FULMINI, SAETTE, LAMPI E TUONI

a cura di Gobbi Alberto

Il fulmine è in assoluto il fenomeno più pericoloso prodotto da un temporale in quanto non è preceduto da nessun segnale premonitore, salvo casi molto rari. Se ne deduce che per un osservatore di fenomeni temporaleschi il rischio maggiore sia quello dei fulmini, mentre grandine e tornado sono fenomeni assai più prevedibili da questo punto di vista.

I fulmini sono scariche elettriche derivanti da un accumulo di cariche elettriche di segno opposto che si viene a creare al suolo e nel Cb, il quale sembra separi le cariche positive da quelle negative concentrandole progressivamente in regioni diverse. Sembra che i cristalli di ghiaccio alla sommità della nube siano caricati positivamente, mentre le gocce d'acqua alla base della nube sono caricate negativamente. Sotto la base del temporale il suolo assume carica positiva e questa regione si muove assieme al Cb, mentre il terreno esterno al perimetro del Cb mantiene carica negativa.

Si creano quindi differenze di potenziale e ciò produce un'attrazione reciproca delle cariche di segno opposto: lo strato d'aria che le separa, sebbene sia un buon isolante, non riesce più a impedire il contatto tra le cariche e avviene così un vero e proprio "corto circuito" che si realizza nel fulmine (saetta). Le cariche negative si muovono verso quelle positive seguendo percorsi casuali a zig-zag (scarica portante). Quando si incontrano nasce il fulmine, che è sostenuto da un ritorno di cariche positive verso la nube (scarica di ritorno) che viaggia alla velocità di circa 96.000 km/s: noi osserveremo solo un'unica scarica, in quanto gli occhi non riescono a distinguere le due scariche. Tuttavia, il canale percorso dalla prima scarica può essere utilizzato da altri fulmini e se ciò avviene si ha il tipico effetto intermittente. Il processo continuerà fino a quando tutte le cariche elettriche della nube saranno state dissipate.

I tipi di fulmine dipendono dalla ripartizione delle cariche elettriche di segno opposto dentro e attorno al cumulonembo. I fulmini nube-suolo sono più frequenti nell'area delle correnti ascensionali e partono dalla base della nube, caricata negativamente, al suolo, caricato positivamente. La superficie terrestre e gli oggetti sopra la stessa conducono l'elettricità molto meglio dell'aria: perciò i fulmini sfruttano il "potere delle punte" seguendo il percorso più breve ed abbattendosi su montagne, campanili, antenne, grandi alberi isolati (pioppi, querce e olmi in primis). Sono visibili non oltre i 70 km.

In casi piuttosto rari i fulmini nube-suolo non partono dalla base del cumulonembo, bensì dalla sua sommità caricata positivamente e la regione di suolo esterna al perimetro del temporale che è caricata negativamente: questi sono i fulmini positivi che possono raggiungere addirittura lunghezze di 40-50 km per quanto riguarda la sola scarica principale (senza le ramificazioni) se questa si abbatte molto distante dalla base del Cb. Evidentemente sono casi più unici che rari: vengono chiamati fulmini a ciel sereno, anche se così non è; comunque lunghezze di 20-30 km possono tranquillamente verificarsi.

Fulmine positivo che parte dalla sommità del Cb per raggiungere il suolo: notate il cambio di colore dal bianco all'arancione per la polvere in prossimità del suolo sollevata dalle correnti di outflow; il lampo inoltre mostra anche la struttura interna del temporale
Courtesy Gene Moore www.chaseday.com

I normali fulmini negativi (base della nube-terra e nube-nube) sono più corti ed arrivano al massimo a 4-5 km: sono comunque la larga maggioranza. I fulmini nube-nube o lampi si producono all'interno del Cb quando la scarica elettrica passa tra la base della nube (caricata negativamente) e la sua sommità (caricata positivamente). La zona della nube ove in genere si sviluppa il maggior numero di lampi è quella a maggior concentrazione di gocce sopraffuse a contatto coi cristalli di ghiaccio per via del diverso potenziale elettrico tra cristalli e gocce che collidono fra di loro. Queste scariche illuminano dall'interno la struttura verticale del temporale, per cui la loro luminosità può essere utilizzata per valutare la consistenza del temporale: per esempio, i lampi possono illuminare l'overshooting top, e questo già ci deve mettere all'erta. Considerato che i lampi scoccano a quote più elevate rispetto ai fulmini nube-suolo, essi sono visibili anche a più di 300 km di distanza se l'aria è limpida e la zona è pianeggiante. Se invece c'è foschia sono visibili a 100-120 km: la foschia scherma il cielo e al più si vedono lontani bagliori diffusi.

I fulmini nube-aria si verificano quando una scarica elettrica si propaga tra un accumulo di cariche negative o positive all'interno della nube e una zona di cariche opposte nell'atmosfera circostante. Solitamente sono fulmini molto più sottili, deboli e corti dei precedenti e prevalgono di gran lunga alla sommità della nube: perciò sono anch'essi visibili da grande distanza.

Solo il 20% dei fulmini tocca terra, ma l'osservazione dal vivo delle nubi non aiuta granchè l'osservatore per prevedere le possibili zone colpite da fulmini. Assume comunque una certa importanza l'individuazione delle rain curtain, ovvero dei rovesci. Infatti i fulmini nube-suolo si attenuano temporaneamente finchè ci sono i rovesci, mentre risultano essere più pericolosi e frequenti subito prima degli stessi rovesci poichè il canale di aria ionizzata su cui si indirizzano le scariche portanti nella fase discendente trova maggior fluidità e penetrazione tanto più l'aria è calda relativamente all'ambiente circostante.

Ecco quindi un po' di regole per prevenire spiacevoli episodi.

1. se vi trovate all'aperto senza ripari nelle immediate vicinanze, converrà senz'altro piegarsi "a riccio" tenendo i piedi il più uniti possibile e con la testa tra le ginocchia. Infatti quando cade una saetta a terra si crea la corrente di passo, ovvero un campo di tensione che si espande verso l'esterno: se noi tocchiamo il suolo con entrambi i piedi tocchiamo due punti a differente tensione, quindi saremo attraversati dalla corrente. L'ideale sarebbe poggiare a terra con un solo piede...questa regola è ancora più importante se si rizzano i capelli o se sentiamo crepitii nell'aria, in quanto significa che ci troviamo nella zona dell'elettricità positiva alla base del Cb dove il rischio di folgorazione è massimo. Per cui non sdraiatevi a terra perchè così aumenta la superficie a contatto con le cariche positive e quindi il rischio di essere fulminati.

Correnti di terra generate da un fulmine hanno bruciato l'erba di questo campo da golf facendo affiorare il suolo

2. se siete sorpresi durante un'escursione, non riparatevi sotto gli alberi isolati specie se alti (pioppi, querce e olmi in primis) e allontanate da voi tutti i materiali metallici (piccozze, anelli, bracciali ecc). Il bosco fitto è già meno pericoloso se non state appoggiati ai tronchi degli alberi. Se siete in una grotta allontanatevi il più possibile dall'entrata.
3. la macchina è uno dei luoghi più sicuri grazie al fatto che l'auto, essendo di metallo, fornisce un percorso preferenziale alle correnti del fulmine che passano sempre sulla superficie dei conduttori (effetto pelle) scaricandosi perciò nel terreno e non toccando tutto quello che c'è all'interno dell'abitacolo (gabbia di Faraday) a patto che i finestrini siano chiusi e l'antenna radio sia ritirata. Meglio non toccare le portiere del veicolo.
4. se siete in casa, ricordatevi che i fulmini tendono a seguire i circuiti elettrici, per cui non toccate radio, telefono, computer e staccate l'antenna TV. State lontani anche da caloriferi e tubi dell'acqua. Chiudete bene le finestre poichè le saette possono entrare anche attraverso le fessure degli "scuretti" (ante in legno) e seguire addirittura i fili interrati del vostro campanello di casa ed entrare nell'abitazione.
5. se vi trovate in mare e sentite i primi tuoni, meglio uscire dall'acqua se il centro del temporale è a non più di 4-5 km: con i fulmini si rischia grosso! Per la fauna marina i rischi sono similari, beninteso in un raggio relativamente limitato.

Inoltre bisogna evitare i luoghi ove può formarsi una colonna d'aria calda poichè essa costituisce un buon conduttore elettrico; durante i temporali pertanto non sedersi vicino ai camini, anche se spenti, e non stare nei pressi di un gregge. Questo fatto può rivelarsi utile per individuare la zona dell'inflow, ovvero la regione in cui l'aria calda affluisce nel temporale: frequenti fulmini verticali nube-suolo individuano anche da notevole distanza (se di notte) l'area in cui si verifica il maggior risucchio d'aria caldo umida. Questo spiega il motivo per cui i fulmini sono più frequenti prima dei rovesci e relativi downdrafts; inoltre la zona di contatto tra updraft e downdraft (inflow-outflow nei bassi strati) è sede di polarizzazione del chicco di grandine o delle gocce di pioggia dovuta agli scontri fra gli stessi, quindi le scariche elettriche sono più intense e frequenti.

Oltre ai normali fulmini, esistono altre due forme di elettricità atmosferica. La prima di queste, molto rara, è il fulmine globulare prodotti da una parte della carica elettrica di un fulmine nube-suolo che prende la forma di una palla. Questa può rotolare sul terreno o perfino all'interno degli edifici e avvolgere oggetti finchè essa non si dissolve o esplode. Vi segnalo questo link del dott. Albino Carbognani del Dipartimento di Fisica Università di Parma, in cui troverete molte teorie ed episodi in merito a questi misteriosi fenomeni.

http://www.fis.unipr.it/~albino/ball_lightning.html

La seconda forma anomala di elettricità sono i fuochi di Sant'Elmo osservati per la prima volta sulla sommità degli alberi delle navi e fu chiamato fuoco di Sant'Elmo dal nome del patrono dei naviganti. Si verificano nei casi in cui l'accumulo di cariche opposte non è sufficiente a far scoccare un fulmine, per cui appaiono alcune scintille azzurrognole sulle estremità degli oggetti appuntiti vicini al temporale.

Pioppo colpito da un fulmine: l'albero sarebbe morto nel giro di pochi mesi

Il colore dei fulmini può fornirci alcune indicazioni in merito al contenuto d'umidità dell'aria. Se la saetta è rossastra in quella zona sono in corso piogge; se è azzurra indica grandine; se è gialla vuol dire che c'è polvere in sospensione sollevata dal vento; se il fulmine è bianco indica scarsa umidità e quindi elevato pericolo di incendi.

Il tuono è un’onda d’urto che deriva dal sensibile aumento di pressione causato dall’intenso calore della scarica elettrica. Infatti l'aria circostante si riscalda (espansione) e subito si raffredda (contrazione): questo effetto a fisarmonica provoca una violenta onda d'urto che dà origine al tuono. Per rendercene conto, l’aria attraversata dal fulmine raggiunge temperature di circa 30.000°C in meno di un millesimo di secondo! Le onde sonore viaggiano a 340 m/s circa, per cui dividendo per 3 il numero di secondi che intercorre tra scarica e tuono, si otterrà la distanza approssimativa in km dal luogo in cui è avvenuta la scarica (es. 3 sec = 1 km circa). Una formula più precisa per calcolare la distanza S in metri di un fulmine è S=340t dove "t" è il tempo in secondi che passa fra il bagliore del lampo e il rombo del tuono (lo si può calcolare con un cronometro), mentre 340 m/s è la velocità del suono. Facendo qualche prova, si capisce se il temporale si avvicina o se si allontana.

In linea di massima i tuoni si possono sentire fino a 15- 20 km di distanza, ma questo è un dato mediato che in realtà dipende da due fattori principali: l' umidità relativa e la direzione del vento . Se l'umidità relativa è alta, i tuoni si sentiranno a distanza minore in quanto elevate concentrazioni di vapore acqueo riducono la densità dei volumi d'aria (le molecole di acqua pesano meno di quelle di azoto e ossigeno) e quindi diminuisce la velocità del suono. Le goccioline di nube invece “schermano” la propagazione delle onde sonore dissipandone l'energia.

Siccome il temporale quando è discretamente lontano "aspira" aria verso di sè nella parte anteriore (inflow) i tuoni si sentiranno solo a distanza relativamente breve. Poichè quasi sempre l'aria soffia all'infuori nella parte posteriore (outflow) allora in quel caso si sentiranno fino a distanza maggiore: spesso continuano a sentirsi per più tempo dopo che il temporale è passato anzichè prima, almeno finchè restituisce vento in coda.

A volte capita che il rombo di un tuono sia quasi infinito: si tratta di scariche che si manifestano in punti diversi, situati a distanza diversa dal punto d'osservazione, le cui onde sonore si confondono tra di loro. Per esempio, il brontolio che produce una scarica a 4 km si confonderà con quello che produce una scarica che sia avvenuta nello stesso istante ma a 6 km: si sentirà inizialmente il brontolio della prima, ma poichè anche la seconda è avvenuta nello stesso istante, le onde sonore della seconda impiegheranno un pò di più ad arrivare, ed il tuono della seconda comincerà ancor prima che sia finito il tuono della prima, dando la sensazione di un unico lungo tuono...ma in realtà sono due brontolii che si confondono tra di loro.

STATICA RADIO IN AM

In casi abbastanza frequenti, il Cb o il fronte di instabilità è nascosto da altre nubi stratiformi o stratocumuliformi e non si sentono tuoni (perché più distante di 30 km): in questa situazione è indispensabile ascoltare le scariche in AM e osservare il colore che si intravede negli squarci presenti nella suddetta nuvolaglia: spesso la tonalità consiste in un giallo scuro o un semplice giallo che fa da sfondo a tutti gli squarci di quel settore del cielo. Quando il sistema si avvicina, l’incudine diverrà bianca, magari anche brillante, e sarà possibile sentire i tuoni, se il temporale in questione è attivo.

Un apparecchio radio potrà rilevare la presenza di un temporale fino a 160 km di distanza: regolando il ricevitore in AM e su una frequenza libera da trasmissioni si possono distintamente sentire degli schiocchi o fruscii (di 0,5-2 secondi ciascuno) prodotti dai fulmini che interferiscono sulla statica radio. Questo metodo, comunque, richiede una certa esperienza perché sia utile per capire se un temporale si avvicini o meno al luogo di osservazione. Le scariche in AM, infatti, possono derivare anche da più temporali nel caso di instabilità diffusa ed è difficile comprendere qual è il temporale da considerare, se non concentrandosi sulle interferenze più forti prodotte dai fulmini più vicini a noi. Se di notte sentiamo forti scariche alla radio ma non vediamo nessun lampo, è più che probabile che nel raggio di 160 km sia in atto un potente temporale, forse una supercella.

Bisogna quindi imparare a relazionare i crepitii che sentiamo ai fulmini che eventualmente potremo vedere: questo "lavoro" ovviamente sarà facilitato in presenza di temporali notturni. Provate ad osservare un Cb con i suoi lampi/fulmini e nel contempo tenete accesa la vostra radio in AM: scoprirete che nello stesso istante in cui si verifica il fulmine si sentirà lo scricchiolio nel vostro ricevitore. Ogni fruscio corrisponde ad un fulmine verificatosi da qualche parte: più forte è il rumore, più forte sarà il fulmine. Più frequenti saranno le interferenze, più forte sarà il sistema temporalesco.

Inoltre, scricchiolii lunghi e uniformi indicano temporali estesi e senescenti in cui la nuova attività termoconvettiva è ormai ridotta all'osso. Invece, brevi e veloci scricchiolii rappresentano veloci saette o scintille dentro la nube, entrambe associate a celle nuove e in fase di sviluppo. Le supercelle possono creare un'assordante quantità di statica nella quale lunghi e regolari fruscii (provenienti dall'enorme incudine) sono associati a molti e brevi fischi/sibili e scricchiolii provenienti dalla costante rigenerazione del nucleo centrale della supercella (mesociclone).

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Micro temporale sul Veneto orientale (17 giugno 2001)
a cura di Gobbi Alberto
spiegazione di Pierluigi Randi di Meteoromagna

Nel tardo pomeriggio è avanzata una linea temporalesca dal mare che ben difficilmente poteva essere prevista, considerata la particolare direttrice seguita dal fronte. Era molto bella e con la sommità già ghiacciata sin dall'inizio poichè non c'erano le iniziali protuberanze: ecco il margine orientale della linea temporalesca presa in esame con dei candidi ciuffi di cirri falsi spinti dai forti venti in quota da E a W.

L'attività elettrica al tramonto era concentrata lontano, verso SE, per poi scomparire del tutto. Intorno alle 21,30 però è iniziata all'improvviso una serie di scariche elettriche lievemente più a E rispetto allo zenit, praticamente sopra il mio giardino. L'attività elettrica non "proveniva" da un'altra zona, com'è tipico, ma si è manifestata all'improvviso sopra il mio punto di osservazione, senza preavviso (niente raffiche, niente bande di precipitazione, base del Cb non discernibile). La zona interessata dalle elettrometeore era eccezionalmente ridotta, dava l'impressione di non essere più estesa di un campo da calcio. Il fenomeno mi ha lasciato sconcertato perchè i fulmini erano piccoli, nel vero senso della parola, e di un colore rosso-arancione. In qualche occasione vedevo solo un piccolo lampo diffuso provenire dalle nubi e la luminosità del lampo, in tutti i casi (6-7 scariche ad intervalli regolari nel giro di 10 minuti) interessava una ridottissima porzione di cielo. I tuoni erano troppo deboli, visto che i minifulmini, oltre che trovarsi sopra di me, apparivano a quote molto più basse del normale. Al termine del fenomeno pioggia debole per qualche minuto. Il vento durante il periodo si è mantenuto sempre debole, mediamente dai quadranti settentrionali.

La chiave di lettura del fenomeno va ricercata nel rapido ghiacciamento che subivano le nubi quella sera (all'inizio del fenomeno), indice di importanti avvezioni fredde tra 850 e 500 hPa. Ciò avviene sovente ad inizio estate o tarda primavera, quando le temperature in quota sono ancora abbastanza basse e scende aria fredda dai quadranti settentrionali: in questo caso possono ghiacciare abbastanza rapidamente semplici congesti o Cb allo stato embrionale (le torri dei congesti divengono fibrose quando lo spessore della nube è ancora relativamente limitato segno di 0 termico piuttosto basso). Poichè dal momento in cui comincia il ghiacciamento della nube ha inizio contemporaneamente il processo di separazione delle cariche elettriche (ioni positivi nella parte ghiacciata, ioni negativi nella parte liquida), e quindi lo scoccare delle prime scariche, avremo lampi o piccoli fulmini in nubi relativamente piccole o comunque di limitata estensione, ma pur sempre in fase di ghiacciamento.

Tale ipotesi sembra poter essere avvalorata dalla pioggia debole associata all'evento (congesti o Cb allo stato embrionale non producono mai grandi precipitazioni), vento debole e tuoni deboli (scariche di limitata estensione producono onde d'urto sonore più piccole e quindi tuoni più deboli). Il fatto poi che le scariche sembrassero abbastanza basse dipende dal fatto che i congesti od i Cb "neonati" non raggiungono ancora quote molto elevate, e quindi in sostanza erano più basse davvero. In quanto poi alla colorazione dipende dall'ur che c'era quella sera: con umidità relativa bassa i fulmini sono quasi bianchi, mentre a mano mano che essa aumenta essi tendono gradatamente all’arancione-rosso. In pratica si tratta di fenomeni rari e possibili quando lo 0 termico è basso ed in quota l'aria è molto fredda.

Quando lo zero termico è posto a quote piuttosto basse ed al suolo non ci sono valori particolarmente alti con aria piuttosto secca, i moti verticali non sono troppo intensi e il ghiacciamento della nube avviene già a quote relativamente basse e la massa nuvolosa acquista poco spessore (di conseguenza i fenomeni saranno deboli). In primavera ed in autunno i congesti possono ghiacciare già a quote piuttosto basse (sui 3-4.000 m) originando perlopiù deboli precipitazioni proprio in concomitanza a tale "status", che è più raro in estate quando si verifica di norma in situazioni postfrontali nel momento in cui l'aria già si è raffreddata a tutte le quote ed è sufficientemente secca.

Diverso il caso in cui l'aria nei bassi strati sia molto umida: evidentemente ci si trova in una situazione prefrontale con avvezione fredda in quota già in corso, ma con aria ancora caldo-umida negli strati troposferici medio-bassi. In tal caso le precipitazioni possono avvenire già a carico di nubi non molto sviluppate (a volte precipitano leggermente gli altocumuli castellani) poichè la precipitazione, sebbene debole, non subisce processi evaporativi per la presenza di aria quasi satura al di sotto delle nubi stesse: in questa circostanza saranno possibili temporali anche forti al passaggio frontale o prefrontale. In definitiva la distinzione prognostica nelle 2 circostanze viene data valutando lo stato igrometrico nei bassi strati.

 

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