Immagina di essere sdraiato su una verde collina a guardare le nuvole che passano in una bella giornata. Le nuvole a cui probabilmente stai pensando sono nubi cumuliformi, quelli che assomigliano a soffici batuffoli di cotone idrofilo. Sembrano abbastanza innocenti. Ma possono crescere nel più formidabile cumulonembo, la nuvola di tempesta. Questi sono i mostri che producono tuoni e fulmini. sono potenti, distruttivo e intensamente misterioso. Potrebbero anche diventare molto più comuni, che fa comprendere il loro funzionamento e i loro effetti sul mondo umano, compreso il modo in cui costruiamo edifici o linee elettriche, più importante che mai.

Molte nuvole si formano quando l'aria calda e umida sale ad alta quota dove diventa più fredda e si condensa in goccioline d'acqua. I temporali si verificano quando una nuvola che si forma in questo modo diventa rapidamente molto grande, aspirando sempre più vapore acqueo. Seguono quasi sempre precipitazioni e forti raffiche di vento. Ed ovviamente, fulmine. Il fulmine potrebbe sembrare abbastanza raro, ma è successo circa 700 volte—otteniamo circa 100 colpi al secondo—da qualche parte in tutto il mondo nel tempo che ci è voluto per leggere questa frase.

I fulmini e i temporali sembrano diventare più comuni e ci sono suggerimenti che ciò continuerà a causa del riscaldamento globale. Nel 2014, Il professor David Romps dell'Università della California, Berkeley, NOI, sviluppato un modello atmosferico che prevedeva un aumento dei fulmini del 12% per ogni grado di riscaldamento della Terra. Ci sono alcune indicazioni che questo potrebbe già accadere. I ricercatori nei Paesi Bassi hanno esaminato il numero di incendi causati dai fulmini nelle foreste dell'Alaska e del Canada e hanno scoperto che sono aumentati dal 2% al 4% all'anno negli ultimi 40 anni.

Non capiamo bene i fulmini. Se, Per esempio, dovevi filmare un fulmine e riprodurlo in super slow motion, noteresti che lo sciopero procede per gradi. Si ferma per un po' a intervalli prima di andare avanti, afferma il Dr. Alejandro Luque presso l'Istituto di Astrofisica dell'Andalusia a Granada, Spagna. Ma non sappiamo perché questo accade. Dice che ci sono alcuni articoli su questo, ma essenzialmente nessuna teoria accettata.

sprite

Il dottor Luque pensa che potrebbe avere delle intuizioni sul problema, però, attraverso il suo lavoro studiando un fenomeno elettrico ancora più incredibile ma meglio compreso:gli sprite.

Gli sprite sono enormi, getti di luce colorati che si verificano tra i 50 e i 90 chilometri dal suolo, molto più alto dei temporali. La loro esistenza è stata messa in dubbio per anni poiché sono difficili da vedere da terra. Il Dr. Luque li ha studiati principalmente osservando le immagini scattate dagli aeroplani di ricerca.

Sebbene siano meno familiari dei fulmini, la fisica degli sprite è più facile da studiare perché, a così alta quota, c'è poca aria e quindi le scariche elettriche avvengono più lentamente ea temperature più fredde. I fulmini creano temperature più calde della superficie del sole. Ma il dottor Luque dice che i canali di scarico degli sprite hanno "praticamente la stessa temperatura dell'aria circostante".

I canali negli sprite sono fatti di tanti piccoli filamenti chiamati streamer. E mentre le stelle filanti si propagano, alcuni punti al loro interno brillano in modo più luminoso e persistente. negli sprite, il brillante incandescente è grazie al comportamento degli elettroni, dice il dottor Luque. In alcune zone dello streamer, gli elettroni si attaccano alle molecole dell'aria e questo aumenta la forza del campo elettrico, producendo una luce più brillante.

Passi

Questa spiegazione è incontrovertibile, dice il dottor Luque, ma ciò che non sappiamo è se, come sospetta, un processo analogo potrebbe spiegare perché il fulmine stesso proceda per gradi. Nel contesto dei fulmini, a quote più basse, ci sono più molecole d'aria e l'attaccamento degli elettroni ad esse potrebbe funzionare in un modo leggermente diverso per produrre lo schema del passo. Il dottor Luque vuole scoprire se questo è giusto attraverso il suo progetto eLightning.

Lui e il suo studente Alejandro Malagón-Romero hanno formulato questa ipotesi nel 2019. Il suo team sta ora lavorando alla costruzione di un modello computazionale del fulmine per verificare se il processo previsto può spiegare il comportamento del passo.

Capire perché i fulmini procedono per gradi non ci aiuterà a renderlo meno pericoloso. Ma il Dr. Luque dice che ottenere una migliore comprensione del fenomeno potrebbe essere utile in tutti i tipi di altre aree. Ad esempio, scariche possono formarsi attorno alle linee elettriche e quindi devono essere progettate per minimizzare questo. Tali scarichi sono utilizzati anche nell'industria, Per esempio, nella sanificazione dei gas industriali di scarto e persino nelle fotocopiatrici. Una migliore comprensione di come funzionano potrebbe portare a progetti migliori.

I fulmini potrebbero sembrare l'arma più pericolosa nell'arsenale di un temporale, ma queste tempeste creano anche venti insolitamente forti.

Il clima europeo è dominato da sistemi aerei noti come cicloni extratropicali, correnti d'aria a spirale che portano con sé vento e pioggia mentre attraversano una regione. La città europea media vede tra i 70 ei 90 all'anno e gli scienziati hanno una buona comprensione di come funzionano. Queste tempeste possono essere forti, anche se non sempre lo sono.

Ogni volta che un edificio viene costruito in Europa, i designer devono assicurarsi che possa resistere a forti venti e i modelli che usano per questo sono basati su cicloni extra-tropicali. Il problema è che non tiene conto dei venti ritenuti rari, come quelli dei temporali.

Temporali

Per capire perché questo è importante, devi capire la differenza tra cicloni e temporali. Primo, i temporali sono più intensi dei cicloni. Mentre un ciclone può durare tre giorni, un temporale potrebbe finire in 20 minuti. Quindi, invece di un moderato, vento sostenuto si ottiene una raffica di raffiche molto forti. Secondo, e, cosa più importante, è così che la forza dei venti varia a seconda dell'altitudine. I cicloni diventano sempre più forti più in alto. Temporali, d'altra parte, tendono a produrre venti che partono da circa 100 m in alto e soffiano verso il basso, con il vento che si fa più forte man mano che scende. 'Un vento normale soffia parallelo al suolo, ma un temporale soffia verso il basso. è completamente diverso, ', ha affermato il professor Giovanni Solari dell'Università di Genova in Italia.

Metti insieme tutto questo e il risultato, dice il prof. Solari, è che stiamo sovraingegnerizzando i nostri edifici più alti, soprattutto grattacieli, e strutture e edifici bassi poco ingegnerizzati come le gru dei cantieri navali. I 200 metri più alti di un grattacielo di 300 metri probabilmente non ricevono un soffio da un temporale, ma li progettiamo come se lo facessero perché i nostri modelli presumono che i venti si rafforzino più in alto. 'Stiamo rendendo gli edifici troppo sicuri, ' Egli ha detto. D'altra parte, piccole gru possono ribaltarsi colpite da temporali, che producono il loro vento più forte a livello del suolo.

Obiettivo del Prof. Solari, attraverso il progetto THUNDERR, è correggere questo, che potrebbe rendere la costruzione più efficiente e meno costosa, producendo un modello di vento temporalesco che può essere utilizzato per aiutare a progettare edifici. Il primo passo è stato quello di prendere un temporale sintetico creato in una galleria del vento di livello mondiale presso l'Università dell'Ontario in Canada e farne un modello. ora è fatto, dice il prof. Solari, e i suoi modelli fanno un buon lavoro nel catturare ciò che fanno queste tempeste sintetiche. Ma quella era la parte facile.

Ora sta passando alla modellazione di veri temporali, in cui c'è una grande variazione. Aiutare, Il prof. Solari e il suo team hanno costruito una rete di 45 torri meteorologiche distanziate lungo la costa mediterranea progettate per acquisire dati sui venti creati dai temporali.

"La gente pensava che i temporali fossero rari, ' ha detto il prof. Solari. «Era perché non potevamo vederli. La rete ha ora registrato un database di 250 record di temporali. Il piano è ora di modificare il modello iniziale per tenere conto di tutti questi diversi temporali ed essere veramente rappresentativo.'

La ricerca in questo articolo è stata finanziata dal Consiglio europeo della ricerca dell'UE. Se ti è piaciuto questo articolo, per favore considera di condividerlo sui social.