successe all'Hindenburg nel 1937). Certo è che con la tecnologia odierna sarebbe possibile minimizzare questo rischio tramite ad esempio l'utilizzo della fibra di carbonio per immagazzinare il gas (prima si utilizzavano gli intestini dei bovini). Per non parlare dei sistemi di monitoraggio delle previsioni meteo o dei sistemi di volo automatici. Nonostante tutti questi avanzamenti, il dibattito sul ritorno in auge di questi aerostati è ancora aperto.
Bibliografia
Archer, C. L. and Caldeira, K. Global assessment of high-altitude wind power, IEEE T. Energy Conver., 2, 307–319, 2009.
L.M. Miller, F. Gans, & A. Kleidon Jet stream wind power as a renewable energy resource: little power, big impacts. Earth Syst. Dynam. Discuss. 2. 201–212. 2011.
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