Come si forma un fulmine, perché è pericoloso e come fotografarlo: Una guida ai temporali in arrivo sull'Italia

Dopo settimane di caldo e stabilità atmosferica, il ritorno dei temporali su parte dell'Italia riporta l'attenzione su uno dei fenomeni più spettacolari e affascinanti dell'atmosfera: il fulmine. Lo vediamo come un lampo improvviso che squarcia il cielo, ma dietro quella scarica luminosa si nasconde un processo fisico estremamente complesso che coinvolge elettricità, plasma, ghiaccio e dinamiche atmosferiche ancora oggi oggetto di studio. Secondo le previsioni disponibili al momento in cui pubblico questo articolo, il passaggio di una perturbazione potrebbe determinare un brusco cambiamento delle condizioni meteorologiche dopo settimane caratterizzate da caldo (che abbiamo sentito tutto, direi) e stabilità atmosferica. La distribuzione dei temporali, tuttavia, potrebbe non essere così regolare. Per gli aggiornamenti infatti è necessario fare riferimento ai bollettini ufficiali della Protezione Civile, dell'Aeronautica Militare e dei servizi meteorologici regionali. Con i temporali però arrivano spesso i fulmini, e con i fulmini arriva puntuale come un orologio svizzero la domanda: cosa sono esattamente? Come si formano? E soprattutto, come li si fotografa senza rischiare inutilmente la propria incolumità?

Cos'è un fulmine: la fisica in tre minuti

Un fulmine è una scarica elettrostatica, in buona sostanza, un gigantesco salto di elettroni tra due zone cariche in modo opposto. Per capire come si forma, bisogna entrare dentro quello che viene definito un cumulonembo, ossia la nube temporalesca per eccellenza.

All'interno di queste “torri” di vapore che possono superare i 15 chilometri di altezza, i moti convettivi violenti, correnti ascendenti e discendenti rapidissime, creano continue collisioni tra particelle di ghiaccio, granelli di neve e goccioline d'acqua. Queste collisioni hanno l’effetto di trasferire carica elettrica e quindi le particelle più pesanti, che precipitano, si caricano negativamente, mentre quelle più leggere, che salgono, portano carica positiva verso la sommità della nube. Il risultato è una separazione di carica imponente.

Quando la differenza di potenziale tra la base della nube, che è carica negativamente ed il suolo, che si carica positivamente per induzione, raggiunge valori nell'ordine di centinaia di milioni di volt, l'aria non riesce più a fare da isolante. Si innesca allora un processo a cascata: i canali ionizzati invisibili, detti stepped leaders, si propagano dalla nube verso il suolo in segmenti da 50-100 metri alla velocità di circa 200.000 km/h. Quando uno di questi si avvicina abbastanza al suolo, si connette con uno streamer ascendente che sale da qualche oggetto in superficie, un albero, un edificio, un'antenna.

In quel momento si chiude il circuito. Il ritorno di corrente, ovvero il return stroke, risale lungo il canale ionizzato a velocità dell'ordine di decine di migliaia di chilometri al secondo, con valori che nelle stime divulgative vengono spesso indicati attorno ai 100.000 km/s, con temperature che raggiungono i 30.000 Kelvin, cinque volte la superficie del Sole. È questo ciò che vediamo come lampo. Il tuono è quindi l'onda di pressione generata dall'espansione esplosiva dell'aria riscaldata. L'intero processo dura circa 0,2 secondi, ma può includere tre o quattro return stroke successivi lungo lo stesso canale, ed è per questo che i fulmini sembrano "lampeggiare".

Quanti tipi di fulmini esistono

La classificazione scientifica dei fulmini è più ricca di quanto si pensi comunemente e la riporto qui di seguito.

Fulmine cloud-to-ground (CG): il più noto, quello che colpisce la superficie terrestre. Può essere negativo (il più comune, con corrente che scende dalla nube) o positivo (più raro, più potente, associato alla sommità della nube e statisticamente più pericoloso).

Fulmine intra-cloud (IC): avviene interamente all'interno della nube, tra zone a carica opposta. È il tipo più frequente in assoluto, ma meno visibile dall'esterno. Produce quell'illuminazione diffusa che chiamiamo "lampo di calore", un termine meteorologicamente impreciso, poiché non ha nulla a che fare con il calore.

Fulmine cloud-to-cloud (CC): scarica tra due nubi separate. Spettacolare da fotografare perché il canale è spesso visibile in orizzontale contro il cielo scuro.

Sprite, elve e jet blu: fenomeni luminosi transienti (TLE, Transient Luminous Events) che avvengono nella mesosfera e nella stratosfera, a decine di chilometri di quota, associati a fulmini particolarmente intensi. Gli sprite sono le grandi meduse rossastre visibili sopra i temporali; gli elve invece sono anelli luminosi che si espandono a 90 chilometri di quota; i jet blu, infine, sono proiezioni verticali dalla sommità dei cumulonembi. Sono difficilissimi da fotografare ma non impossibili, richiedono posizione elevata, visibilità orizzontale sul temporale e camera ad alta sensibilità.

Fulmine a palla: un fenomeno ancora scarsamente compreso scientificamente. Si manifesta come una sfera luminosa che può persistere per diversi secondi dopo un fulmine. Le segnalazioni sono numerose, la spiegazione fisica è ancora dibattuta, ma sicuramente una rarità da fotografare ed un colpo di fortuna se ci riuscite.

Curiosità e record accertati

L'uomo più fulminato della storia. Roy Cleveland Sullivan, ranger del Parco Nazionale di Shenandoah in Virginia, fu colpito da un fulmine in sette occasioni distinte tra il 1942 e il 1977, sopravvivendo ogni volta. Tutti e sette gli episodi furono documentati dal sovrintendente del parco e verificati da medici. Sullivan perse le unghie di un piede, le sopracciglia, i capelli in più occasioni e riportò ustioni diffuse. La spiegazione non è soprannaturale: Sullivan lavorava in una delle aree degli Stati Uniti con la più alta densità di fulmini e trascorreva migliaia di ore all'anno all'aperto su creste, torri e radure. Quindi banalmente aveva una probabilità più alta degli altri in incontri elettrizzanti del terzo tipo. Detiene ancora il record Guinness come persona colpita da più fulmini e sopravvissuta.

Il fulmine più lungo mai registrato. Il 29 aprile 2020, un singolo fulmine ha percorso 768 ± 8 chilometri attraverso gli stati americani di Texas, Louisiana e Mississippi, una distanza equivalente a quella tra Napoli e Milano. Il record è stato certificato ufficialmente dall'Organizzazione Meteorologica Mondiale (WMO) il 1° febbraio 2022 e pubblicato sul Bulletin of the American Meteorological Society. Il precedente record apparteneva a un fulmine caduto in Brasile nel 2018 che aveva percorso 709 chilometri.

Il fulmine più lungo nel tempo. Il 18 giugno 2020, durante un temporale tra Uruguay e Argentina settentrionale, una singola scarica elettrica si è protratta ininterrottamente per 17,102 ± 0,002 secondi, anche questo certificato dalla WMO. Per dare un termine di paragone: un fulmine tipico dura meno di mezzo secondo. Diciassette secondi sono, in questo contesto, un'eternità, oltre ad una quantità di energia enorme.

I fulmini e la biologia. I fulmini non colpiscono solo edifici e alberi: svolgono anche un ruolo nel ciclo dell'azoto. Le temperature elevatissime della scarica rompono i legami molecolari dell'azoto atmosferico (N₂), producendo ossidi di azoto (NOₓ) che, dissolvendosi nell'acqua piovana, raggiungono il suolo come nitrati, fertilizzanti naturali. Si stima che i fulmini producano globalmente tra i 5 e gli 8 tegrammi di azoto fissato all'anno, contribuendo in modo non trascurabile alla fertilità dei suoli.

I grattacieli attraggono i fulmini, e se ne fa uso. L'Empire State Building di New York viene colpito alcune decine di volte all'anno. Non è un problema: l'edificio ha un sistema di parafulmine che scarica la corrente in sicurezza a terra. Alcuni impianti industriali e di ricerca usano strutture alte deliberatamente per "catturare" fulmini a scopo sperimentale (e non per alimentare DeLorean modificate per viaggiare nel tempo).

Gli effetti del fulmine: numeri veramente impressionanti

Un singolo fulmine trasporta mediamente circa 5 miliardi di joule di energia, abbastanza teoricamente per alimentare un'abitazione media per circa un mese, anche se l'estrema brevità della scarica rende impossibile immagazzinarla con le tecnologie attuali. La corrente di picco in un fulmine negativo varia tipicamente tra 10.000 e 30.000 ampere. I fulmini positivi, molto più rari, possono superare i 300.000 ampere. Sulla Terra cadono circa 100 fulmini al secondo, per un totale di oltre 1,4 miliardi di fulmini all'anno. L'Italia è uno dei paesi europei con la maggiore densità di fulmini, particolarmente nelle zone alpine, prealpine e nell'Appennino settentrionale. Sul corpo umano, le conseguenze di un fulmine variano enormemente a seconda di come avviene il contatto. Le lesioni più comuni non sono causate da un colpo diretto, statisticamente raro, ma da corrente di contatto (attraverso un oggetto toccato dal fulmine), corrente di passo (che percorre il suolo attorno al punto di impatto) o effetto laterale (cioè una scarica che si trasferisce da un albero o struttura vicina). I danni neurologici sono le conseguenze a lungo termine più frequenti nei sopravvissuti.

Fulmini e cambiamento climatico: esiste una relazione?

Una delle domande più frequenti quando si parla di temporali riguarda il possibile legame tra fulmini e cambiamento climatico. La risposta breve è sì, ma con diverse importanti sfumature.

I fulmini sono il prodotto di processi atmosferici complessi che dipendono dalla presenza di nubi temporalesche sviluppate verticalmente, da forti correnti convettive, dall'umidità e dalle interazioni tra particelle di ghiaccio all'interno delle nubi. Un'atmosfera più calda può contenere una maggiore quantità di vapore acqueo e accumulare più energia disponibile per la convezione, creando in alcune circostanze condizioni favorevoli a temporali più intensi.

Questo non significa però che il riscaldamento globale provochi automaticamente un aumento uniforme dei fulmini in ogni parte del pianeta. La frequenza delle scariche elettriche dipende da numerosi fattori regionali e locali, come ad esempio la circolazione atmosferica, la disponibilità di umidità e la distribuzione delle masse d'aria.

Diversi studi suggeriscono che in alcune aree del mondo l'attività elettrica associata ai temporali potrebbe aumentare con il riscaldamento climatico, mentre in altre regioni potrebbero verificarsi variazioni più contenute o persino opposte. Gli scienziati ritengono inoltre che il cambiamento climatico possa influenzare soprattutto la distribuzione geografica e l'intensità degli eventi temporaleschi più estremi.

Nel contesto europeo e mediterraneo dove viviamo, la ricerca è ancora in evoluzione, ma molti climatologi considerano plausibile che condizioni favorevoli a temporali particolarmente intensi possano diventare più frequenti in alcune stagioni dell'anno. È importante però evitare un errore comune: nessun singolo temporale o fulmine può essere attribuito direttamente al cambiamento climatico. Ciò che il clima può modificare è la probabilità che si verifichino le condizioni atmosferiche che favoriscono questi fenomeni.

Come stare al sicuro durante un temporale

Le regole della sicurezza durante un temporale sono semplici, non conoscerle o peggio ignorarle, purtroppo, causa ancora oggi decine di vittime ogni anno in Italia. Di seguito allora vi fornisco un piccolo vademecum utile a non fare la fine di Willy il Coyote o Scrat de “L’era glaciale”.

Regola dei 30-30. Conta i secondi tra il lampo e il tuono e dividili per 3: ottieni la distanza del fulmine in chilometri. Se il risultato è inferiore a 10 (meno di 30 secondi tra lampo e tuono), il temporale è abbastanza vicino da essere pericoloso. A quel punto rientra subito, se possibile, nel più vicino edificio. Aspetta 30 minuti dall'ultimo tuono prima di uscire di nuovo.

Luoghi sicuri. Un edificio solido con impianto parafulmine è il rifugio ideale. In alternativa, un'automobile con carrozzeria metallica chiusa offre protezione efficace grazie all'effetto gabbia di Faraday, visto che la scarica percorre la superficie metallica esterna senza penetrare all'interno. Non aprire finestrini e non toccare parti metalliche.

Luoghi da evitare assolutamente. Gli alberi isolati sono uno dei bersagli preferiti dei fulmini. Strutture metalliche aperte come gazebo, recinzioni, ombrelloni in spiaggia. Specchi d'acqua: laghi, mare, piscine. Zone elevate e creste in montagna. Campi aperti dove si è il punto più alto del paesaggio.

In montagna. Se sei su una cresta o in una zona esposta e non riesci a raggiungere un rifugio, accovacciati su un piede solo con i piedi uniti, testa bassa e mani sulle orecchie, ricordati di ridurre il contatto col suolo e la superficie esposta. Non sdraiarti. Non stare vicino a sporgenze rocciose né all'ingresso di caverne.

Miti da sfatare. La gomma delle scarpe non protegge dai fulmini dato che gli spessori sono assolutamente insufficienti rispetto alle tensioni in gioco. I telefoni cellulari non attraggono i fulmini. I parafulmini proteggono solo l'edificio su cui sono installati e un'area limitata attorno ad esso.

Come fotografare i fulmini in sicurezza e con risultati accettabili

Fotografare i fulmini è tecnicamente più semplice di quanto sembri, il problema principale è la sicurezza, non la tecnica. Prima regola assoluta: fotografa dall'interno o da sotto una struttura coperta. Mai all'aperto, mai sotto un ombrello, mai in posizione esposta. La fotografia di un fulmine non vale un rischio reale.

Attrezzatura:

-Fotocamera con modalità bulb o con intervallometro

-Treppiede, che è oggettivamente indispensabile

-Telecomando o cavo di scatto per evitare vibrazioni

-Grandangolo o focale normale (16-35mm su full frame)

-Filtro ND se fotografate di giorno

Impostazioni di base per la notte:

-Modalità manuale

-ISO: 100-400

-Diaframma: f/5.6 - f/11

-Tempo di scatto: da 5 a 30 secondi in modalità bulb

-Messa a fuoco: manuale sull'infinito

Di giorno si usano trigger specifici per fulmini oppure filtri ND da 10-16 stop per permettere esposizioni di qualche secondo. Composizione: cercate uno skyline interessante, una linea dell'orizzonte pulita, o elementi in primo piano che diano scala e contesto al fulmine. Per il reel: i fulmini durano meno di un secondo. Girate in slow motion (120-240fps) se la vostra attrezzatura lo consente, per catturarne il dettaglio, oppure lavorate in post-produzione sovrapponendo le foto a lunga esposizione su un video del paesaggio.

Le fonti che ho usato: National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), World Meteorological Organization (WMO), American Meteorological Society, Protezione Civile Italiana, Aeronautica Militare Italiana.