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I FULMINI - Il tuono , Effetti e danni provocati

fisica



I FULMINI

Consideriamo due corpi conduttori vicini e con cariche di segno opposto. Se tra i due corpi è presente materiale isolante, le cariche, pur attraendosi, non possono incontrarsi.



Ma ogni materiale isolante possiede un limite. Se le cariche aumentano, aumenta anche il loro effetto, ovvero la differenza di potenziale tra i due corpi, ed esse finiscono col perforare l'isolante.
Questo meccanismo si verifica, durante i temporali, tra nuvole (normalmente nembi o cumuli distanti tra i 300 e i 1000 metri dal suolo) e terra, con l'aria come materiale isolante interposto. In circa l'85% dei casi sono le cariche negative a portarsi nella parte inferiore delle nuvole e a richiamare quelle positive sulla superficie terrestre (induzione elettrostatica).


Se la differenza di potenziale tra nuvola e terra supera un valore compreso tra gli 80 milioni e il miliardo di volt, l'aria viene perforata dalle cariche elettriche e si ha il fulmine, con una corrente che ha un valore medio di 10000 ampere e un valore limite pari a 200000 ampere. Un fulmine potrebbe alimentare una lampada da 100 Watt per tre mesi.
La perforazione non è istantanea. Dalla nuvola parte una scarica iniziale (detta "scarica pilota" o "scarica leader") non visibile, che procede a scatti con una velocità di 100 chilometri al secondo. Dalla terra parte una scarica di segno opposto, detta di richiamo. Al momento dell'incontro tra le due scariche si ha il fulmine, una scarica finale chiamata scarica di ritorno.
La corrente raggiunge il picco massimo in un tempo brevissimo pari a qualche microsecondo, mentre globalmente il fenomeno può durare tra qualche decina e qualche centinaia di microsecondi.
Al suo interno il fulmine può sviluppare una temperatura di 15000 °C. Il calore espande l'aria ed è questa espansione che provoca il tipico rumore del fulmine, ovvero il tuono. Poichè il suono si propaga a 340 metri al secondo, mentre la luce a 300000 chilometri al secondo, si ha una differenza tra la visione del fulmine (lampo) e la percezione del tuono, che è tanto più rilevante, quanto più lontano si è avuta la scarica elettrica.



Per calcolare la distanza in metri tra noi e il fulmine, basta moltiplicare per 340 i secondi che passano tra il lampo e il tuono.



Tra tutti i possibili percorsi, il fulmine probabilmente seguirà quello più breve o comunque quello che offre un minore impedimento al passaggio della scarica elettrica.
Sulla Terra si hanno 16 milioni di temporali all'anno ovvero circa 44 mila al giorno, con la caduta di 100 fulmini al secondo. Mediamente, in Italia, il numero di fulmini per chilometro quadrato in un anno (Nt) risulta pari a due. Ma non tutte le zone sono interessata allo stesso modo dal fenomeno. La figura evidenzia le differenze.

ROSSO - Nt = 4

VERDE - Nt = 2.5

BLU - Nt = 1.5

(La cartografia rappresentante il numero di fulmini all'anno per kmq sul territorio Italiano nel 1995 è presente nel sito del SIRF).

L'estate è la stagione che vede il maggior numero di temporali. Rimane però da precisare che cinque fulmini su sei si scaricano dentro la nuvola stessa.

Secondo i ricercatori un fulmine può entrare nel corpo umano attraverso le aperture del cranio, cioè occhi, orecchie, naso e bocca e si scarica a terra dopo aver percorso il sangue e il sistema nervoso. Come conseguenza più probabile si ha l'arresto del cuore e dei polmoni, ma mentre il primo può riprende a battere autonomamente, i polmoni hanno bisogno della respirazione bocca a bocca. Per cui la morte può giungere per soffocamento. Sembra che con un adeguato soccorso il 70% delle persone colpite da un fulmine può sopravvivere senza danni.





Cosa sono


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I fulmini sono delle scariche elettriche improvvise e violente che si verificano tra due nubi oppure tra una nube e la superficie terrestre a causa di differenze di potenziale molto elevate nell'ambito dell'atmosfera. Il fenomeno si manifesta con un effetto luminoso (lampo) ed uno sonoro (tuono) che non vengono percepiti simultaneamente dall'osservatore a causa delle diverse velocità di propagazione della luce (300.000 Km/s) e del suono (340 m/s). Il lampo viene visto pertanto quasi istantaneamente, mentre il tuono viene udito dopo un intervallo di tempo tanto più grande quanto più è distante il fulmine.


 
Aspetto tipico di un fulmine (dal sito NOOA)

Normalmente un fulmine è composto da un ramo principale e da molti rami secondari, con il caratteristico aspetto a zig-zag, determinato dalla ricerca del percorso di minor resistenza elettrica. La lunghezza può raggiungere i 2-3 Km, con punte di 5 Km in Sud Africa; quando si verificano tra nubi, i percorsi possono anche raggiungere i 10-15 Km.

Come nascono


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Dalla fisica è noto che se si caricano elettricamente due corpi conduttori con cariche di segno opposto, non c'è passaggio di corrente elettrica se essi sono separati da un materiale isolante. Aumentando il numero delle cariche, l'intensità del campo elettrico aumenta proporzionalmente fino ad un certo limite, caratteristico di ogni isolante, oltre il quale il materiale cede istantaneamente con un passaggio violento di corrente fra i conduttori.

La scarica produce la perforazione del materiale ed il valore limite del campo elettrico, oltre il quale si ha tale fenomeno, è noto come rigidità dielettrica. Nel caso dell'aria pulita e asciutta il valore del campo è di circa 30 KV/cm, che scende notevolmente, a valori inferiori a 3-4 KV/cm, in presenza di umidità, di pulviscolo atmosferico o di altre impurità.

Il fulmine è l'equivalente atmosferico del fenomeno precedentemente descritto; in tal caso l'isolante è l'aria ed i due corpi conduttori sono la nube ed il suolo oppure due diverse nubi o due diverse parti di una stessa nube.

E' ormai accertato che le grosse nubi temporalesche (cumulonembi) sono caricate positivamente nella parte più alta e negativamente in quella più bassa; esistono diverse teorie che cercano di giustificare tale situazione, una di esse, abbastanza attendibile, è che le separazioni delle cariche abbiano origine dalle collisioni fra i vari elementi di nube rappresentati dalle piccole gocce di acqua o dai piccoli cristallini di ghiaccio, formatisi in seguito alla condensazione o alla sublimazione del vapore 222d33c acqueo. All'interno delle nubi temporalesche esistono forti correnti ascensionali e precipitazioni che innescano complessi procedimenti di crescita e di interazione dei vari elementi, determinando le collisioni sopracitate.


 
Scariche elettriche all'interno di una nube (da "A Lightning Primer" - NASA)

Si è ritenuto che le più piccole particelle tendano ad acquisire cariche negative, mentre le più grandi acquisiscano cariche positive. Queste particelle tendono a separarsi per effetto delle correnti ascensionali e della forza di gravità, fino a che la nube non assume lo stato elettrico precedentemente descritto (positivo in alto e negativo in basso). La suddetta separazione produce enormi differenze di potenziale sia all'interno della nube che fra la nube e la terra, che per induzione tende a caricarsi positivamente.

Le differenze di potenziale possono raggiungere le centinaia o migliaia di milioni di volt, causando il superamento della rigidità dielettrica dell'aria: in tale istante scocca il fulmine. Il meccanismo della scarica è tuttavia alquanto complesso e si manifesta in due tempi:

  1. Inizialmente dalla nube scende verso il suolo una scarica debole ed invisibile composta da particelle cariche negativamente, essa è detta scarica pilota (o scarica guida o stepped leader) ed avanza verso il basso con una velocità relativamente piccola (circa 100 Km/s) e con percorsi successivi di breve lunghezza (circa 50 m). Lungo tale percorso a zig-zag si crea un'intensa ionizzazione che predispone alla seconda fase.
  1. Quando la scarica pilota si avvicina al suolo, da quest'ultimo parte una scarica "di ritorno" diretta verso l'alto e composta da un flusso di cariche positive presenti sulla superficie terrestre. Quando le due scariche si incontrano, esse segnano nell'aria una specie di scia di congiunzione tra cielo e terra; lungo tale traccia risale verso la nube una fortissima corrente elettrica ad una velocità stimata in circa un terzo di quella della luce.

La scarica di ritorno (return stroke) può durare tra qualche decina e qualche centinaia di microsecondi e libera una quantità enorme di energia di tipo termico, ottico (lampo), acustico (tuono) ed elettromagnetico.

Il canale conduttore, creato dalla scarica guida, può ramificarsi in parecchie branche, lungo le quali si possono avere diverse scariche di ritorno giustificando così l'aspetto tutto ramificato del fulmine, simile alle radici di una pianta. Spesso lungo il canale conduttore, dopo la prima scarica, si può avere un'altra scarica guida verso il basso, che innesca un secondo fulmine. Questo può verificarsi più volte in uno o due secondi, causando l'effetto tremolante nella luce del lampo.


 
Sequenza di fulmini (dal sito NASA)

Il tuono


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Lungo lo stretto canale percorso dal fulmine, l'aria si riscalda, quasi istantaneamente, fino a 15.000 C, determinando un'espansione esplosiva che ad una certa distanza si manifesta con un fragore noto come tuono. Se un fulmine cade ad una distanza relativamente breve, il tuono viene avvertito come un colpo secco; se cade lontano, il lampo è seguito da un rombo sordo e prolungato in quanto le onde sonore vengono rifratte dall'atmosfera e fatte rimbalzare da colline, montagne e altre conformazioni del terreno.

Come si è già detto, la luce del lampo viene percepita istantaneamente, mentre il tuono viene udito dopo un intervallo di tempo più o meno lungo a secondo della distanza del fulmine. Tale distanza è pari a 340 metri moltiplicati per il suddetto intervallo in secondi.

Bersagli di un fulmine


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Un fulmine segue generalmente il percorso di minor resistenza elettrica tra la nuvola e il suolo, che non corrisponde tuttavia al percorso più breve dal punto di vista geometrico. Ogni cosa che si sopraeleva sul suolo, come alberi, camini, edifici alti, cime di monti e persino un individuo a piedi, accorciano quindi il percorso e possono diventare il bersaglio del fulmine: più l'oggetto è alto, più è vulnerabile.

La scarica elettrica di un fulmine può anche trasmettersi attraverso corpi conduttori di elettricità, come tubi metallici, fili spinati, mazze da golf, grondaie e corsi d'acqua.

Secondo un'antica credenza, un fulmine non può colpire due volte lo stesso punto; l'esperienza insegna che ciò non è vero, ad esempio, nel corso di un anno, l'Empire State Building è stato colpito 48 volte, e la cima di una montagna svizzera ben 100 volte!

Effetti e danni provocati


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La caduta di un fulmine può provocare sulle strutture colpite diversi effetti e precisamente:

Termici. L'energia sviluppata da un fulmine ha la capacità di fondere materiali metallici, provocare l'incendio di materiali combustibili o infiammabili, etc. L'altissima temperatura può sgretolare un albero, facendo evaporare la linfa e, a volte, riesce a fondere la sabbia, trasformandola in schegge di vetro.

Meccanici. Le forti correnti elettriche indotte nelle strutture metalliche colpite causano forze attrattive, di natura elettrodinamica, tali da produrre deformazioni o rotture. Nel caso di linee elettriche, le forze attrattive possono produrre schiacciamento di cavi o contatti fra conduttori con conseguenti cortocircuiti.



Chimici. Le forti scariche causano la formazione di ozono e di composti nitrici dovuti all'ossidazione dell'azoto. In quest'ultimo caso è come se nel suolo fossero iniettate gigantesche quantità di materie azotate.

Elettromagnetici. Le scariche sono accompagnate da forti emissioni di onde elettromagnetiche che producono disturbi nelle trasmissioni radio, in particolare nel campo delle onde lunghe e medie. Le sovratensioni indotte nelle linee elettriche e telefoniche possono causare danneggiamenti nelle apparecchiature collegate, in particolare di quelle elettroniche.

Gli effetti su una persona colpita da un fulmine sono generalmente letali, a causa dell'arresto cardiaco e respiratorio, come in qualsiasi altro caso di folgorazione. Nei casi più gravi si possono avere carbonizzazione dei tessuti dove la corrente entra ed esce dal corpo. Tuttavia sono molti i casi di persone rimaste indenni o salvate in seguito ad un pronto intervento mediante massaggio cardiaco e respirazione bocca a bocca.

Sicurezza e sopravvivenza


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Ogni temporale è preannunciato da tuoni e quindi conviene subito cercare un riparo adeguato tenendo presente che una casa è il posto più sicuro in particolare se nelle vicinanze iniziano a cadere fulmini. Anche in casa è opportuno tuttavia seguire alcuni accorgimenti e precisamente:

  • Evitare di stare vicini a superfici e ad oggetti metallici; è pure opportuno non sostare accanto alle pareti o in stanze troppo piccole.
  • Non accendere apparecchi elettrici; si ricorda che l'antenna televisiva, purché opportunamente messa a terra può funzionare da parafulmine.
  • Non tenere aperte le porte e le finestre.

All'aperto, in mancanza di zone riparate e sicure occorre osservare che alberi, tralicci, antenne, bandiere possono fungere da richiamo e quindi conviene rannicchiarsi su di un qualsiasi oggetto isolante, evitando di sdraiarsi per terra.

In particolare sono molto pericolosi gli alberi, specie se isolati, vecchi e pieni di cavità. La corrente passa attraverso il tronco facendo evaporare all'istante la linfa e provocando l'esplosione del tronco; se quest'ultimo è liscio e bagnato le probabilità di danneggiamento sono molto minori.

E' sconsigliabile rimanere in acqua durante un temporale, essendo essa un ottimo conduttore di elettricità. Un buon rifugio, al contrario, è l'automobile.

Tipi di fulmini


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Si possono fare diverse classificazioni a secondo di come avviene la scarica elettrica oppure a secondo del loro aspetto. Nel primo caso si hanno:

  • Scariche tra nube e terra, sono i veri e propri fulmini e sono i più pericolosi perché possono ovviamente colpire l'uomo e causare i maggiori danni. Non sono i più comuni ed il loro meccanismo è stato visto in precedenza.
  • Scariche interne alle nubi, il meccanismo è simile a quello precedente e provocano quasi unicamente lampi. Sono il tipo più comune
  • Scariche aeree, si producono fra due diverse nubi

A seconda del loro aspetto e delle loro caratteristiche, i meteorologi distinguono diversi tipi di fulmini, quelli più noti sono i seguenti.

  1. Fulmini a razzo; sono una varietà di fulmine a linea in cui la scarica procedono tanto lentamente da creare l'impressione di un razzo che voli nel cielo (molto raro);
  2. Fulmini Globulari; sono i più misteriosi essendo stati osservati sporadicamente ed essendo ancora sconosciute le cause fisiche. Essi si presentano come delle sfere luminose di vario diametro (da 2 cm ai 10 m) e colorate di rosso, arancione, giallo, bianco, e altri colori ancora. La loro durata può essere di diversi minuti. Possono essere statici o in rapido movimento a zig-zag, riuscendo persino a passare attraverso pareti, porte, finestre chiuse senza danneggiarle.
  3. Fulmini a perla (o a collana), che appare suddiviso in segmenti ad intervalli più o meno regolari;
  4. Fulmini superficiali; hanno l'aspetto di lingue di fuoco uscenti dall'orizzonte e sono prodotti da scariche elettriche non direttamente visibili dall'osservatore anche se può udirne il tuono. Possono verificarsi dentro una nube o dietro nubi più vicine, rendendole visibili anche a grandissima distanza. Quando il tuono non è più udibile (oltre i 15 Km) si parla di lampi di calore.
  5. Fuochi di S. Elmo, sono scariche elettriche più o meno continue, di piccola o moderata intensità. Tali scariche provengono da oggetti elevati sulla superficie terrestre (parafulmini, alberi di nave, pennoni, etc) o da aeroplani in volo (eliche, estremità delle ali, etc)

I Fulmini Globulari

di Albino Carbognani
Dipartimento di Fisica Università di Parma
Versione del 29 novembre 2000


Benvenuti nella prima pagina web in Italiano che si occupa dei Fulmini Globulari. Sicuramente avrete già sentito questo termine e probabilmente vi sarete chiesti di che cosa si tratti esattamente. Immagino che vi farà piacere sapere che nessuno conosce con sicurezza la risposta. Il problema dei fulmini globulari, per fortuna, è ancora aperto. In questa pagina troverete del materiale che potrà aiutarvi a capire come stanno le cose.

Cosa sono i Fulmini Globulari?

I "Fulmini Globulari", (in inglese "Ball Lightning" o BL, in tedesco "Kugelblitz") sono uno dei tanti fenomeni fisici che hanno luogo nella troposfera. Mentre pioggia, fulmini, cicloni ecc sono relativamente ben compresi nelle loro linee essenziali il BL è molto più misterioso. Il vero problema con i BL è costituito dal fatto che non si è ancora trovata una teoria fisica soddisfacente in grado di spiegarli. Dopo essere stati trascurati come argomento di ricerca, negli ultimi 10 anni è prevalso un atteggiamento di "riscoperta" del fenomeno BL. Si sono tenuti 2 simposi internazionali sui BL, uno nel 1988 e l'altro nel 1990 ed è stato creato un "Comitato Internazionale per lo studio dei BL". L'ultimo simposio internazionale sui Bl (ISBL99) si è tenuto nei giorni 23-25 agosto 1999 ad Antwerp, Belgio.

Proprietà salienti dei Fulmini Globulari

Generalmente di forma sferica, il diametro di un BL può variare dai 2 cm ai 10 m, ma la distribuzione ha un massimo attorno ai 20-50 cm (vedi Fig.1). Purtroppo le foto di fulmini globulari sono rarissime, per questo motivo bisogna accontentarsi dei disegni fatti dai testimoni.

Figura 1: BL in immagini del secolo scorso (Tratto da: Nature, 1991, Vol.350, pag.108-109)

© Copyright Nature, 1991

La durata di un BL va da un secondo fino a diversi minuti. La scomparsa può essere accompagnata da un violento "bang". Generalmente le sfere sono colorate: rosso, arancione, giallo, bianco e blu sono i colori più ricorrenti. La luminosità media di un BL è paragonabile a quella delle lampade domestiche da 100 W e quindi sono quindi visibili anche in pieno giorno. I BL possono materializzarsi all'interno di edifici ed aerei oppure semplicemente all'aperto, non necessariamente durante i temporali. In generale la superficie visibile di un BL è priva di dettagli ma in alcuni casi i testimoni riferiscono di una differenza di luminosità fra bordo e interno, oppure riferiscono della presenza di dettagli tipo scintille o "corde" più luminose (vedi Fig.2).

La caratteristica che distingue un BL da tutte le altre manifestazion atmosferiche luminose (ad esempio i fuochi di Sant'Elmo) è l'estrema varietà del moto. Percorsi a zig-zag, stazionamenti e variazioni repentine di quota sono le caratteristiche salienti del fenomeno. Grazie a queste "performance" certi testimoni possono pensare che il BL sia "intelligente". Sfere luminose analoghe ai BL possono essere create in laboratorio, tuttavia va detto che i tempi di vita medi sono in generale inferiori a quelli che si osservano in natura. In Fig.3 è mostrato un BL creato in laboratorio dai due ricercatori giapponesi H.Ofuruton e Y.H.Ohtsuki. Il BL è stato generato in una miscela aria-fibre di cotone fra due elettrodi aventi ai loro estremi una d.d.p. di 9 Kv.

Figura 2: BL di laboratorio (Tratta da: " Il Nuovo Cimento ", 1990, Vol.13c, pag.764)

© Copyright "Il Nuovo Cimento", 1990
© Copyright H.Ofuruton, Y.H.Ohtsuki, 1990

Le foto dei Fulmini Globulari

Sono pochissime le foto che ritraggono dei veri fulmini globulari. Per una discussione di circa 30 foto che mostrano BL (o presunti tali) si può consultare il Cap.V del libro di James Barry (vedi bibliografia). Qui ci limitiamo a presentare e commentare l'immagine della Fig.3.

Figura 3: Foto che potrebbe essere scambiata per quella di un fulmine globulare.

© Copyright Dante Bissiri, 2000.

Non si tratta di un fulmine globulare, ma di una foto mossa di alcuni lampioni stradali. Infatti avrete notato che ci sono più tracce luminose nella foto e tutte con la stessa morfologia: se si trattasse di BL è chiaro che ognuno dovrebbe avere la propria traiettoria indipendentemente dagli altri.

Osservando con cura si vede che una parte delle traiettorie luminose sono formate da piccoli segmenti: è proprio l'effetto che si ottiene fotografando lampioni e muovendo la macchina ad alta velocità. Si ottiene questo effetto perchè i lampioni sono alimentati con corrente alternata. Quando la macchina viene mossa troppo piano questo effetto non si presenta e questo spiega come mai solo una parte della traiettoria è segmentata.

Questo tanto per dare un esempio di quello che può succedere fotografando dei semplici lampioni.

Come riportare le proprie testimonianze

Data la natura "sfuggevole" dei BL ogni testimonianza è preziosa. Dalla breve descrizione che ne è stata fatta molto probabilmente alcuni di voi si saranno accorti che hanno già avuto occasione di osservare un BL da vicino. Di solit

Premessa.

In moltissime circostanze, quando un testimone dichiara di aver visto un globo luminoso nel cielo, la reazione quasi istantanea dei saccenti è la seguente:

<<Hai visto un Fulmine Globulare>>.

Questa secca affermazione, ha fatto e fa tuttora sorgere nella mia mente un forte sentimento di repulsione e di ribellione violenta, sia per la sicumera con cui è fatta l'asserzione, sia per l'ignoranza mia personale sul fenomeno.

Nel tentativo di capire meglio questo fenomeno fisico, di cui tanti parlano con tracotante boria mentale, e con atteggiamento di superiorità tipica di chi, pur non essendo addentro nei fatti o nella conoscenza approfondita di taluni fenomeni, ne parla con padronanza di termini dando l'impressione di essere un profondo conoscitore di quanto afferma, mi sono deciso a svolgere un'indagine, più rivolta a me stesso che agli altri, per conoscere lo stato dell'arte relativo a questo evento che, ho scoperto con gran meraviglia, è tuttora piuttosto oscuro anche ai ricercatori e agli studiosi del fenomeno.

Ho deciso quindi di mettere a disposizione di tutti, nei modi più semplici possibile, quanto è attualmente noto sul fenomeno, per consentire a chi si dovesse trovare nella situazione fortunata di assistere ad un evento anomalo di questo tipo, di poterlo inquadrare e possibilmente distinguere da altri fenomeni che spesso, a detta dei testimoni, hanno caratteristiche ed evoluzioni molto simili, ma sono profondamente diverse da quelle riportate nella letteratura riguardante i Fulmini Globulari.



Per inquadrare meglio il fenomeno fisico riporto una succinta fenomenologia dei Fulmini giacché i Fulmini Globulari sono un tipo particolare di fulmini.

Sperando di fare cosa gradita a molti, ed augurandomi di non essere molto prolisso o troppo tecnico, riporto qui di seguito quanto ho trovato disponibile in letteratura ed ho capito sull'argomento.

Per coloro che volessero approfondire ulteriormente l'argomento, su Internet è reperibile un gran numero di articoli più dettagliati.

Che cosa è e come si forma un FULMINE?

Il Fulmine è un fenomeno fisico caratterizzato da un bagliore detto "lampo", seguito da un fragore detto "tuono", che non sono avvertiti simultaneamente dall'osservatore a causa delle diverse velocità di propagazione della luce (300.000 Km/s) e del suono (340 m/s) perciò il lampo è visto quasi istantaneamente, mentre il tuono è udito dopo un certo tempo, che aumenta con la distanza del fulmine dall'osservatore.

Normalmente ha una forma caratteristica a zigzag ed un aspetto ramificato costituito da un ramo principale e da parecchi rami secondari più piccoli, dovuti alla ricerca del percorso a più piccola resistenza elettrica. Tra terra e cielo la lunghezza può raggiungere i 2-3 Km. Quando scoccano tra nubi, i percorsi possono essere anche di 10-15 Km. Il fenomeno si verifica nelle nuvole in cui avviene la ionizzazione.

<<Una nuvola, è una massa di vapore acqueo atmosferico condensato, visibile dalla superficie terrestre, che si crea a seguito di una rapida condensazione dell'aria contenente idrogeno (H), ossigeno (O), acqua (H2O), azoto (N) ed altri atomi e molecole che costituiscono l'aria, ad una certa altezza da terra.>>

[A secondo dell'altezza si parla: di nebbia quando la nuvola è al livello del suolo;

di nuvola bassa sotto i 3.000 m; di nuvole medie tra i 3.000 ed i 4.000 m;

di nuvole alte oltre i 4.500 m.]

<<A causa del movimento vorticoso delle molecole o degli atomi presenti nel volume d'aria interessato dalla condensazione repentina che crea la nuvola, s'innesca il processo di ionizzazione, per cui gli atomi o le molecole elettricamente neutri presenti nel volume considerato, acquistano o perdono uno o più cariche elettriche, catturando uno o più elettroni extranucleari o cedendo uno o più elettroni periferici.>>

La ricerca ha appurato inoltre che le grosse nuvole temporalesche (cumulonembi) sono cariche positivamente nella parte più alta e negativamente in quella più bassa in quanto per effetto delle correnti ascensionali e della forza di gravità le particelle tendono a separarsi, le più piccole che si caricano positivamente vanno verso l'alto, mentre le più grandi che si caricano negativamente si spostano verso il basso. La separazione crea enormi differenze di potenziale sia all'interno della nuvola sia fra la nuvola e la terra, che per induzione tende a caricarsi positivamente. Le differenze di potenziale possono raggiungere le centinaia o migliaia di milioni di volt

Dall'elettrologia è ormai noto che se tra due corpi conduttori carichi elettricamente con cariche di segno opposto si interpone del materiale isolante non si verifica passaggio di corrente elettrica. Se si aumenta il numero delle cariche, l'intensità del campo elettrico aumenta proporzionalmente fino ad un certo limite, [caratteristico per ogni isolante e detto rigidità dielettrica], oltre il quale si produce la perforazione istantanea del materiale, con passaggio violento di corrente fra i conduttori.

[Il valore di campo dell'aria pulita e asciutta è di circa 30 KV/cm, che si riduce parecchio, a valori inferiori a 3-4 KV/cm, in presenza di pulviscolo atmosferico o di altre impurità e di umidità.]

Il fulmine riproduce nell'atmosfera il fenomeno descritto prima. L'aria costituisce l'isolante e la nuvola ed il suolo oppure due nuvole diverse o due parti distanti di una stessa nuvola sono i due corpi conduttori. Nell'istante in cui si supera la rigidità dielettrica dell'aria scocca il fulmine. I fulmini sono quindi delle scariche elettriche improvvise e violente .

Il meccanismo della scarica è tuttavia alquanto complesso ed è descritto in articoli specialistici. Beniamino Franklin, che dimostrò la natura elettrica del fulmine inventò come conseguenza il "Parafulmine".

TIPI principali di FULMINI.

A seconda del loro aspetto e delle loro caratteristiche si distinguono in:

1 Fulmini a razzo. (Scariche lineari in cui la scarica procede tanto lentamente da sembrare un razzo che voli nel cielo. Sono molto rari)

2 Fulmini a collana. (Scariche che sembrano suddivise in segmenti con intervalli più o meno regolari.)

3. Fuochi di S. Elmo. (Scariche elettriche di piccola intensità, più o meno continue, che si creano lungo oggetti elevati sulla superficie terrestre come parafulmini, pennoni o alberi di nave, o sulle estremità delle eliche, o delle ali di aerei in volo.)

4. Fulmini Globulari; ("Ball Lightning" - BL).

(Si mostrano come sfere luminose di diametro variabile [da pochi cm ad una decina di metri] di diversi colori che variano dal bianco al rosso all'arancio. La loro durata è mediamente di pochi secondi. Possono stare fermi o muoversi rapidamente a zigzag. Talvolta hanno attraverso pareti, porte, finestre chiuse senza danneggiarle. Sono stati osservati sporadicamente. Le cause fisiche sono ancora sconosciute. Secondo Smirnov il fenomeno è molto frequente ma raramente osservato.)

Fenomenologia standard del Fulmine Globulare (BL).

Attualmente si possono riassumere le seguenti principali caratteristiche coerenti.

I BL appaiono in prossimità di temporali, o in aria molto umida

le massime frequenze di apparizioni si verificano durante Luglio, mentre sono quasi inesistenti durante l'inverno, (nell'emisfero Nord);

sono visibili in maggioranza durante le ore diurne, il primo pomeriggio;

hanno forma sferica;

il diametro mediamente si aggira intorno ai 20-50 cm.

I BL hanno movimento caotico ed imprevedibile;

la velocità è in media di alcuni m/s;

la durata del fenomeno è in media di circa 2 s. (non ha mai superato i cinque minuti).

I BL hanno luminosità costante paragonabile a quella di una lampadina da 100 w;

possono essere di colore, rosso, bianco, arancione, giallo o blu;

emettono radiazioni infrarosse;

emettono nelle onde radio, lunghe (LF; 30 - 300 kHz) e medie (MF; 300 kHz - 3 MHz);

spariscono prevalentemente esplodendo, con emissione di energia sonora;

non hanno emissione termica;

la densità media di energia (per un diametro medio di 23 cm) è stata valutata pari a 25 J per centimetro cubo.

I BL sono dotati di carica elettrica;

sono dotati di un campo magnetico dell'ordine dei 100 Gauss;

sono rilevati dai radar (radar sia posti a bordo degli aerei, sia posti a terra).

La spiegazione di alcune delle caratteristiche indicate è sufficientemente facile. Considerando, infatti, che si tratta di un fenomeno elettrico dovuto a passaggio di corrente in un volume sferico, la sua riflessione radar è quasi scontata.

Il suo movimento e la sua durata, sono ovviamente dipendenti dalle caratteristiche fisiche del mezzo, che oltre alla ionizzazione deve altresì adattarsi alle caratteristiche di densità e di turbolenza del gas entro cui si sviluppa.

I BL sono un fenomeno fisico complesso e va sottolineato che non esiste una teoria "definitiva". Le teorie più note si basano sull'elettromagnetismo; sui microtemporali; sui Bosoni; sull'effetto maser; sui monopoli di Dirac; sull'aerogel; ma non riescono a risolvere compiutamente il problema.

Alcuni tentativi di riprodurre i BL in laboratorio hanno avuto successo. Sono stati creati fenomeni simili ai BL, del diametro di qualche cm. La loro comprensione, anche se non ancora totale, inizia ad apparire all'orizzonte con l'incremento delle informazioni e degli studi.

Il numero delle teorie, la difficoltà di interpretazione del fenomeno, la sua somiglianza con alcune testimonianze ufologiche, non giustificano comunque il suo uso come soluzione globale di tutti i fenomeni anomali.

E' importante notare come molte caratteristiche, attribuite ai BL, sono in contrasto con quelle attribuite agli UFO, per cui spesso si è creata parecchia confusione.

Lo scopo di questo documento è di aiutare a delimitarne i confini.

A tale scopo riporto qui di seguito due casi anomali che, a mio avviso permetterebbero, mediante un'analisi approfondita, il confronto tra le caratteristiche dei BL e quelle dei fenomeni anomali, consentendo una migliore comprensione dei due fenomeni differenti.

BL ed aerei

Dalla Seconda Guerra Mondiale ad oggi molti piloti di aerei hanno segnalato di aver intercettato sfere luminose di diversi colori, i cui diametri apparenti erano confrontabili con quello della Luna piena, che seguivano gli aerei per decine di minuti e poi sparivano. Il fenomeno è noto come "Foo Fighters".

Una delle ipotesi, tra le altre, è che si tratti di BL d'alta quota, ma con vita molto lunga. Quest'ipotesi, oltre a presentare notevoli discrepanze con le caratteristiche dei BL elencate prima, presenta alcune incongruenze con la meccanica dei fluidi, perché ipotizza la creazione di vortici o sfere ionizzate che si aggancino alle ali degli aerei e si lascino trascinare da queste per decine o centinaia di miglia senza subire perturbazioni, e richiede anche che tali globi ionizzati siano capaci di volare contro corrente risalendo l'eiezione d'aria degli aerei ad elica che invece li spingerebbe lontano dagli aeromobili.

Naturalmente nessuno sa come stanno davvero le cose, il problema è ancora aperto.

Le luci di Hessdalen

Alcuni fenomeni anomali, segnalati in diverse zone della vallata di Hessdalen in Norvegia, costituiti da segnali luminosi in atmosfera, misurabili, che riflettono le onde radar, e provocano perturbazioni magnetiche locali, nonché segnali radio locali non identificati nella banda HF - VHF, sono stati studiati da ricercatori italo-norvegesi del progetto EMBLA 2.000.

Sono stati osservati fenomeni ottici classificati dai ricercatori secondo una prima tipologia di massima qui riportata:

Luci bianche con luminosità molto elevata, dalla pulsazione irregolare, quasi immobili. Durata degli eventi 10-30 secondi. Dimensioni da 1 a 10 metri, di forma approssimativamente sferica;

Luce debole, con mutamento di colore e pulsazione regolare dell'ordine di 1-2 secondi, colore bianco, rosso, verde, azzurro. L'evento è durato 40 minuti, è rimasto immobile, le sue dimensioni non sono state valutate;

Piccola luce immobile in un bosco, con luminosità costante, di colore bianco-giallo, di forma ellittica di 30-40 centimetri. Ha prodotto un forte sibilo mentre si accendeva. Durata del fenomeno 10 minuti.

Tre luci che si muovono insieme nel cielo lentamente e linearmente. Il colore delle luci del Triangolo equilatero perfetto, era bianco-giallo. La durata del fenomeno di circa 3 minuti. La dimensione angolare della configurazione triangolare era di 3-5° ad un'altezza indeterminata;

La conclusione cui sono giunti i ricercatori è che: "Oggetti non strutturati e dall'apparenza di plasma coesistono spesso con oggetti strutturati. Non è stato possibile accertare se la sorgente dell'emissione uniforme, che si accende e si spegne con modalità a pulsazione e con un periodo dell'ordine di frazioni di secondo per ogni evento, forse rotante, sferica, cilindrica o discoidale, è di origine naturale o non naturale. Le velocità che sono state misurate (da 10.000 fino a 100.000 Km/sec) non possono essere prodotte da un oggetto fisico in movimento."

Questi fenomeni hanno caratteristiche intermedie tra i fulmini globulari e gli UFO.

"Viene da pensare che qualcosa stia imitando, su scala molto piccola, ciò che avviene nelle stelle, su scala macroscopica." È il laconico commento dei ricercatori.

Fulmini Globulari


Caratteristiche generali:

I fulmini globulari (BL da Ball Lightning in inglese), rappresentano un fenomeno atmosferico ancora poco studiato e proprio per questa ragione affascinante e misterioso.
Non esiste ancora una teoria fisica che riesca a spiegare questo fenomeno in modo soddisfacente, l'unica cosa certa è che essi si manifestino nella troposfera e che siano causati dall'elettricità atmosferica. Per questa ragione avvengono più frequentemente in concomitanza di temporali.
Anche se il fenomeno è studiato da più di 150 anni, fino a poco tempo fa molti scienziati dubitavano circa la sua reale esistenza, tentando di ricondurlo a semplici allucinazioni.
Soltanto di recente, grazie sopratutto ad avvistamenti collettivi, la reale esistenza dei BL pare universalmente accettata.

I BL si presentano generalmente come sfere luminose, con un diametro che varia da pochi centimetri fino a circa 10 metri. La maggior parte di essi però ha dimensioni oscillanti dai 20 ai 50 centimetri circa.
La luminosità della maggior parte dei BL è paragonabile a quella di una lampada da 100W.
I BL hanno un contorno leggermente sfumato, presentano spesso all'interno una parte più chiara, e possono avere diversi colori. I colori più comuni con cui i BL di manifestano sono il rosso, l'arancio, il giallo, il bianco e il blu.



La durata di un fulmine globulare può variare da un secondo fino a qualche minuto. Generalmente scompaiono con un'esplosione finale, anche se questo non avviene in tutti i casi.
Una particolarità dei BL è il loro moto estremamente variabile: spostamenti a zig zag, repentini cambi di direzione e improvvisi sbalzi di quota li distinguono molto chiaramente da altri tipi di fenomeni atmosferici o dai meteoriti.
Essi inoltre spesso attraversano porte o finestre senza causare il minimo danno, entrando all'interno di abitazioni. Al riguardo ci sono parecchie testimonianze.
Altre volte invece i BL lasciano un segno tangibile del loro passaggio, e ciò è molto importante ai fini dello studio del fenomeno, permettendo di valutarne le caratteristiche fisiche.
Grazie ai dati raccolti in questo modo si è stimata l'energia dei BL in circa 25J per centimentro cubo.

Avvistamenti documentati:


BL all'interno di edifici:

Mosca 1977:
un BL del diametro di circa 5 centimetri entra in un'aula scolastica attraverso una finestra chiusa, bucandone il vetro.

Oxford 1945:
un BL delle dimensioni di una pallina da tennis appare all'interno di un salotto, si sposta lentamente verso il caminetto e si dissolve. Due ragazze sono testimoni dell'accaduto.

Catania 1991:
un BL di circa 5 centimetri di diametro entra in un'abitazione attraverso una finestra chiusa, senza però danneggiarne il vetro. Rimbalza qualche volta sul pavimento come fosse una pallina e infine esplode, lasciando un odore sulfureo nell'aria.


BL con impatto fisico su persone:

Khabarovsk (URSS) 1978:
durante un temporale, un BL di circa 150 centimetri e colore arancione stazionò per un minuto sopra ad un cinema locale e in seguito sparì con una violentissima esplosione, generando un cratere di circa 20-25 centimentri di profondità e del diametro del BL stesso.
L'esplosione distrusse anche i fili elettrici in un raggio di 150 metri circa.

Smethwick (Inghilterra) 1975:
un BL di colore blu e diametro di circa 10 centimetri investe una donna, bucandole la gonna e ustionandole la mano con cui cercava di allontanarlo. Il BL si dissolse con un'esplosione.

Particolari tipi di BL:

GIANT BL:

Sono i BL più grossi, con un diametro che può raggiungere anche i 10 metri. Generalmente sono meno "distruttivi" dei loro fratelli più piccoli.

Avvistamenti:

Dyfed (Inghilterra) 1977
Una grossa sfera giallo-verde scende lentamente da una nuvola cumuliforme. L'oggetto ruota intorno al proprio asse orizzontale e lancia fasci di luce verso il suole. Gli animali risultano disturbati.

Beccles (Inghilterra) 1906
Durante un temporale appare un cerchio di luce gialla dal diametro apparente paragonabile al doppio della luna piena. Resta visibile per qualche minuto.

BLACK BL

Talvolta i BL possono apparire opachi oppure dotati di una scarsa luminosità. Forse la causa è uno strato di materia assorbente che circonda questi fulmini globulari.

Avvistamenti:

Peoria (Illinois) 1929
Dopo la caduta di un fulmine, una sfera grigiastra di circa 20 centimetri appare a circa mezzo metro dal suolo. Si dissolve senza rumore in pochi secondi.

RAYS BL

Questi BL emettono fasci di luce o materiale luminoso della stesso tipo di quello che compone il BL stesso. Generalmente l'emissione avviene quando il BL è in fase di scomparsa, ma questo non è vero in tutti i casi.
BL ALL'INTERNO DI AEREI

Questo tipo di BL desta molto interesse in quanto, stando alle leggi fisiche attuali, sembrerebbe impossibile che l'elettrcità esterna possa penetrare all'interno di un aereo dalle pareti metalliche (che si comporta come una gabbia di Faraday).

FOO FIGHTERS

Sono probabilmente BL d'alta quota e si presentano generalmente come sfere luminose di vario colore e diametro in grado di seguire gli aerei per parecchi minuti.


Teorie sui fulmini globulari:

Il fenomeno dei fulmini globulari è ancora in fase di studio e su di esso non esiste ancora una teoria definitiva. Secondo varie ipotesi i BL sarebbero costituiti essenzialmente da plasma.
Uno dei problemi principali nello studio dei BL è definire la loro sorgente di energia.
In particolare la domanda è questa: la sorgente è interna o esterna?
Se assumiamo che la sorgente sia interna, i BL non potrebbero essere costituiti solo da plasma. Infatti, senza una sorgenete esterna di energia, gli ioni e gli elettroni del plasma si riunirebbero in un tempo brevissimo. Nei numerosi BL che si manifestano all'interno di edifici si presuppone che la fonte di energia sia interna.
Ecco una breve rassegna delle più famose teorie sui BL.

Teoria dei microtemporali:

Questa teoria giustificherebbe i tempi di ricombinazione del plasma, che avviene molto più lentamente di quanto sarebbe lecito aspettarsi.
Secondo questa teoria il fulmine che precede il BL causerebbe la separazione di carica (protoni ed elettroni) delle molecole di gas atmosferico. Tali cariche andrebbero a legarsi a polveri e vapori atmosferici, rendendo più lenta la loro ricombinazione.
Secondo tale modello, le regioni contenenti cariche positive e negative sarebbero separate spazialmente. Le cariche opposte andrebbero a riunirsi tramite microfulmini tra le diverse regioni. Questi microfulmini nel complesso danno un aspetto uniforme al BL. Questa teoria è utile per spiegare i BL contenenti elementi filamentosi. Resta però ancora da spiegare come possa avvenire la separazione spaziale tra le cariche positive e negative.

Teoria elettromagnetica:

Questa teoria presuppone che la sorgente energetica dei BL sia esterna e che consista nelle onde elettromagnetiche stazionarie esistenti tra le nuvole e la terra durante i temporali.
Le zone in cui avviene un'interferenza di tipo distruttivo sono dette nodi e presentano una minima intensità, mentre le zone di interferenza costruttiva (antinodi), presentano massima intensità
In base a tale modello negli antinodi l'intensità elettromagnetica sarebbe abbastanza forte da generare una separazione tra ioni ed elettroni nelle molecole atmosferiche. Inoltre le onde stazionarie genererebbero un aumento dell'enegia cinetica delle particelle del plasma, aumentando di conseguenza il raggio di ionizzazione dell'aria. La successiva ricombinazione del plasma causerebbe l'emissione dell'energia luminosa dei BL.
Secondo questa teoria il BL sussisterebbe fino alla scomparsa delle onde stazionarie.
Questo modello è molto interessante ma presenta un problema di fondo: le onde necessarie a generare il BL dovrebbero avere una frequenza non riscontrabile tra le onde stazionarie durante i temporali.
Inoltre nn è in grado di spiegare BL violenti.
In ogni caso è stato dimostrato in laboratorio che le onde stazionarie sono effettivamente in grado di generare sfere luminose.

Teoria dei bosoni:

In base a questa teoria, una corrente ad impulsi genererebbe una regione di plasma nell'atmosfera.
Analogamente a quanto avviene nei superconduttori, gli elettroni del plasma formerebbero delle coppie di Cooper. Se tali coppie sono sufficientemente stabili, si verrebbe a creare un plasma in stato stazionario.

Teoria nucleare:

In questa teoria si ipotizza che la sorgente energetica dei BL sia di tipo nucleare. I fulmini, durante i temporali, dissocerebbero le molecole di acqua dando origine a protoni. Tali protoni andrebbero a dare reazioni nucleari con molecole di O2 e di N2.
La teoria sarebbe in grado di spiegare la vita relativamente lunga dei BL, tuttavia presenta molte difficoltà: non sono infatti mai state trovate tracce di isotopi radioattivi dopo l'estinzione di un BL.

Teoria dell'effetto maser:

Questo modello assume l'esistenza di un "effetto maser" nell'atmosfera da parte dei livelli rotazionali di molecole di acqua. La radiazione maser può essere concentrata in piccole regioni di spazio dando luogo al BL.

Teoria dell'aerogel:

Secondo questa teoria, un campo elettrico esterno può generare una corrente elettrica in una zona atmosferica compresa tra nubi e suolo.
L'aria viene ionizzata e le cariche elettriche si separano. Si viene così a creare un plasma unipolare.
Se in tale plasma si vengono a trovare particelle atmosferiche, tali particelle catturano le cariche disponendosi a formare un "cluster frattale" o aerogel. La struttura dell'aerogel è porosa ma dotata di una certa rigidità. All'interno di tale struttura le reazioni avvengono più lentamente rispetto che in una massa di puro plasma. Questo spiegherebbe la vita lunga dei BL.

Teoria dei monopoli:

Questa teoria presuppone l'esistenza di monopoli magnetici: essi sarebbero particelle dotate di carica magnetica, in pratica l'equivalente magnetico di protoni ed elettoni.
L'esistenza di tali particelle non è stata fino ad ora dimostrata, ma secondo questa teoria essi esisterebbero e sarebbero in grado di generare BL.


Che cosa sono quelle luci che appaiono nel cielo della valle Norvegese di Hessdalen?Di cosa sono fatti i fulmini globulari, sfere luminose capaci di rimbalzare sul terreno, ma anche di attraversare i vetri delle finestre?A cosa é dovuta la luminosità dei Fuochi fatui?Domande a cui la scienza non ha ancora dato risposte. Del resto non é affatto facile studiare fenomeni per loro natura repentini e incorporei. Eppure le testimonianze storiche non mancano.Anche in Italia. Il caso forse meglio documentato é quello che dal 1879 al 1920 ha avuto per teatro Berbenno di Valtellina(Sondrio), dove una fiamma che compiva quasi sempre lo stesso percorso fu vista da moltissime persone.Un'altra luce"fantasma" apparve dal '47 al '50 in due frazioni di Cravagliana(Vercelli), dove prese il nome di:"s-ciarun"(il chiarore). Di altre luci ricorrenti si ha notizia in provincia di Alessandria("fuoco di S.Bernardo"), nel Bresciano("lusuri"), nella bassa ferrarese("lumazza"), a Rimini("la pulo'una"), nel Ravennate("la pilegreina"). Ed ancora oggi simili apparizioni pare si verifichino in alcune località del Grossetano, nel Reatino e nel Viterbese. Ma é su tre fenomeni in particolare che si va concentrando l'attenzione degli scienziati.

Nel 1984 furono osservati a Hessdalen 186 fenomeni luminosi: 53 sono rimasti inpiegati.

Hessdalen é una valle semideserta della Norvegia dove nel Dicembre 1981 hanno iniziato a manifestarsi in cielo strani bagliori: sfere di luce giallastra che cambiavano posizione ogni 5-10 minuti;luci bianco-blu che lampeggiavano sopra le montagne;formazioni di più luci, ferme o in movimento. In seguito alla recrudescenza del fenomeno venne creato, nel 1983, il "Progetto Hessdalen", allo scopo di indagarlo. Furono organizzate due campagne di osservazione con macchine fotografiche fisse, un sismografo(che non registrò alcuna attività), un magnetometro(che invece misurò variazioni del campo magnetico all'apparire delle Luci), un radar, un laser ottico e un contatore Geiger(che non riscontrò aumenti della radioattività).Al termine della prima campagna, nel Febbraio del 1984, i fenomeni luminosi rimasti inspiegati erano 53 su 186, gli altri imputabili, per lo più, al passaggio di aerei. Occasionalmente il raggio laser puntato sull'oggetto luminoso indusse una specie di risposta da parte di quest'ultimo, che raddoppiò la frequenza di pulsazione. Più volte le luci furono rilevate dal radar e, in un caso, fu possibile stimarne la velocità: circa 30 mila Km/h. In un altra occasione, un corpo luminoso lasciò un segno sulla neve profondo 2-3 cm. Al suo interno il numero dei batteri risultò essere 100 volte inferiore a quello delle zone circostanti. Inoltre, all'apparire delle luci misteriose, sia le macchine fotografiche elettroniche che gli strumenti subivano spesso un black-out. Anche se dopo l'estate del 1984 gli avvistamenti sono diminuiti, due anni fa, é stata installata una stazione di rilevamento automatica e, tra l'Agosto del 1998 e il Giugno del 2000 sono state raccolte 37 immagini di fenomeni luminosi non identificati.

Fuochi fatui . Si pensava che i fuochi fatui fossero prodotti dalla combustione di metano e fosfina, ma chi é riuscito a toccarli, non si é scottato.

I fuochi fatui sono tenui luminosità, simili a deboli fiammelle, osservate molto raramente di notte, in campo aperto. Conosciuti in tutto il mondo da almeno 200 anni, sono considerati un fenomeno naturale dovuto ai gas prodotti dalla decomposizione di masteriale biologico. Per questo sono spesso associati a cimiteri e paludi. Ma loro reale composizione é ancora ignota. Una teoria suggerisce che essi siano generati da Metano, uno dei gas prodotti dalla putrefazione, mescolato a tracce di Fosfina, un composto che si autoincendia a contatto con l'aria, incendiando a sua volta il Metano. Con questa ipotesi, però, contrastano le poche testimonianze dirette, di persone che li hanno avvicinati fino a toccarli e che  parlano di qualcosa di simile a un vapore luminoso freddo. Potrebbe allora trattarsi, non di combustione, ma di chemiluminescenza (o fosforescenza) della Fosfina. Purtroppo, però, nessuno ha mai catturato, analizzato o riprodotto in laboratorio il fuoco fatuo.







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