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Sacrica a terra

Quando un fulmine diretto verso il basso si trova ad alcune centinaia di piedi dalla terra, le cariche che trasporta provocano un elevato campo elettrico sulla superficie della terra. Questo campo attiva la formazione di molte scariche verso l'alto, specialmente sugli oggetti sporgenti. Una di queste scariche verso l'alto, o canali di collegamento, incontra il fulmine proveniente dall'alto. Immediatamente, dopo che i due percorsi si sono incontrati, le cariche elettriche immagazzinate nel canale discendente del fulmine vengono spinte verso terra lungo il percorso ascendente. Questo fenomeno provoca un impulso di corrente ad alto amperaggio e molto brevein durata che si scarica nel terreno o sugli oggetti più esposti. Questo impulso ha inizio dal terreno e si muove verso l'alto, fino a raggiungere la nuvola, ed è noto come colpo di ritorno. Se il collegamento elettrico tra la terra e la nuvola viene interrotto, le cariche accumulate tornano indietro disperdendosi nel terreno. Il colpo di ritorno può portare correnti molto elevate che vanno da 10kA a 500kA che scorrono per un intervallo di tempo brevissimo, circa un millesimo di secondo. Durante la scarica, permane un canale di collegamento elettrico tra la nuvola e il terreno. Questo percorso elettrico può quindi fungere da conduttore per la scarica di molte cariche generate nella nuvola. Dopo una pausa di circa un cinquantesimo di secondo, può propagarsi verso il basso una nuova scarica lungo il canale elettrico formatosi tra la nuvola e il terreno. Una volta raggiunto il terreno, anch'esso viene seguito dal suo colpo di ritorno. Questo percorso di scariche ripetute può ripetersi più volte. Sono state registrati fino a 25 scariche in un singolo fulmine, e la media è di due o tre. All'incirca un terzo dei fulmini sono composti da una sola scarica. Le correnti con cui si formano i canali elettrici sono relativamente basse, in genere alcune centinaia di Ampere e possono essere veramente molto brevi, alcuni microsecondi. La corrente di un colpo di ritorno, invece, può essere veramente elevata. Il novantacinque percento dei colpi di ritorno hanno picchi di corrente compresi tra 5kA e 100kA, anche se raramente queste correnti superano i 500kA. Il primo colpo di ritorno in genere trasporta una quantità di corrente da tre a cinque volte superiore a quella trasportata dalle scariche successive. Un colpo di ritorno si esaurisce nel giro di uno, dieci microsecondi e decade in alcune centinaia di microsecondi. Il 90% dei fulmini portano a terra cariche negative, mentre solo il restante 10% trasporta correnti positive; questi in genere risultano i più pericolosi e possono provocare i danni maggiori in quanto la quantità di cariche che trasportano è decisamente superiore. 

Cos'è un fulmine

I fulmini che si abbattono al suolo hanno origine principalmente nelle nuvole temporalesche all'interno della regione in cui si formano intensi campi elettrici, molte miglia al di sopra della superficie terrestre. La scarica si sviluppa sia verso l'alto che verso il basso fino a che le ramificazioni rivolte verso il suolo non fuoriescono dalle nuvole e si propagano verso il suolo. La prima parte della formazione di un fulmine è caratterizzata da avanzamenti a balzi o gradini intervallati da pause; in questa fase la propagazione della scarica è molto ramificata. Il percorso principale del fulmine e le sue ramificazioni trasportano una grande quantità di carica elettrica proveniente dalla nuvole, provocando la perforazione elettrica dell'aria e creando un canale ionizzato e quindi elettricamente conduttore. Non appena il canale principale giunge ad una distanza di qualche centinaio di piedi dal suolo, il campo elettrico raggiunge un livello tale per cui cominciano a formarsi canali conduttori provenienti dal terreno iniziando dai punti sopraelevati o dagli oggetti, come piante, tralicci ed edifici, prospicienti dal terreno. Quando uno di questi canali ascendenti incontra una ramificazione del canale discendente, si stabilisce un collegamento elettrico diretto tra il terreno e la nuvola attraverso il quale, in una frazione di secondo, passano le cariche elettrostatiche accumulate nella nuvola. Si ha così un improvviso impulso di corrente noto come colpo di ritorno. Una volta che si è formato il canale conduttore tra la nuvola e il suolo, possono verificarsi diverse scariche successive, provocando il fenomeno delle scariche successive. Sono le scariche di ritorno quelle che trasportano la maggior parte della corrente contenuta nel fulmine e sono quindi esse la causa dei danni provocati alle strutture e a ciò che contengono.