Le nubi e i fulmini vulcanici

10.02.2013

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. I fulmini vulcanici sono un fenomeno normale in occasione di eventi di tale portata che furono osservati durante l’ultima eruzione del Vesuvio del marzo 1944.

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 possano 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 meccanismo tale da permettere alle particelle cariche positivamente di separarsi da quelle con carica negativa. Ciò in linea di principio può avvenire se entrambe le particelle possiedono differenti proprietà aerodinamiche. Altri processi ancora sconosciuti e in fase di studio, contribuiscono 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, causando la separazione delle cariche.

Nel caso dell'eruzione del vulcano islandese Eyjafjallajökull, nell'aprile del 2010, non furono i fulmini ma la vasta nube di ceneri a lasciare a terra i passeggeri di circa 100.000 voli.

Le particelle di roccia, vetro e sabbia nelle nubi piroclastiche possono intasare i motori degli aerei, come accadde nel 1982 in Indonesia, quando un 747 della British Airways registrò un'avaria a tutti e quattro i motori e riuscì a cavarsela per il rotto della cuffia.

Secondo la ricerca, pubblicata sulla rivista Eos, le emissioni radio prodotte dai fulmini vulcanici possono costituire uno strumento per stabilire la quantità di ceneri in una nube piroclastica che si forma di notte o durante il maltempo, quando cioè né i satelliti né gli strumenti a terra sono in grado di determinare le dimensioni del fenomeno. Comunemente i fulmini associati alle eruzioni vulcaniche iniziano a manifesrtarsi parecchi minuti dopo che è avvenuta l'esplosione, quando la nuova nuvola di cenere si sta strutturando. Possono essere molto frequenti: si calcola che nelle fasi di maggiore attività nella nube provocata dall'esplosione del St.Helen nel 1980 si sia arrivati addirittura a un lampo al secondo! Il monitoraggio dei fulmini nelle nubi vulcaniche potrebbe anche essere usato dai vari VAAC in supporto al traffico aereo.

Uno degli episodi più documentati in materia riguarda l'eruzione del Redoubt nel 2009, uno dei più noti, attivi e studiati vulcani dell'Alaska, le cui eruzioni in generale presentano sempre le stesse caratteristiche: ad una fase esplosiva segue la costruzione di un duomo lavico (un tipo di attività comune fra i vulcani delle serie orogeniche). Tra il 22 e il 23 marzo del 2009 un momento di particolare esplosività ha provocato una vasta produzione di fulmini di cui, grazie ai dispositivi che furono installati in zone vicine specificamente per osservare quella eruzione, esiste una eccellente documentazione. Notare come lo studio dei fulmini faceva espressamente parte del programma di studio e sorveglianza.

La foto qui accanto è stata scattata da Brettwood Higman, un fotografo che era casualmente impegnato in un trekking nella zona del vulcano Redoubt nella primavera del 2009. Si vedono dei fulmini provenire dalla nube al di sopra del vulcano.

Nelle fasi più parossistiche di una eruzione, quando un pennacchio di ceneri sovrasta il vulcano, non è infrequente notare la presenza di fulmini, che possono raggiungere lunghezze ben superiori al kilometro.

Si suppone che a guidare l'accumulo di differenza di potenziale elettrostatico contribuiscano in parte le rotture delle piccole particelle che costituiscono la nube, già precedentemente squilibrate dal punto di vista elettrostatico. Il merito maggiore però viene attribuito alle frequenti collisioni fra le particelle (e soprattutto degli sfregamenti). Poi le cose si fanno, almeno per adesso, un po' confuse, ma da qui in poi, cambiando solo la natura delle particelle, il modello prevede processi analoghi con quelli dei fulmini meteorologici normali.

La sequenza temporale ipotizzata è questa:

1. le particelle si caricano in qualche modo di elettricità (e qui mi pare che i motivi siano piuttosto oscuri, ma vabbè... non si può sapere tutto....: mi azzardo a pensare che l'esplosione rompa rocce magmatiche o scagli in aria particelle ancora liquide spezzando legami atomici con quindi elettroni che girano in qualche modo liberi dalle molecole a cui appartenevano).

2. Le collisioni aumentano la separazione delle cariche mentre processi aerodinamici segregano ulteriormente le aree a carica positiva da quella a carica negativa fino a quando la differenza di potenziale diventa talmente grande da provocare un devastante flusso di corrente.

Occorre notare che quindi i processi ipotizzati (o forse altri...) sono capaci di creare nella nube vulcanica zone a carica diversa da quelle circostanti.

Earle Williams del MIT e Stephen McNutt della Università dell'Alaska però nel 2008 hanno ipotizzato un'altra possibilità estremamente più semplice: il fenomeno sarebbe guidato come nelle ordinarie nubi temporalesche dall'acqua contenuta nella nube. In pratica sarebbero solo dei comunissimi temporali o, meglio, dei fulmini secchi (ciè fulmini che si scatenano senza pioggia).

In effetti l'acqua è uno dei componenti più importanti dei gas vulcanici ed è presente anche nelle nubo di cenere nubi di cenere. Quindi ce ne dovrebbe essere a sufficienza per innescare il fenomeno.

Capirne la causa non è a prima vista molto semplice, primo perchè già nello studio dei fulmini in generale viene adoperato spesso il condizionale anziché l'indicativo, sia perchè nei vulcani il fenomeno è molto transitorio.

Fulmini e vulcani, un fenomeno spettacolare senza più segreti