Didattica fenomeni & parametri atmosferici

Fulmini vulcanici. Cosa sono e perchè si creano

Bellissime foto sono state scattate in questi anni e stanno girando sul web, delle recenti eruzioni vulcaniche sul Chaitèn in Cile, il Sakurajima in Giappone, Eyjafjallajökull in Islanda che hanno prodotto fulminazioni. Si tratta di un fenomeno normale in occasione di eventi del genere, che fu osservato anche durante l’ultima eruzione del Vesuvio del marzo 1944.

Ma qual è l’origine di questa potente attività elettrica? 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 percui può avvenire la scarica elettrica. La prima condizione è più complessa ma 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. Alcuni 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.

Anche su Marte si pensa che durante le tempeste di polvere, che periodicamente si scatenano nella sua tenue atmosfera, si producano dei fulmini generati da meccanismi analoghi a quelli che sono all’origine dei fulmini che si verificano durante le eruzioni vulcaniche di tipo parossistico.

Di seguito alcune immagini spettacolari di fulmini emessi dalle nubi vulcaniche.

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