Temporali e fulmini

I temporali


In ogni istante sul nostro pianeta sono simultaneamente in atto 2000-3000 temporali e il loro numero, in un anno, e' di 16 milioni circa.

Come visto in dettaglio con l'articolo nuvole e nubi, il meccanismo che innesca lo sviluppo della nube temporalesca e' il sollevamento di aria molto umida dal suolo fino a quote di 800-1500 metri, dove il raffreddamento da espansione subito dalla massa d'aria in ascesa determina, in condizioni di elevata umidita', la condensazione del vapore acqueo in una miriade di minutissime goccioline.

CumulonembiIl cumulonembo (abbreviazione Cb) e' la tipica nube temporalesca, ha uno sviluppo verticale ed e' la piu' spettacolare e imponente tra le nubi. Si presenta prevalentemente nelle ore piu' calde dei mesi estivi in quanto la sua formazione necessita di una grande quantita' di energia termica.
Vista a distanza si presenta grosso modo come una torre che dalla base piatta e relativamente non molto alta dal suolo (mediamente intorno ai 2000 metri alle nostre latitudini).
Si erge per alcuni chilometri (meno ai poli e di piu' all'equatore), sino a interessare una buona parte della stratosfera. Alle nostre latitudini e' nell'ordine dei 6-10 km di spessore, ma lungo la fascia equatoriale la sommita' della nube si spinge addirittura oltre 20 km di altitudine.

Formazione nuvole temporalescheRaggiunto tale limite, si espande orizzontalmente, dando luogo ad una sommita' a forma di incudine, e non piu' verticalmente, in quanto a partire da quella quota l'aria comincia a diventare piu' calda mano a mano che si sale e, quindi, il vapore acqueo in essa presente non riesce piu' a condensarsi. La base del cumulonembo e' scura, a volte quasi nera, con sfumature che possono andare dal verde al giallo soprattutto quando causa la formazione di grandine.

All'interno del cumulo si hanno fenomeni meteorologici molto violenti, con correnti ascensionali di forte intensita' (anche di 40m/s) ed analoghe correnti discendenti al loro esterno, nonche' grossi accumuli di elettricita' statica, che possono dare luogo ai fulmini. Allo scoppiare del temporale, nella zona interna si forma una fortissima discendenza, mentre nelle zone circostanti prosegue l'ascendenza, quindi si verifica un forte vento al suolo che spesso solleva visibilmente foglie e polvere nella zona circostante al fenomeno.

I cumulonembi si formano se l'aria e' calda, umida e instabile.

Si distinguono numerose specie di cumulonembi:

- Cumulonimbus calvus
- capillatus
- incus

Il cumulonembo calvus si eleva a forma di montagna o di "panna montata" e presenta contorni in genere lisci e ben delineati. Questo cumulonembo non ha raggiunto ancora il massimo stadio di sviluppo cioe' il cumulonembo ad incudine (incus), a cui sono associati rovesci anche di forte intensita' e manifestazioni temporalesche.


A seconda che l'iniziale sollevamento dell'aria umida verso l'alto sia causato dall'arrivo di un fronte (specie un fronte freddo), dalla presenza di rilievi oppure da moti convettivi, i temporali vengono rispettivamente classificati in frontali, orografici e di calore.

Gran parte degli episodi temporaleschi ha un'origine dinamica; si tratta di temporali frontali, che si sviluppano in una porzione dell'atmosfera che risulta essere instabile in zone estese anche per centinaia di chilometri. Vi sono temporali che si sviluppano lungo le superfici frontali e temporali che nascono dopo il passaggio del fronte freddo in regioni caratterizzate da elevata instabilita' dell'aria, a patto che vi sia aria fredda in quota e condizioni favorevoli allo sviluppo di moti verticali. L'innesco del singolo temporale puo' essere condizionato da fattori orografici, ma gli intensi moti convettivi vengono attivati da cause di tipo dinamico.

I temporali orografici nascono invece proprio dal sollevamento forzato dell'aria umida spinta dai venti dominanti a ridosso dei rilievi montuosi. In pratica si tratta dell'effetto stau, lo stesso che in inverno da' luogo a nevicate sui versanti esteri alpini con correnti tese settentrionali.

Il temporale di calore si sviluppa nelle zone continentali in condizioni di debole circolazione atmosferica, anche con pressione relativamente alta, ed a regime di pressioni livellate; la sua origine va ricercata nella formazione di una colonna d'aria instabile a causa del riscaldamento solare durante le ore diurne. E' un fenomeno che trova le condizioni favorevoli al suo sviluppo nei pomeriggi estivi (specie nella Pianura Padana), in presenza di aria umida stagnante in prossimita' del suolo. Fattori che ne favoriscono la formazione sono la presenza di aria fredda in quota (gocce fredde) o infiltrazioni di aria fresca dalle valli alpine.

Il loro raggio d'azione e' molto limitato: parte di una provincia, talora solamente alcuni quartieri di una citta'. A pochi chilometri di distanza il cielo puo' essere del tutto sereno e talora si avverte solo un aumento di intensita' ed un cambio di direzione del vento.

Non e' difficile imparare a classificare il tipo di temporale a cui abbiamo assistito:
se l'evento e' generato da un fronte freddo il barometro segnalera' prima un calo, poi un sensibile aumento della pressione, diversamente la lancetta del barometro si sara' mossa di poco;
se il temporale si sviluppa entro un nucleo di aria fredda non mancheremo di osservare la brusca discesa della temperatura soprattutto durante la precipitazione, ma che perdura anche nelle ore successive, mentre il temporale di calore ha un effetto rinfrescante di breve durata, spesso limitato solo al momento dei rovesci. Piu' in generale, ovviamente, i temporali che osserviamo all'interno di un periodo di tempo perturbato, che sono preceduti da piogge o che sono seguite da altre ore di maltempo, senza necessariamente un cambio della massa d'aria, hanno sempre un'origine dinamica.


Che cos'e' un fulmine

Che cos'e' un fulmine? Senza addentrarci troppo nelle fisica, il fulmine e' una rapida successione di scariche elettriche che avviene tra una nube ed il suolo o tra due nubi durante un temporale. L'intensita' delle scariche elettriche va da 30.000 a 100.000 ampere. Il fulmine e' causato dall'attrazione tra la carica negativa della base di una nube temporalesca e la carica opposta indotta nel terreno sottostante.

Una volta creato il percorso che unisce la nube al suolo (la cosiddetta scarica guida), si scatena il fulmine cosi' come lo possiamo osservare. Si tratta del cosiddetto lampo principale, che sale dal suolo verso la nube a oltre 40.000 chilometri al secondo e che riscalda fino a 10.000 o 15.000 gradi Celsius il canale di atmosfera che attraversa.

Quello descritto e' il classico fulmine tra nube e terra, ma non sono rari anche i fulmini tra nube e nube, che quindi non raggiungono il suolo.


Come si crea la carica negativa alla base della nuvola?

L'ipotesi piu' accreditata per spiegare la formazione di cariche nelle nuvole temporalesche e' che i moti convettivi all'interno delle nuvole spostano verso l'alto l'aria umida e verso il basso quella fredda; d'altro canto la temperatura, piu' bassa negli strati piu' alti dell'atmosfera, fa congelare le gocce d'acqua. Si creano cosi' dei flussi convettivi che portano in alto gocce d’acqua e verso il basso particelle di ghiaccio. Questo origina uno sfregamento continuo di acqua e ghiaccio, permettendone il caricamento elettrostatico.

Probabile distribuzione cariche elettriche in una nuvolaIn sostanza all'interno delle nubi temporalesche le correnti ascendenti caricano per strofinio le gocce di pioggia e i cristalli di ghiaccio creando un accumulo di carica positiva alla sommita'. La carica negativa si concentra nel centro della nube dove le temperature oscillano tra -10 e -20 gradi, mentre il suolo si carica anch'esso positivamente per induzione.

Le particelle cariche tenderanno a disporsi secondo uno schema bi o tri polare, con le cariche negative nella parte bassa della nube e quelle positive nella parte alta.

Il cumulonembo assume cosi l'aspetto di un grosso dipolo, essendo le regioni cariche di qualche km di diametro. Alcune sacche minori di cariche positive si possono trovare nella zona inferiore della nube.

Quando il potenziale elettrico supera un milione di Volts/metro, la carica accumulata nella nube si scarica sotto forma di fulmine. Nel 91% dei casi i fulmini si verificano partendo dalla nube verso il suolo. Lungo il percorso della scarica l'aria si ionizza e si riscalda espandendosi, dando vita al tuono che si puo' udire fino a 10-15 Km di distanza. Nel 50% dei casi la corrente del fulmine supera i 20 KA.


Caratteristiche di un fulmine

Grafico direzione dei fulminiLa direzione dei fulmini puo' essere diversa (come indicato in figura); oltre ai fulmini che originano dal centro negativo della nube verso il suolo (indicati in figura come Nube suolo negativo), altre scariche si possono verificare tra diverse parti della nube, non giungendo mai a terra (i cosiddetti fulmini nube-nube). In alcuni casi e' possibile osservare anche fulmini tra il suolo e la sommita' positiva della nube (indicati in figura come Nube suolo positivo). Questo genere di fulmini diventano piu' numerosi verso la fine dei temporali e quando la nube temporalesca e' particolarmente ben sviluppata (supercella).
Attivita' elettriche che superano i 50 fulmini/minuto (contatore in alto a sinistra) indicano fenomeni particolarmente violenti con buona probabilita' di grandine e possibilita' di trombe d'aria.

In un fulmine si distinguono il lampo (bagliore luminoso della scarica) ed il tuono (fenomeno acustico dovuto all'improvvisa espansione della massa d'aria intorno alla scarica).

Ogni fulmine nube-suolo e' in realta' formato da piu' componenti, che nell'insieme prendono il nome di fulmine. Il fulmine nel suo complesso ha una durata media di 0.2 sec., mentre le singole componenti hanno durata di decine di millisecondi e vengono chiamate colpi. Di solito per ogni fulmine ci sono due o tre colpi, intervallati da pause. Se si osserva ad occhio nudo un fulmine puo' capitare di vedere l'immagine intermittente; questo significa che si stanno percependo i vari colpi.

Il fulmine inizia a propagarsi quando si crea un canale di carica ancora molto debole e leggermente visibile, che incomincia a svilupparsi verso terra. Questo canale procede per passi successivi, ciascuno dei quali e' lungo circa 50 m, con pause di circa 50 msec. Questo canale e' chiamato stepped-leader. Quando lo stepped-leader tocca terra o incontra un canale analogo ascendente, il circuito nube-suolo viene chiuso e si ha passaggio di corrente. La corrente illumina il canale ionizzato fin qui rimasto oscuro generando cosi' la classica striscia luminosa; questa fase e' chiamata return stroke (colpo di ritorno). La velocita' del colpo di ritorno e' circa 1/3 della velocita' della luce. Durante il passaggio di corrente si ha un brusco cambiamento di temperatura e di densita' nel canale ionizzato lasciato dallo stepped-leader. Questo brusco cambiamento origina un'onda di pressione che si propaga e che viene percepita come tuono. Il canale di carica ionizzato ha un diametro di qualche centimetro, mentre la temperatura raggiunge i 30.000 K.

A questo punto il fulmine puo' esaurirsi, oppure dell'altra carica puo' passare nel canale preesistente, discendendo verso la terra in un secondo processo oscuro, chiamato dart-leader, depositando altra carica lungo il canale; di nuovo al raggiungimento della terra si avra' passaggio di corrente con un secondo illuminamento, e cosi' via per due o piu' dart-leader. Solitamente questo processo e' piu' veloce dello stepped-leader e di solito non presenta rami secondari, come invece capita spesso al primo colpo.
La carica totale depositata da un fulmine si aggira sui 5-10 Coulomb.

Un fenomeno spesso concomitante alla discesa dello stepped-leader o alla presenza di una nube temporalesca, e' la formazione di canali di carica ionizzata di segno opposto alla parte inferiore della nube, che si propagano verso essa o verso il canale discendente partendo da terra (tipicamente da punte o strutture isolate). Questi canali, chiamati upward leader (canali ascendenti), possono incontrare effettivamente il canale discendente, aiutandolo cosi' a chiudere il percorso, o possono morire dopo poco senza aver originato il fulmine. Caso estremo e' quello in cui il canale ascendente e' cosi' forte che riesce a raggiungere la nube prima di incontrare un canale discendente. Questo da origine ad un fulmine ascendente.




Come abbiamo visto il fulmine ha sempre origine da una nube temporalesca (il cumulonembo). Non e' quindi possibile che si scateni un fulmine con il cielo sereno; quello che invece puo' accadere in rari casi e' che un fulmine che nasce da un cumulonembo segua una traiettoria obliqua, scaricandosi anche a una distanza di 10 km o piu', in una zona cioe' dove il cielo potrebbe essere sgombro da nuvole sulla verticale; ma ad un attento osservatore non sfuggirebbe la vicina nube temporalesca, anche perche' questi cumulonembi hanno perlomeno un'altezza di 6/7000 metri!

E' molto importante poi, durante una gita o un'escursione, prestare attenzione agli eventuali cambiamenti delle condizioni del tempo, particolarmente rapidi in estate in montagna. L'instabilita' e' riconoscibile dalla crescita (magari gia' in mattinata) di nubi a sviluppo verticale, che potrebbero generare di li' a qualche ora dei temporali. La distanza di un temporale si puo' calcolare contando i secondi che intercorrono tra la vista del lampo e il rumore del tuono (ogni 3 secondi corrispondono a un chilometro circa).


In caso si venga colti da un temporale

La cosa migliore da fare se si e' colti da un temporale e' rifugiarsi, se possibile, in un edificio.

In mancanza di un rifugio, anche l'automobile offre una buona protezione; l'auto ripara dai fulmini purche' non si tocchi la carrozzeria, se metallica, e siano chiusi finestrini e porte o portelli.
L'automobile, infatti, e' una gabbia metallica, che condurra' a terra la corrente tramite le gomme bagnate. Inoltre la poca distanza dalla macchina a terra e' sufficiente ad innescare un arco elettrico, ricreando una messa a terra sicura.

Se si e' in campeggio restare in un luogo chiuso come la roulotte che funge da gabbia come l'automobile.

Non ripararsi sotto gli alberi, specie se sono isolati; in un fitto bosco la probabilita' di essere colpiti invece e' piu' bassa.

Uscire dall'acqua (mare, lago, fiume, piscina) perche' l'acqua, ottimo conduttore elettrico, propaga facilmente i fulmini che cado nelle vicinanze.

Evitare di stare in ampi spazi aperti, dove si farebbe da catalizzatore di eventuali scariche.

Non praticare sport all'aperto (ciclismo, nautica, golf, scalate, pesca).

Ricordarsi che tutti gli oggetti in metallo o che si protendono verso l'alto possono attirare i fulmini (attrezzi da lavoro, canne da pesca, mazze da golf, ecc.). Non sostare vicino a corpi appuntiti (campanili, torri, spuntoni rocciosi, ombrelli) perche' prediletti dai fulmini. Stare alla larga da strutture metalliche (piloni, croci e strade ferrate). Punti pericolosi sono anche le creste montuose e, ovviante, le pareti attrezzate con scalette e catene di ferro.

Posizione accovacciataNel terreno scoperto accovacciarsi negli affossamenti; un anfratto o una grotta sono ripari ideali, purche' non si tocchi la nuda roccia. Nei casi estremi, la posizione piu' sicura e' accovacciati, con i piedi uniti e possibilmente isolati dal terreno (magari usando uno zaino); infatti la corrente attraversa per lunghi tratti il suolo.

Togliersi di mano o da addosso gli oggetti metallici e anche le scarpe se con parti metalliche.

Se si e' in bicicletta scendere di sella e allontanarsi dalla bici (se metallica).

Non usare i telefoni fissi perche' il fulmine puo' propagarsi anche lungo le linee telefoniche e staccare il cavo TV, perche' le scariche elettriche possono entrare nel televisore attraverso l'antenna provocando l'esplosione del cinescopio, e il cavo dell'antenna. Stare lontani dalle apparecchiature elettriche ed elettroniche.

Non toccare i rubinetti dell'acqua perche' i fulmini si propagano anche attraverso le condutture metalliche.



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Ultimo aggiornamento: 20/10/2007
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