Formazione e caratteristiche del fulmine

I fulmini sono un fenomeno di scarica elettrica che produce in tempi brevissimi correnti di intensità molto elevata. In funzione della direzione nella quale si propagano e della carica elettrica possono distinguersi in discendenti (quando hanno origine dalla nube) o ascendenti (quando hanno origine da strutture a terra), positivi o negativi (fig. 9).

Per meglio chiarire il principio di scarica riferiamoci all\'esempio di uno tra i fulmini più diffusi, il fulmine negativo discendente (fig. 10).
1 - A causa dell\'intenso campo elettrico e della rarefazione dell\'aria il fulmine potrebbe avere inizio dalla parte bassa della nube. Inizia con una saetta che si propaga a zig-zag verso terra a sbalzi successivi di 30-50 m.

2 - La saetta influenzata dall\'azione del campo elettrico si carica di particelle elettriche e favorisce la formazione di un canale ionizzato di forma ramificata.

3 - La scarica prosegue fino ad arrivare in prossimità del suolo. Il campo elettrico diventa così elevato da favorire fenomeni di effluvio (o scintille) finché uno di questi (canale di controscarica della lunghezza di alcune decine di metri) non entrerà in contatto col canale discendente.

4- Il contatto tra il canale discendente e di controscarica si manifesta come un arco elettrico molto luminoso (scarica di ritorno). Inizia lo scambio di cariche elettriche tra le nubi e il suolo mentre la rapida espansione dell\'aria provocata dall\'energia termica generata dal fulmine favorisce la formazione del tuono.

5 - Seguono una serie di altri archi di minore intensità (archi susseguenti) finché il fenomeno non si esaurisce.

Negli ultimi anni è stato condotto uno studio approfondito dei fulmini utilizzando diversi sistemi. Numerosi esperimenti sono stati effettuati sia sui fulmini naturali sia su fulmini riprodotti in laboratorio o direttamente in atmosfera. In laboratorio sono state ricreate scariche simili al fulmine con parametri prestabiliti per esaminarne il comportamento. All\'aperto sono stati invece eseguiti esperimenti e misure dirette sui fulmini naturali catturati utilizzando strutture appositamente esposte ai fulmini oppure linee elettriche aeree sulle quali è possibile operare misure indirette. Altri esperimenti in atmosfera hanno utilizzato razzi lanciati verso le nubi per misurare la scarica provocata artificialmente. Altri studi, necessari per prevenire i rischi dovuti ai fulmini, prevedono un rilievo statistico dei fulmini a terra e un\'analisi approfondita degli effetti mediante l\'impiego di strumenti sensibili al campo elettromagnetico meglio conosciuti come \"contatori di fulmini\".

Sono state in questo modo approntate delle mappe con curve isocerauniche relative alla frequenza di temporali (giorni di temporale in una determinata zona) e con i valori medi del numero di fulmini a terra all\'anno per kilometro quadrato (fig. 11). Per migliorare il rilevamento, piuttosto impreciso utilizzando il \"contatore di fulmini\", dal 1995 è attiva in Italia una rete di rilevazione a terra, controllata dal Sistema Italiano di Rilevamento Fulmini (CESI-SIRF), che raccoglie ed elabora mediante computer dati relativi ai fulmini a terra. Il sistema di rilevazione copre ormai tutto il territorio nazionale con un\'efficienza di rilevamento del 90% e una elevata precisione del punto di impatto. Il sistema consente di misurare non solo la presenza del fulmine ma anche le caratteristiche elettriche e, mediante triangolazioni, il punto di impatto con precisioni di poche centinaia di metri.

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