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Fulmini che puliscono l’aria

Scritto da Leonardo Debbia il 16.06.2021

I fulmini costituiscono un particolare fenomeno atmosferico che, fondamentalmente, consiste in una scarica elettrica di grandi dimensioni generata, durante un temporale, dalla differenza elevata di potenziale elettrico tra due corpi (nuvola e suolo, nuvola e nuvola o anche all’interno di una stessa nuvola). Quando il suolo non è coinvolto si parla più propriamente di saette.

fulmini

Un effetto positivo dei fulmini è quello di scindere le molecole di azoto e ossigeno atmosferico dando origine a sostanze chimiche reattive che agiscono sui gas serra.

Ora, un team di chimici dell’atmosfera specializzati nello studio dei fulmini ha scoperto che queste scariche elettriche e, sorprendentemente, anche tutte quelle che non possono essere viste dalle telecamere o dall’occhio umano – dette quindi anche ‘subvisibili’ – incidendo sulle molecole d’acqua, producono quantità enormi di radicali idrossili (formula -OH) e idroperossili -HO2.

Il radicale idrossile -OH, come si apprende dai primi rudimenti della chimica, non può restare isolato ma deve legarsi ad altra molecola positiva e la sua presenza nell’atmosfera riveste quindi una notevole importanza perchè innesca altre reazioni chimiche, scomponendo, ad esempio, le molecole di gas a effetto serra e il metano.

Si può ben comprendere come questo radicale -OH sia il motore di molti cambiamenti di composizione chimica dell’atmosfera!

Inizialmente, abbiamo esaminato con un certo scetticismo la registrazione di queste enormi quantità di idrossili e idroperossili nelle nuvole, pensando a qualche errore o al cattivo funzionamento dei nostri strumenti”, dice William H. Brune, meteorologo alla Penn State. “E così li abbiamo tralasciati, riservandoci una verifica in tempi successivi”.

Questi dati, infatti, erano stati rilevati nel 2012 dalla strumentazione a bordo di un aereo in volo sopra il Colorado e l’Oklahoma durante una ricerca che registrava i cambiamenti chimici apportati da temporali e fulmini alla composizione dell’atmosfera.

Successivamente, Brune ha ripreso in esame questi dati e, assieme ad un altro ricercatore, ha scoperto che i segnali registrati potevano essere riprodotti in laboratorio da scintille e scariche subvisibili,correlandole così con le misurazioni dei fulmini effettuate da terra.

I risultati vennero allora pubblicati online su Science-First Releas’ e sul Journal of Geophysical Research – Atmospheres.

Brune nota che gli aerei evitano di volare attraverso i nuclei dei temporali in rapida ascesa perchè è pericoloso, ma possono campionare la parte superiore della nuvola che si espande verso l’esterno in direzione del vento, zona in cui, se vicina al nucleo del temporale, sono visibili i fulmini.

Da sempre ci si interessa ai fulmini a causa delle conseguenze che possono avere al suolo”, afferma Brune. “Ora l’interesse si sposta verso le scariche elettriche più deboli che si hanno durante i temporali che producono fulmini”.

La maggior parte dei fulmini non colpisce mai il suolo e il fulmine che rimane tra le nuvole (o, come detto sopra, la saetta) è particolarmente importante per la produzione di ozono e per gli effetti sui gas serra nell’atmosfera superiore.

Si era a conoscenza del ruolo dei fulmini nella scissione delle molecole d’acqua per la formazione di idrossili e idroperossili; ma finora questi processi non erano mai stati osservati durante i temporali.

Ciò che nel 2012 aveva indotto in errore il team di Brune era stata la registrazione di alti livelli di idrossile e idroperossile nelle aree della nuvola dove non c’erano fulmini visibili dall’aereo o dal suolo.

I successivi esperimenti di laboratorio hanno dimostrato che una corrente elettrica debole, con energia molto minore di quella dei fulmini visibili, può produrre gli stessi componenti.

Mentre i ricercatori hanno trovato idrossile e idroperossile in aree dove si verificavano fulmini subvisibili, hanno invece trovato poche tracce di ozono e assenza di ossido nitrico, prodotti la cui presenza richiede la produzione da fulmini visibili.

Se i fulmini subvisibili si verificano ordinariamente, allora idrossili e idroperossili come prodotti di questi eventi debbono essere inclusi nei modelli atmosferici, che, al momento, non ne tengono conto.

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