Il fulmine è un fenomeno naturale formato da scariche elettrostatiche attraverso l’atmosfera tra due regioni elettricamente cariche, entrambe nell’atmosfera o una nell’atmosfera e una a terra, neutralizzandole temporaneamente in un rilascio quasi istantaneo di una media tra 200 megajoule e 7 gigajoule di energia, a seconda del tipo. Questa scarica può produrre un’ampia gamma di radiazioni elettromagnetiche, dal calore creato dal rapido movimento degli elettroni, ai lampi brillanti di luce visibile sotto forma di radiazione del corpo nero. Il fulmine provoca il tuono, un suono dall’onda d’urto che si sviluppa quando i gas nelle vicinanze della scarica subiscono un improvviso aumento di pressione. Il fulmine si verifica comunemente durante i temporali e altri tipi di sistemi meteorologici energetici, ma il fulmine vulcanico può verificarsi anche durante le eruzioni vulcaniche. Il fulmine è un fenomeno elettrico atmosferico e contribuisce al circuito elettrico atmosferico globale.
I tre tipi principali di fulmini si distinguono in base a dove si verificano: all’interno di una singola nube temporalesca (intra-nuvola), tra due nubi (nuvola-nuvola) o tra una nube e il suolo (nuvola-suolo), nel qual caso si parla di fulmine. Sono riconosciute molte altre varianti osservative, tra cui il “fulmine termico”, che può essere visto da grande distanza ma non udito; il fulmine secco, che può causare incendi boschivi; e il fulmine globulare, che raramente viene osservato scientificamente.
Gli esseri umani hanno deificato il fulmine per millenni. Espressioni idiomatiche derivate dal fulmine, come l’espressione inglese “bolt from the blue”, sono comuni in tutte le lingue. In ogni epoca le persone sono state affascinate dalla vista e dalla differenza del fulmine. La paura del fulmine è chiamata astrafobia.
La prima fotografia conosciuta di un fulmine risale al 1847, scattata da Thomas Martin Easterly. La prima fotografia sopravvissuta risale al 1882, scattata da William Nicholson Jennings, un fotografo che ha trascorso metà della sua vita a catturare immagini di fulmini e a dimostrarne la diversità.
Ci sono sempre più prove che l’attività dei fulmini è aumentata dalle emissioni di particolato (una forma di inquinamento atmosferico). Tuttavia, i fulmini possono anche migliorare la qualità dell’aria e pulire i gas serra come il metano dall’atmosfera, creando allo stesso tempo ossido di azoto e ozono. I fulmini sono anche la causa principale degli incendi boschivi, e gli incendi boschivi possono anche contribuire al cambiamento climatico.[13] Sono necessari ulteriori studi per chiarire la loro relazione.
Elettrificazione
(Figura 1) La principale area di carica in un temporale si verifica nella parte centrale della tempesta, dove l’aria si muove rapidamente verso l’alto (corrente ascensionale) e le temperature variano da -15 a -25 °C (da 5 a -13 °F). (Figura 2) Quando i cristalli di ghiaccio in salita si scontrano con il graupel, i cristalli di ghiaccio diventano carichi positivamente e il graupel diventa carico negativamente.
La parte superiore della nube temporalesca diventa carica positivamente mentre la parte centrale e inferiore della nube temporalesca diventa carica negativamente.
I dettagli del processo di carica sono ancora in fase di studio da parte degli scienziati, ma c’è un accordo generale su alcuni dei concetti di base dell’elettrificazione temporalesca. L’elettrificazione può avvenire tramite l’effetto triboelettrico che porta al trasferimento di elettroni o ioni tra corpi in collisione. Le gocce d’acqua non cariche e in collisione possono caricarsi a causa del trasferimento di carica tra di loro (come ioni acquosi) in un campo elettrico come esisterebbe in una nube temporalesca.[14] L’area di carica principale in un temporale si verifica nella parte centrale della tempesta dove l’aria si muove rapidamente verso l’alto (corrente ascensionale) e le temperature variano da -15 a -25 °C (da 5 a -13 °F); vedi Figura 1. In quell’area, la combinazione di temperatura e rapido movimento dell’aria verso l’alto produce una miscela di goccioline di nubi super-raffreddate (piccole gocce d’acqua sotto lo zero), piccoli cristalli di ghiaccio e graupel (grandine soffice). La corrente ascensionale trasporta le goccioline di nubi super-raffreddate e i cristalli di ghiaccio molto piccoli verso l’alto.
Allo stesso tempo, il graupel, che è considerevolmente più grande e denso, tende a cadere o a essere sospeso nell’aria ascendente.
Le differenze nel movimento delle precipitazioni causano collisioni. Quando i cristalli di ghiaccio ascendenti si scontrano con il graupel, i cristalli di ghiaccio diventano caricati positivamente e il graupel diventa caricato negativamente; vedi. La corrente ascensionale trasporta i cristalli di ghiaccio caricati positivamente verso l’alto, verso la parte superiore della nube temporalesca. Il graupel più grande e denso è sospeso al centro della nube temporalesca o cade verso la parte inferiore della tempesta.
