Fuoco e Fulmini
Dopo aver visto il video di Snodo, se qualcuno come me si fosse mai domandato a quale evento fisico sia legata la formazione di fulmini in prossimità dei vulcani in eruzione… presto detto:
The scientists now believe that volcanoes can produce two kinds of lightning during an eruption. The first type, which has been understood for some time, occurs in the volcano’s smoke plume a few minutes after the eruption ends. In this case, highly energized hot air and gases clash with the cool atmosphere, creating the sort of “organized,” branched lightning found in a thunderstorm, says Thomas.The second kind of lightning, which the authors called “a newly identified explosive phase,” came as a surprise, says Thomas. As magma, ash and rocks spewed from Augustine carrying great electrical charge, they created continuous, chaotic sparks near the mouth of the volcano.
Pare che ci siano 2 tipi di fulmini prodotti in queste condizioni: il primo viene creato – ad eruzione conclusa – dallo scontro tra i gas elettrizzati ad alte temperature espulsi dal cratere e l’atmosfera circostante, più fredda.
Il secondo tipo, osservato di recente, pare invece formarsi dal magma, dalle polveri e dai fumi emessi, caricati elettricamente, che creano una continua tempesta elettrica vicino alla bocca del vulcano.
Ma come funziona tutto ciò? Facciamo un passo indietro.
Il fenomeno “fulmine” non è altro che un intensissimo flusso di elettricità tra due zone in cui sono presenti cariche elettriche di segno opposto. La carica elettrica non è altro che il rapporto tra elettroni e protoni in una qualche quantità di materia. Se il numero di elettroni supera quello dei protoni la materia è carica negativamente, viceversa se predominano i protoni.
Due condizioni devono esistere perché si produca un fulmine. Deve esistere un qualche meccanismo che causa la separazione di cariche tra due masse considerevoli di materia che siano sufficientemente separate, e un qualche processo che connetta le due masse in modo da permettere il flusso di elettricità.
In genere l’ultima condizione è relativamente semplice. Quando la differenza di potenziale tra le due masse è sufficientemente elevata, riesce a superare la resistenza dell’aria per cui può avvenire la scarica elettrica. La prima condizione è quella più complessa ed anche la meno conosciuta.
E’ facile comprendere che quando due oggetti elettricamente neutri con diverse proprietà elettriche vengono in contatto gli elettroni possono fluire da uno all’altro generando tra loro una differenza di potenziale. E’ ciò che avviene tra le particelle di polvere emesse da un’eruzione vulcanica o sollevate da una tempesta di sabbia, le quali collidendo l’una con l’altra si elettrificano. Nel suo insieme la nube è sempre neutra, ma deve esistere un qualche meccanismo che fa sì che le particelle cariche positivamente si separino da quelle con carica negativa.
Ciò in linea di principio può accadere se queste particelle possiedono differenti proprietà aerodinamiche. Per esempio, se le cariche positive tendono ad essere concentrate nelle particelle più grandi, queste possono ricadere verso terra più velocemente di quelle più piccole. La conseguenza è che gradualmente avviene una separazione tra particelle con cariche positive e negative, dando origine a due masse con cariche opposte tra le quali si crea una differenza di potenziale. Il meccanismo specifico per cui le particelle con cariche opposte si separano è comunque ancora sconosciuto.
L’idea precedente è una delle possibili ipotesi, anche se i suoi detrattori, a ragione, sostengono che la forte turbolenza esistente in una nube di gas e polveri eruttata da un vulcano non permette che questo tipo di separazione avvenga a causa del continuo rimescolamento a cui essa è soggetta. Altri meccanismi, ancora sconosciuti, devono comunque contribuire alla separazione delle cariche che sono alla base dell’origine dei fulmini vulcanici. Il fatto che spesso i fulmini si sviluppino in prossimità delle bocche del vulcano fa pensare che possano essere attivi dei processi che avvengono al suo interno, poco prima che le polveri vengano emesse, che possono causare la separazione delle cariche.
