Chimica atmosferica: effetti dei fulmini – Spettro della scienza

Fulmine invisibile

Sulla base delle misurazioni del team, i lampi invisibili potrebbero produrre fino al 16 percento del contenuto di ossidrile dell’atmosfera globale. Questo è un risultato osservativo molto eccitante, afferma Francisco Gordillo Vasquez dell’Instituto Astrophysica Andalucia in Spagna. Attualmente sta conducendo esperimenti nel suo laboratorio per riprodurre i risultati del team di Brune. Finora si riteneva che questi ossidanti si formassero indirettamente attraverso la formazione di protossido di azoto. Il fatto che ora sia in posa diretta cambia la prospettiva.

I fulmini invisibili sono solo uno dei numerosi fenomeni elettrici scoperti di recente che si verificano durante e intorno ai temporali e influenzano la composizione dell’atmosfera. Già negli anni ’20, il premio Nobel scozzese Charles Wilson predisse che le scariche elettriche luminose potrebbero verificarsi più in alto nell’atmosfera, dove l’aria è meno densa e il campo elettrico locale può collassare più facilmente. Si chiamano goblin, dalla parola inglese per folletto. Ma non è stato fino al 1989 che due sprite sono stati accidentalmente registrati durante un forte temporale nel Midwest americano.

Successivamente si è scoperto che gli sprite a volte raggiungono una buona altezza di 90 chilometri, alla base della ionosfera. Secondo Gordillo-Vázquez, le scariche nell’alta atmosfera possono essere viste come il tassello mancante nel circuito globale che collega la troposfera alla ionosfera.

Tali eventi luminosi transitori nell’atmosfera superiore (TLE) potrebbero spiegare un’altra osservazione sconcertante nella chimica atmosferica? “Dalla fine degli anni ’60, di tanto in tanto ci sono state segnalazioni secondo cui le concentrazioni di ozono aumentano improvvisamente vicino ai temporali”, afferma il ricercatore. Le osservazioni riportate non erano coerenti con la conoscenza che il gas si forma indirettamente tramite l’ossido di azoto generato dai fulmini e le successive reazioni chimiche. “È stato ipotizzato che l’aumento dei livelli di ozono potrebbe essere dovuto ai fulmini stessi”.

I fulmini normali non producono direttamente grandi quantità di ozono. Ma le alte concentrazioni di ozono nelle regioni osservate potrebbero essere un risultato diretto dello strano fenomeno di illuminazione? Mentre il fulmine è una scarica elettrica molto calda, nel forte campo elettrico di un TLE, l’energia viene rilasciata fredda. “Questa è la chiave per comprendere la loro personalità chimica”, ha detto Gordillo Vasquez. In laboratorio, le “scariche corona” fredde (vedi glossario) producono grandi quantità di ozono e protossido di azoto (N₂S). Quest’ultimo è il terzo gas serra più importante dopo l’anidride carbonica₂ e metano.

Oggi è possibile osservare i TLE dall’alto. Questo ha reso più facile il controllo. L’Atmospheric Scientists Research Group sta partecipando a una missione spaziale chiamata Aerospace Interaction Monitor (ASIM), uno strumento installato sulla Stazione Spaziale Internazionale dall’aprile 2018. L’ASIM ha dimostrato di essere molto bravo a rilevare gli scarichi della corona luminosa nelle nuvole temporalesche. “ASIM ci ha permesso per la prima volta di comprendere il tipo di scariche di corona che si verificano nelle nuvole temporalesche e di registrare dove e quanto spesso si verificano”, afferma il ricercatore classificando il progetto.

È vero che ASIM non può misurare le sostanze chimiche che vengono prodotte durante gli scarichi atmosferici freddi. Ma ha dimostrato che gli eventi elettrici dall’aspetto strano sono molto diffusi. Pertanto, potrebbero essere un’importante fonte naturale di gas serra se la loro chimica corrisponde agli scarichi corona generati in laboratorio. Secondo Gordillo-Vázquez, resta da chiarire la questione di quanto sia importante questo contributo per l’equilibrio chimico di tali gas nell’atmosfera. Una nuova generazione di satelliti per il monitoraggio della qualità dell’aria dovrebbe essere presto lanciata in orbita geostazionaria negli Stati Uniti, in Europa e in Asia. I dati delle loro misurazioni potrebbero completare il puzzle.

Ulteriori dati aiuteranno anche Brune a migliorare le sue stime sull’importanza globale della produzione di ossidrile da fulmini invisibili. “Abbiamo attraversato sette incudini di temporali e non abbiamo più dati”, afferma. “Se vuoi farlo bene, dovrai ripetere i voli su un aereo che ha molti strumenti a bordo per misurare i campi elettrici e le cariche e le cariche separate”. La maggior parte dei fulmini si verificano. “È possibile, ma sfortunatamente questa missione dovrà aspettare.”

Secondo Marie Barth, sarebbe davvero vantaggioso installare i nuovi strumenti in uno degli aerei che potrebbero volare direttamente in un temporale, e non solo attorno ad esso. “La maggior parte delle volte osserviamo le sostanze nell’aria prima e dopo la tempesta. Devi trarre le tue conclusioni su ciò che accade nel mezzo”, dice, aggiungendo: “Mi piace conoscere la composizione chimica all’interno di un temporale attraverso una campagna sul campo con un aeroplano che vola direttamente attraverso la tempesta.