Il fulmine, (chiamata anche saetta o folgore) è una scarica elettrica di grandi dimensioni che avviene nell'atmosfera, che si instaura fra due corpi con una grande differenza di potenziale elettrico.

I fulmini più facilmente osservabili sono quelli fra una nuvola e il suolo, ma sono comuni anche scariche fra due nuvole o all'interno di una stessa nuvola. Inoltre qualsiasi oggetto sospeso nell'atmosfera può innescare un fulmine, si sono osservati infatti fulmini tra una nuvola e un aeroplano, e tra un aeroplano e il suolo.

L'espansione del canale ionizzato genera anche un'onda d'urto rumorosissima, il tuono. L'intensità elettrica di un fulmine varia tipicamente tra i 10 e i 200 kiloampere. Generalmente si descrive il fulmine come una singola scarica, ma sono molto frequenti i casi in cui si verificano una serie di scariche in rapida successione. Tipicamente l'intervallo di tempo tra una scarica e l'altra può oscillare tra i 5 e i 500 millisecondi, e la serie nel complesso può durare anche 1,5 secondi.

Più in particolare, il fulmine è una colonna di gas ionizzato (plasma), con le seguenti caratteristiche fisiche principali:

L'ultimo valore (differenza di potenziale ai capi del fulmine) dipende dalla lunghezza dello stesso: sapendo che il potenziale di rottura dielettrica dell'aria è di 3000 V/mm, un fulmine lungo 300 m sarà generato da una differenza di potenziale di 300 × 3 × 10⁶ = 9 × 10⁸ ≈ 10⁹ V. In realtà, la grande pericolosità del fulmine è dovuta più che alle grandi tensioni, alla corrente che fluisce nel canale d'aria ionizzata: essendo infatti il plasma un ottimo conduttore di corrente, esso permette il fluire di correnti tipiche di migliaia di Ampere (si ricordi qui che basta qualche centinaio di milli-Ampere per causare danni fisiologici gravissimi da folgorazione).

Tipologia dei fulmini

Esistono due diversi tipi di fulmini:

• negativo discendente, la scarica pilota ha carica negativa e parte dal basso
• positivo discendente, la scarica pilota ha carica positiva e parte dal basso

Pericolosità dei fulmini

Un corpo colpito da un fulmine viene riscaldato per effetto Joule, e le grandi correnti in gioco possono, a seconda dei casi, incendiarlo o fonderlo all'istante; quando un fulmine si scarica nell'acqua, essa può vaporizzarsi.

Quando un fulmine colpisce una persona, si parla di folgorazione: in una frazione di un secondo un fulmine può danneggiare il cervello e arrestare il battito cardiaco. Dato che l'impulso elettrico è caratterizzato anche da alte frequenze, parte della corrente scorre sull'esterno del corpo, ustionando in particolar modo la pelle (curiosamente, questo effetto è comunemente detto effetto pelle). Si stima che in tutto il mondo, nell’arco di un anno, più di mille persone vengano colpite da un fulmine. Roy C. Sullivan è entrato nel guinnes dei primati per essere stato colpito 7 volte da un fulmine.

Anche se una persona non viene colpita direttamente, un fulmine può comunque provocare danni gravi. L'onda d'urto può investire le persone vicine, spostandole e stordendole. Se il fulmine si scarica su un albero, questo esplode a causa della improvvisa vaporizzazione della linfa, proiettando schegge.

Per ridurne i rischi si utilizzano i parafulmini. Essere colpiti da un fulmine è un evento improbabile, ma non rarissimo, se non si adottano adeguate precauzioni quando può manifestarsi.

Le scariche elettriche sono attratte dalla presenza di materiali conduttori oppure di energia nelle sue varie forme, e, a parità di materiale, tendono a concentrarsi sulle punte. La densità di carica elettrica misurabile in un materiale conduttore risulta, infatti, massima nelle sue punte e spigoli, dove tendono a concentrarsi le particelle elettriche libere: è in base a questo principio che funziona il parafulmine.

Durante un temporale è quindi pericoloso tenere con sé oggetti metallici, in particolare quelli appuntiti, rifugiarsi in vicinanza di elettrodomestici, tralicci dell'alta tensione elettrica, alberi (in particolare se isolati).

In mancanza di un luogo chiuso, la posizione più sicura è piegarsi sulle proprie ginocchia, senza stare in piedi o sdraiati sul terreno, evitando di stare in gruppo con altre persone, perché il calore del corpo è di nuovo una forma di energia, che può attrarre scariche elettriche.

Il corpo umano è esso stesso un conduttore elettrico, perciò una posizione piegati sulle ginocchia e isolatamente è quella che minimizza la superficie conduttrice e di scambio termico che potrebbe attrarre un fulmine.

In caso di temporale, è bene rifugiarsi in un luogo chiuso, come un'anfratto, una casa oppure la propria automobile, a patto di tenere chiuse le finestre e i finestrini, e di non toccare oggetti che conducono l'elettricità e calore: soltanto a queste condizioni, l'automobile e la casa funzionano come una gabbia di Faraday fra il temporale esterno e la persona che vuole proteggersi.

Interferenze elettromagnetiche

Il fulmine genera un forte impulso elettromagnetico che provoca interferenze nella ricezione di segnali radio (specialmente con modulazione in ampiezza), fino a frequenze di diversi MHz.

I fulmini globulari (in inglese ball lightning cioè BL oppure ball of light cioe BOL, in tedesco Kugelblitz) sono un fenomeno atmosferico interessante e ancora poco compreso. Di tutte le manifestazioni energetiche che prendono forma nella troposfera è uno dei più misteriosi, nonostante venga studiato da circa 160 anni. Sono stati un po' trascurati come argomento di ricerca, ma negli ultimi 10 anni si è ritornato a studiarli dal punto di vista teorico, sperimentale e osservativo. Si sono tenuti due simposi internazionali sull'argomento, uno nel 1988 e l'altro nel 1990 ed è stato creato un comitato internazionale per il loro studio.

In Italia la ricerca sui fulmini globulari è quasi assente, mentre il fenomeno è molto considerato all'estero.

Esistono i fulmini globulari?

Fantasiosa rappresentazione di un fulmine globulare in un'illustrazione dell'inizio del XX secolo.

Molti dati sono relativi a osservazioni occasionali del fenomeno, anche se in almeno un caso è già stato possibile fotografarlo, anche se accidentalmente.

Ha nuociuto ad un approccio scientifico privo di preconcetti il fatto che il fenomeno ha alimentato in passato le più bizzarre credenze popolari (fantasmi, UFO, apparizioni eteriche, ed altro ancora), cosa che aveva addirittura indotto alcuni scienziati a negarne l'esistenza, riconducendoli a illusioni ottiche o crisi nervose.

Questo atteggiamento è però ormai superato, dato che è stata verificata la visione contemporanea di questi fenomeni da parte di più persone, sono state trovate tracce fisiche lasciate sugli oggetti circostanti, e come detto è stato addirittura possibile fotografarne uno.

Un esempio eclatante delle prove a sostegno dell'esistenza del fenomeno è stata l'apparizione di un fulmine globulare nel Cavendish Laboratory.

I fulmini globulari sono perciò un reale fenomeno fisico di cui non si conoscono cause e effetti, tranne quelli osservati.

Caratteristiche

Il loro diametro può variare tra i 2 cm e i 10 m ma generalmente sono di 20 - 50 cm. Hanno il bordo un po' sfumato e al loro interno a volte è presente un nucleo più chiaro. Rimangono visibili da pochi secondi a qualche minuto, con molte eccezioni. Il loro colore varia dal rosso, arancio, giallo, bianco e blu, che sono i colori più frequenti. La luminosità è simile a una lampadina da 75 - 100 watt e questo consente di vederli anche durante le ore diurne. La loro scomparsa è caratterizzata da un affievolimento della loro luminosità, ma possono anche scomparire improvvisamente con una esplosione e lasciando un caratteristico odore di zolfo e/o di ozono, simile a quello che si origina da scariche elettriche in aria libera.

Un fulmine globulare può passare attraverso pareti e finestre senza danneggiarle e in genere ruota attorno al proprio asse. Si possono materializzare in aerei ad alta quota, all'interno di edifici oppure all'aria aperta. Molto raramente appaiono in sequenza. I fulmini globulari si muovono in modo molto più vario delle altre manifestazioni atmosferiche luminose. I fulmini globulari seguono percorsi segmentati (zig-zag) e manifestano repentine variazioni di quota.

Si può stimare l'energia interna media pari a 160 kJ e una densità media di energia pari a 25 J per cm³ compatibile con una sorgente energetica di tipo chimico.

Teoria

Sulla formazione dei fulmini globulari esistono diverse teorie anche se la più accreditata è quella formulata da Graham Hubler dei U.S. Naval Research Laboratory di Washington. La teoria di Hubler prevede che il fulmine globulare sia una combinazione di fenomeni elettromagnetici e chimici. In sostanza un classico fulmine colpendo il terreno disintegrerebbe alcuni elementi chimici come il silicio, questi elementi chimici volteggiando nell'aria si miscelerebbero con l'ossigeno e per via dell'altissima temperatura produrrebbero del plasma incandescente che è quello che viene identificato come fulmine globulare. La teoria di Hubler nel gennaio del 2007 è stata confermata dai fisici brasiliani Antonio Pavo e Gerson Paiva che sono riusciti a riprodurre nel laboratorio dei fulmini globulari. I due fisici hanno utilizzato un arco voltaico per vaporizzare del silicio e creare dei fulmini globulari. La durata dei fenomeni da loro osservati varia da 2 a 8 secondi.^[1]