Elettricità nelle nubi: come si genera un fulmine?

Soltanto nelle ultime 48 ore sul territorio europeo sono stati registrati più di 300 fulmini. Le condizioni di instabilità atmosferica hanno favorito fenomeni temporaleschi con elevata attività elettrica sull’Europa Centrale, Occidentale e sul Mediterraneo.

L’energia contenuta in un fulmine è talmente elevata da generare temperature di 50 mila K. L’espansione dell’aria genera l’onda d’urto che percepiamo come il boato del tuono. Al variare della distanza dal fulmine, il suono percepito cambia notevolmente perché le onde a più alta frequenza vengono assorbite prima dall’aria mentre le onde a più bassa frequenza possono viaggiare per decine di km.

La formazione dei fulmini è un processo estremamente complesso e ancora poco compreso. Uno dei principali meccanismi che causa l’elettrificazione della nube è causato dalla presenza di graupel (neve tonda), precipitazione che si forma quando acqua sopraffusa incontra i cristalli di ghiaccio sospesi in atmosfera. Le particelle di graupel si scontrano con i cristalli di ghiaccio e assumono cariche opposte, di segno positivo o negativo a seconda delle condizioni di temperature. I cristalli di ghiaccio, più piccoli e leggeri, vengono sollevati a quote più elevate grazie alle correnti di aria verticale (updraft) mentre le particelle di graupel, più grandi e pesanti, si collocano più in basso. Questo processo causa la separazione delle cariche a diverse quote all’interno della nube.

Si suppone che nella maggior parte dei temporali le due regioni con cariche opposte all’interno della nube siano originate proprio dalle particelle di graupel che trasportano cariche negative all’interno del sistema nuvoloso mentre le piccole particelle di ghiaccio trasportano cariche positive a quote più alte. Questo meccanismo è soltanto una tra i tanti che determinano l’elettrificazione delle nubi.

Le regioni cariche (o poli) all’interno della nube sono solitamente più di due: in una condizione di convezione profonda la situazione è schematizzata in figura.

La distribuzione delle cariche determina la presenza di una differenza di potenziale che, se supera una determinata soglia, genera la scarica tra la nube e il suolo, anch’esso carico elettricamente. La situazione è simile a quella che avviene tra due piastre di un condensatore divise da un mezzo isolante, in questo caso l’aria.

I fulmini non avvengono soltanto tra nube e suolo, ma anche tra nubi o all’interno della stessa nube.