A livello globale, i fulmini sono responsabili di oltre 4.000 vittime e miliardi di dollari di danni ogni anno; La stessa Svizzera subisce fino a 150.000 scioperi all’anno. Comprendere esattamente come si formano i fulmini è fondamentale per ridurre il rischio, ma poiché i fenomeni dei fulmini si verificano su scale temporali inferiori al millisecondo, misurazioni dirette sono estremamente difficili da ottenere.
Ora, i ricercatori del Laboratorio di compatibilità elettromagnetica, guidato da Farhad Rachidi, della Facoltà di Ingegneria dell'EPFL hanno misurato direttamente per la prima volta un fenomeno sfuggente che spiega molto sulla nascita di un fulmine:la radiazione a raggi X.
In uno studio condotto in collaborazione con la Scuola universitaria professionale della Svizzera occidentale e l'Università di Uppsala in Svezia, hanno registrato i fulmini sulla torre Säntis nella Svizzera nordorientale, identificando i raggi X associati all'inizio di lampi positivi verso l'alto. Questi lampi iniziano con viticci (capi) carichi negativamente che salgono gradualmente da un oggetto ad alta quota, prima di connettersi con una nube temporalesca, trasferendo la carica positiva al suolo.
"A livello del mare, le vampate verso l'alto sono rare, ma potrebbero diventare dominanti ad alta quota. Hanno anche il potenziale per essere più dannose, perché in una vampata verso l'alto, il fulmine rimane in contatto con una struttura più a lungo di quanto non faccia durante un flash verso il basso, dandogli più tempo per trasferire la carica elettrica," spiega il Ph.D. del Laboratorio di Compatibilità Elettromagnetica. candidato Toma Oregel-Chaumont.
Sebbene le emissioni di raggi X siano state precedentemente osservate da altri tipi di fulmini, questa è la prima volta che vengono catturate da lampi positivi verso l’alto. Oregel-Chaumont, il primo autore di un Scientific Reports l'articolo che descrive le osservazioni, afferma che esse offrono preziose informazioni su come si formano i fulmini, e in particolare i fulmini ascendenti.
"L'effettivo meccanismo attraverso il quale i fulmini si avviano e si propagano è ancora un mistero. L'osservazione dei fulmini verso l'alto da strutture alte come la torre Säntis rende possibile correlare le misurazioni dei raggi X con altre quantità misurate simultaneamente, come osservazioni video ad alta velocità e misurazioni elettriche correnti."
Forse non sorprende che le nuove osservazioni siano state effettuate in Svizzera, poiché la torre Säntis offre condizioni di misurazione uniche e ideali. La torre di 124 metri è arroccata in cima a un'alta vetta delle Alpi dell'Appenzello, rendendola un bersaglio privilegiato per i fulmini. La visuale è chiara dalle vette vicine e l'ampia struttura di ricerca è piena di telecamere ad alta velocità, rilevatori di raggi X, sensori di campo elettrico e dispositivi di misurazione della corrente.
Fondamentalmente, la velocità e la sensibilità di questa attrezzatura hanno permesso al team di vedere una differenza tra i gradini leader negativi che emettevano raggi X e quelli che non lo facevano, supportando una teoria della formazione dei fulmini nota come modello dell’elettrone in fuga fredda. In poche parole, l'associazione dei raggi X con cambiamenti molto rapidi del campo elettrico ha supportato la teoria secondo cui improvvisi aumenti del campo elettrico dell'aria fanno sì che gli elettroni ambientali "sfuggano" e diventino un plasma:il fulmine.
"Come fisico, mi piace poter comprendere la teoria alla base delle osservazioni, ma queste informazioni sono importanti anche per comprendere i fulmini da una prospettiva ingegneristica:sempre più strutture ad alta quota, come turbine eoliche e aerei, vengono costruite in materiale composito Questi materiali sono meno conduttivi dei metalli come l'alluminio, quindi si riscaldano di più, rendendoli vulnerabili ai danni causati dai fulmini verso l'alto," afferma Oregel-Chaumont.
Le osservazioni sul Säntis, che riceve oltre 100 fulmini ogni anno, sono in corso. Successivamente, gli scienziati prevedono di aggiungere un sensore a microonde all'arsenale di apparecchiature della torre; ciò potrebbe aiutare a determinare se il modello della fuga del freddo si applica anche ai fulmini rivolti verso il basso, poiché a differenza dei raggi X, le microonde possono essere misurate dalle nuvole.
Ulteriori informazioni: Toma Oregel-Chaumont et al, Osservazioni dirette dei raggi X prodotti da fulmini positivi verso l'alto, Rapporti scientifici (2024). DOI:10.1038/s41598-024-58520-x
Informazioni sul giornale: Rapporti scientifici
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