Il fulmine è uno degli spettacoli più belli della natura. È anche uno dei fenomeni naturali più mortali conosciuti dall’uomo. Con temperature del fulmine più calde della superficie del sole e onde d’urto che si propagano in tutte le direzioni, il fulmine è una lezione di scienza fisica e di umiltà.

Oltre alla sua potente bellezza, il fulmine presenta alla scienza uno dei suoi più grandi misteri locali: Come funziona? È risaputo che i fulmini sono generati in sistemi temporaleschi elettricamente carichi, ma il metodo di ricarica delle nuvole rimane ancora elusivo. In questo articolo, esamineremo i fulmini dall’interno in modo che tu possa comprendere questo fenomeno.

I fulmini iniziano con un processo che è meno misterioso: il ciclo dell’acqua. Per comprendere appieno come funziona il ciclo dell’acqua, dobbiamo prima capire i principi dell’evaporazione e della condensazione.

L’evaporazione è il processo con cui un liquido assorbe calore e si trasforma in vapore. Un buon esempio è una pozza d’acqua dopo una pioggia. Perché la pozza si asciuga? L’acqua nella pozza assorbe il calore dal sole e dall’ambiente e fuoriesce come vapore. “Fuga” è un buon termine da usare quando si parla di evaporazione. Quando il liquido è sottoposto a calore, le sue molecole si muovono più velocemente. Alcune delle molecole possono muoversi abbastanza velocemente da staccarsi dalla superficie del liquido e portare via il calore sotto forma di vapore o gas. Una volta libero dai vincoli del liquido, il vapore comincia a salire nell’atmosfera.

La condensazione è il processo con cui un vapore o un gas perde calore e si trasforma in un liquido. Ogni volta che il calore viene trasferito, si sposta da una temperatura più alta ad una più bassa. Un frigorifero usa questo concetto per raffreddare il cibo e le bevande. Fornisce un ambiente a bassa temperatura che assorbe il calore dalle bevande e dagli alimenti e lo porta via in quello che è conosciuto come il ciclo di refrigerazione. In questo senso, l’atmosfera agisce come un enorme frigorifero per gas e vapori. Man mano che i vapori o i gas salgono, le temperature dell’aria circostante scendono sempre più in basso. Ben presto, il vapore, che ha portato via il calore dal suo liquido “madre”, comincia a perdere calore nell’atmosfera. Man mano che sale ad altitudini più elevate e a temperature più basse, alla fine si perde abbastanza calore da far condensare il vapore e farlo tornare allo stato liquido.

Applichiamo ora questi due concetti al ciclo dell’acqua.

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L’acqua o l’umidità sulla terra assorbe calore dal sole e dall’ambiente. Quando abbastanza calore è stato assorbito, alcune molecole del liquido possono avere abbastanza energia per uscire dal liquido e cominciare a salire nell’atmosfera come vapore. Mentre il vapore sale sempre più in alto, la temperatura dell’aria circostante diventa sempre più bassa. Alla fine, il vapore perde abbastanza calore nell’aria circostante per permettergli di trasformarsi di nuovo in un liquido. L’attrazione gravitazionale della Terra fa sì che il liquido “cada” di nuovo verso la terra, completando così il ciclo. Va notato che se le temperature dell’aria circostante sono abbastanza basse, il vapore può condensare e poi congelare in neve o nevischio. Ancora una volta, la gravità reclamerà le forme congelate ed esse torneranno sulla terra.

Nella prossima sezione, vedremo cosa causa le tempeste elettriche.